20120419水力學第三章第二部分

1、山東交通學院山東交通學院復習1 1 沿程損失的產(chǎn)生原因及大小。產(chǎn)生原因是流體的粘產(chǎn)生原因是流體的粘性和慣性以及管道的粗性和慣性以及管道的粗糙度等，因而這種損失糙度等，因而這種損失的大小與流體的流動狀的大小與流體的流動狀態(tài)（層流或紊流）有密態(tài)（層流或紊流）有密切關(guān)系。切關(guān)系。沿程損失的大小與流過的管道長度成正比。2 2 局部損失的產(chǎn)生原因及大小。產(chǎn)生原因是局部邊界產(chǎn)生原因是局部邊界形狀和大小的改變、局形狀和大小的改變、局部障礙，液體產(chǎn)生漩渦，部障礙，液體產(chǎn)生漩渦，使能量損失。使能量損失。局部損失的大小與漩渦尺度、強度, 邊界形狀等因素相關(guān)。3 3 怎樣判別層流和紊流？為何不能直接用臨界流怎樣判別

2、層流和紊流？為何不能直接用臨界流速作為判別流態(tài)的標準？速作為判別流態(tài)的標準？答：用下臨界雷諾數(shù)答：用下臨界雷諾數(shù)Rek來判別。當雷諾數(shù)來判別。當雷諾數(shù)ReRek時時,流動為紊流。當為圓管流時流動為紊流。當為圓管流時Rek為為2000，明渠流時，明渠流時Rek為為500 。因為臨界流速跟流體的粘度、流體的密度和管徑（當為圓因為臨界流速跟流體的粘度、流體的密度和管徑（當為圓管流時）或水力半徑（當為明渠流時）有關(guān)。而臨界雷諾數(shù)管流時）或水力半徑（當為明渠流時）有關(guān)。而臨界雷諾數(shù)則是個比例常數(shù)，應(yīng)用起來非常方便。則是個比例常數(shù)，應(yīng)用起來非常方便。 復習主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.7 3.7 液體的紊流運動液體

3、的紊流運動3.8 3.8 液體的紊流運動方程（自學）液體的紊流運動方程（自學）3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律3.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動1 從流動顯示資料分析水流流態(tài)從流動顯示資料分析水流流態(tài) ( a ) ( b ) ( c )ADEBC12fh 雷 諾 實 驗 裝 置圖3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動質(zhì)點運動特征質(zhì)點運動特征：液體質(zhì)點互相混摻、碰撞，雜亂：液體質(zhì)點互相混摻、碰撞，雜亂無章地運動著。無章

4、地運動著。2 2 紊流運動的特征紊流運動的特征 紊流運動的基本特征紊流運動的基本特征：流動中許多微小渦體產(chǎn)生、：流動中許多微小渦體產(chǎn)生、發(fā)展并相互混摻著前進，并衰減和消失。發(fā)展并相互混摻著前進，并衰減和消失。3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動 在流場中選定一固定空間點，當一系列參差在流場中選定一固定空間點，當一系列參差不齊的渦體連續(xù)通過該空間點時，反映出這一定不齊的渦體連續(xù)通過該空間點時，反映出這一定點的運動要素（如流速、壓強等）發(fā)生隨機脈動。點的運動要素（如流速、壓強等）發(fā)生隨機脈動。 這種運動要素隨時間發(fā)生隨機脈動的現(xiàn)象叫這種運動要素隨時間發(fā)生隨機脈動的現(xiàn)象叫做運動要素的脈動。脈

5、動也稱紊動。做運動要素的脈動。脈動也稱紊動。tuxOA紊流紊流3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動在工程問題中，一般關(guān)心的不是某一空間點上運動在工程問題中，一般關(guān)心的不是某一空間點上運動要素隨時間的精確變化，而是在某一段時間內(nèi)運動要素隨時間的精確變化，而是在某一段時間內(nèi)運動要素的平均值。要素的平均值。xu瞬時流速xu脈動流速tuxOtuxOxu時均流速01( )Txxuu t dtT（時均）恒定流（時均）恒定流（時均）非恒定流（時均）非恒定流在時段在時段T T內(nèi)，運動要素的內(nèi)，運動要素的時間平均值時間平均值（時均值）為（時均值）為01( )Tpp t dtT當當T足夠長時，運動足夠長時

6、，運動要素的時均值是不變要素的時均值是不變的。的。3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動xxxuuu 運動要素的真實值和時均值之差稱為運動要素的運動要素的真實值和時均值之差稱為運動要素的脈動值脈動值。ppp嚴格來說，嚴格來說，紊流運動總是非恒定的紊流運動總是非恒定的。但是，當我們。但是，當我們討論紊流的時均特性時，同樣可以根據(jù)運動要素的討論紊流的時均特性時，同樣可以根據(jù)運動要素的時均值是否隨時間變化時均值是否隨時間變化而將流動分為恒定流和非恒而將流動分為恒定流和非恒定流。定流。3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動層流中的切應(yīng)力可按照牛頓內(nèi)摩擦定律計算。層流中的切應(yīng)力可按照牛頓內(nèi)摩

7、擦定律計算。紊流則不可，紊流中除了有各流層間質(zhì)點的相對紊流則不可，紊流中除了有各流層間質(zhì)點的相對運動外，還有上下層質(zhì)點的橫向交換。運動外，還有上下層質(zhì)點的橫向交換。紊流的切應(yīng)力由兩部分組成：紊流的切應(yīng)力由兩部分組成：粘滯切應(yīng)力（粘性阻力）粘滯切應(yīng)力（粘性阻力）由相鄰兩流層間時間平由相鄰兩流層間時間平均流速相對運動所產(chǎn)生的；均流速相對運動所產(chǎn)生的； 附加切應(yīng)力（附加阻力）附加切應(yīng)力（附加阻力）：純粹由脈動流速所產(chǎn)：純粹由脈動流速所產(chǎn)生的。生的。3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動xdudy粘滯切應(yīng)力（粘性阻力）粘滯切應(yīng)力（粘性阻力）可由牛頓內(nèi)摩擦定律計算可由牛頓內(nèi)摩擦定律計算22xdul

8、dy附加切應(yīng)力（附加阻力）附加切應(yīng)力（附加阻力）只能由經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式只能由經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式計算。比如普朗特（計算。比如普朗特（PrandtlPrandtl）公式）公式紊流的總切應(yīng)力為紊流的總切應(yīng)力為 l為混合長度。為混合長度。今后討論的流速一般指主流方向的時間平均流速，今后討論的流速一般指主流方向的時間平均流速，并直接用并直接用u u表示，而不需加上橫杠。表示，而不需加上橫杠。3.7 3.7 液體的紊流運動液體的紊流運動摩擦切應(yīng)力和附加切應(yīng)力的影響在管道的有效截面摩擦切應(yīng)力和附加切應(yīng)力的影響在管道的有效截面上的各處是不同的。上的各處是不同的。在接近管壁的地方黏性摩擦切應(yīng)力起主要作用在接近管壁

9、的地方黏性摩擦切應(yīng)力起主要作用，等，等號右邊的第二項可略去不計；號右邊的第二項可略去不計；在管道中心處，流體質(zhì)點之間混雜強烈，附加切應(yīng)在管道中心處，流體質(zhì)點之間混雜強烈，附加切應(yīng)力起主要作用力起主要作用，故可略去等號右邊的第一項。，故可略去等號右邊的第一項。3.8 3.8 液體的紊流運動方程液體的紊流運動方程自學。自學。3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動1 圓管紊流斷面分區(qū)結(jié)構(gòu)圓管紊流斷面分區(qū)結(jié)構(gòu)粘性底層粘性底層：又稱層流底層：又稱層流底層紊流流核紊流流核：在紊流流核中，流動以紊流為主，：在紊流流核中，流動以紊流為主，流動阻力主要為附加阻力。流動阻力主要為附加阻力。3.9

10、 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動2 黏性底層流速分布及黏性底層厚度黏性底層流速分布及黏性底層厚度雖然粘性底層一般很薄，但流速梯度很大，因此內(nèi)摩擦雖然粘性底層一般很薄，但流速梯度很大，因此內(nèi)摩擦力很大，對紊流阻力和水頭損失影響很大。力很大，對紊流阻力和水頭損失影響很大。對有壓圓管流，粘性底層的厚度可用下式計算對有壓圓管流，粘性底層的厚度可用下式計算L *11.6Lv是一個速度量綱，并與壁面切應(yīng)力有關(guān)的是一個速度量綱，并與壁面切應(yīng)力有關(guān)的量，稱為剪切流速。量，稱為剪切流速。0*v運動粘性系數(shù)運動粘性系數(shù)3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動由總流均勻流基本方程由

11、總流均勻流基本方程0flhgR及達西公式及達西公式22fl vhdg可得可得208v3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動所以，對圓管流所以，對圓管流*32.832.811.611.6Re8Lddvdvv該式即為有壓圓管流中紊流粘性底層厚度的計算公式。該式即為有壓圓管流中紊流粘性底層厚度的計算公式。可見，粘性底層厚度與管直徑，流動雷諾數(shù)，沿程阻力可見，粘性底層厚度與管直徑，流動雷諾數(shù)，沿程阻力系數(shù)有關(guān)。系數(shù)有關(guān)。208v2*88vvv雷諾數(shù)越大，紊流越強烈，粘性底層越薄。雷諾數(shù)越大，紊流越強烈，粘性底層越薄。0*v+紊流的沿程阻力受粘性底層的厚度和固體壁面粗糙度的紊流的沿程阻

12、力受粘性底層的厚度和固體壁面粗糙度的影響。嚴格說來，任何流動邊壁都是粗糙不平的。并且影響。嚴格說來，任何流動邊壁都是粗糙不平的。并且粗糙突起的程度一般不均勻。粗糙突起的程度一般不均勻。壁面粗糙突起的平均高度，稱為絕對粗糙度，用壁面粗糙突起的平均高度，稱為絕對粗糙度，用表示。表示。與流動邊界的某一特與流動邊界的某一特征尺度征尺度R R（如圓管直徑，（如圓管直徑，渠的寬度等）的比值，渠的寬度等）的比值，稱為相對粗糙度。稱為相對粗糙度。L3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動L（1 1）當雷諾數(shù)較小時，）當雷諾數(shù)較小時，L L較大，以至于壁面凸起完全較大，以至于壁面凸起完全被粘性底

13、層所覆蓋，紊流流核被粘性底層與壁面凸起完被粘性底層所覆蓋，紊流流核被粘性底層與壁面凸起完全隔開，此時紊流阻力不受壁面粗糙凸起的影響，沿程全隔開，此時紊流阻力不受壁面粗糙凸起的影響，沿程阻力系數(shù)阻力系數(shù)只和雷諾數(shù)有關(guān)只和雷諾數(shù)有關(guān)。光滑光滑紊流，水力光滑壁，水力光滑管。紊流，水力光滑壁，水力光滑管。32.8ReLd因為因為3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動（2 2）當）當ReRe很大時，很大時，L L很小，以至于壁面粗糙凸起深入到很小，以至于壁面粗糙凸起深入到紊流流核中，成為紊流漩渦的重要產(chǎn)生地，粗糙凸起成為紊流流核中，成為紊流漩渦的重要產(chǎn)生地，粗糙凸起成為阻礙液流運動的最

14、主要因素，紊流沿程阻力和沿程水頭損阻礙液流運動的最主要因素，紊流沿程阻力和沿程水頭損失失只與壁面粗糙度有關(guān)只與壁面粗糙度有關(guān)。粗糙紊粗糙紊流，水力粗糙壁，水力粗糙管。流，水力粗糙壁，水力粗糙管。（3 3）介于光滑紊流和粗糙紊流之間的情況，稱為紊流過渡。）介于光滑紊流和粗糙紊流之間的情況，稱為紊流過渡。此時粘性底層不能完全淹沒邊壁粗糙凸起的影響，紊流沿程阻此時粘性底層不能完全淹沒邊壁粗糙凸起的影響，紊流沿程阻力及沿程水頭損失和雷諾數(shù)和壁面粗糙都有關(guān)。力及沿程水頭損失和雷諾數(shù)和壁面粗糙都有關(guān)。L3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動紊流中液體質(zhì)點相互混摻、碰紊流中液體質(zhì)點相互混摻

15、、碰撞撞質(zhì)點間的動量傳遞質(zhì)點間的動量傳遞斷面流速分布的均勻化斷面流速分布的均勻化粘性底層內(nèi)流態(tài)為層流，流速分布服從拋物型分布。粘性底層內(nèi)流態(tài)為層流，流速分布服從拋物型分布。其厚度很薄，流速可以按線性處理。其厚度很薄，流速可以按線性處理。層流流速分布層流流速分布紊流流速分布紊流流速分布3 3 紊流過水斷面的流速分布紊流過水斷面的流速分布3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動在紊流流核區(qū)，流動阻力以附加阻力為主，粘性切在紊流流核區(qū)，流動阻力以附加阻力為主，粘性切應(yīng)力可以忽略不計，由普朗特公式應(yīng)力可以忽略不計，由普朗特公式22duldy式中，式中，l 稱為混合長度，根據(jù)尼古拉茲實驗

16、，有稱為混合長度，根據(jù)尼古拉茲實驗，有01ylkyr式中，式中，k 為卡門常數(shù)（無量綱）為卡門常數(shù)（無量綱）3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動22201yduk yrdy過水斷面上切應(yīng)力呈線性分布，即過水斷面上切應(yīng)力呈線性分布，即00001yrrr 該式對層流和紊流都適用。該式對層流和紊流都適用。 于是，有于是，有22200011yyduk yrrdy 整理得整理得01dudyky 積分得積分得0*11lnlnuyCvyCkk3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動 上式上式變換得無量綱形式變換得無量綱形式*1lnv yuCvk C C和和CC均為積分常數(shù)

17、均為積分常數(shù)3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動 可見，過水斷面上紊流流核的流速分布遵循對數(shù)律。可見，過水斷面上紊流流核的流速分布遵循對數(shù)律。對數(shù)律比拋物律更均勻，因此紊流運動的動能修正系數(shù)和對數(shù)律比拋物律更均勻，因此紊流運動的動能修正系數(shù)和動量修正系數(shù)都接近于動量修正系數(shù)都接近于1.01.0。斷面平均流速約為。斷面平均流速約為0.8u0.8umaxmax。*12.3lnlgv yv yuuCCvkvk自然對數(shù)：常用對數(shù)： 1 1）光滑紊流的流速分布）光滑紊流的流速分布光滑紊流的粘性底層較厚，在粘性底層內(nèi)流速近似為光滑紊流的粘性底層較厚，在粘性底層內(nèi)流速近似為線性分布線性分

18、布*v yuv 在紊流流核區(qū)，流速分布為在紊流流核區(qū)，流速分布為 根據(jù)尼古拉茲實驗，測得根據(jù)尼古拉茲實驗，測得C5.5，k0.4，因此，因此*2.3lgv yuCvk*5.75lg5.5v yuv3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動 2 2）粗糙紊流的流速分布）粗糙紊流的流速分布粗糙紊流的粘性底層厚度非常小，可認為整個過水粗糙紊流的粘性底層厚度非常小，可認為整個過水斷面上的流速分布均符合對數(shù)律。斷面上的流速分布均符合對數(shù)律。 卡門和普蘭特根據(jù)尼古拉茲實驗，得出卡門和普蘭特根據(jù)尼古拉茲實驗，得出*5.75lg8.5uyv

19、 3 3）紊流流速分布的指數(shù)律經(jīng)驗公式）紊流流速分布的指數(shù)律經(jīng)驗公式 卡門和普蘭特根據(jù)實驗資料，還提出了紊流流速分卡門和普蘭特根據(jù)實驗資料，還提出了紊流流速分布指數(shù)律公式布指數(shù)律公式max0nuyur 式中的指數(shù)隨雷諾數(shù)而變化。見表式中的指數(shù)隨雷諾數(shù)而變化。見表3-13-1。3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動根據(jù)尼古拉茲等科學家的實驗，可得：根據(jù)尼古拉茲等科學家的實驗，可得：光滑紊流區(qū)，光滑紊流區(qū)，Re*5紊流過渡區(qū)，紊流過渡區(qū)，5Re*70其中其中 Re*v*/, , 稱為粗糙雷諾數(shù)。稱為粗糙雷諾數(shù)。顯然，判斷流動邊壁屬于哪個區(qū)，不能單獨依靠粗糙顯然，判斷流動邊壁屬于哪

20、個區(qū)，不能單獨依靠粗糙度，還要綜合考慮雷諾數(shù)的影響。度，還要綜合考慮雷諾數(shù)的影響。3.9 3.9 圓管內(nèi)液體的紊流運動圓管內(nèi)液體的紊流運動將將l、v、d、和和與水頭損失相聯(lián)系，與水頭損失相聯(lián)系，應(yīng)用量應(yīng)用量綱分析法，得綱分析法，得22fl vhdg沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)是是ReRe和和/d的函數(shù)的函數(shù)。3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律1. 普遍公式普遍公式2. 的變化規(guī)律的變化規(guī)律3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律測量沿程阻力系數(shù)的尼古拉茲試驗裝置測量沿程阻力系數(shù)的尼

21、古拉茲試驗裝置 hftVQ lReV df22dghl V尼古拉茲實驗原理：尼古拉茲實驗原理：尼古拉茲實驗結(jié)果尼古拉茲實驗結(jié)果lglg（100100）lgRelgRe130d161d1120d1252d1504d11014dRe2320,Re2320,層流時層流時, ,64Re光滑紊流區(qū)光滑紊流區(qū)(R e)f粗糙紊流區(qū)粗糙紊流區(qū), ,又稱為阻力平方區(qū)又稱為阻力平方區(qū)()fd紊流過渡區(qū)紊流過渡區(qū)(Re,)fd層流向紊流過渡區(qū)層流向紊流過渡區(qū), , (Re)f3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失

22、系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律鑒于紊流的復雜性，精確計算沿程阻力系數(shù)的公鑒于紊流的復雜性，精確計算沿程阻力系數(shù)的公式無法得到。只可能采用一些經(jīng)驗或半經(jīng)驗的計式無法得到。只可能采用一些經(jīng)驗或半經(jīng)驗的計算公式。算公式。尼古拉茲實驗的意義在于全面揭示了不同流態(tài)下尼古拉茲實驗的意義在于全面揭示了不同流態(tài)下沿程阻力系數(shù)和雷諾數(shù)及相對粗糙度之間的關(guān)系。沿程阻力系數(shù)和雷諾數(shù)及相對粗糙度之間的關(guān)系。并表明，各種經(jīng)驗公式和半經(jīng)驗公式都有一定的并表明，各種經(jīng)驗公式和半經(jīng)驗公式都有一定的適用范圍。適用范圍。 尼古拉茲的實驗曲線是用各種不同的人工均勻尼古拉茲的實驗曲線是用各種不同的人工均勻砂粒粗

23、糙度的圓管進行實驗得到的，這與工業(yè)管道砂粒粗糙度的圓管進行實驗得到的，這與工業(yè)管道內(nèi)壁的自然不均勻粗糙度有很大差別。內(nèi)壁的自然不均勻粗糙度有很大差別。工業(yè)管道的工業(yè)管道的粗糙高度、粗糙形狀及其分布是隨機的。粗糙高度、粗糙形狀及其分布是隨機的。 因此在進行工業(yè)管道的阻力計算時，不能隨便因此在進行工業(yè)管道的阻力計算時，不能隨便套用套用尼古拉茲尼古拉茲圖去查取圖去查取值。值。3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律3. 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式00202rurdrQvAr（1）光滑紊流區(qū)，）光滑紊流區(qū)，Re*70，由流速分布公式，由流速分布公式*5.7

24、5lg8.5uyv0*5.75lg4.75rvv積分得積分得0*8vv又因為又因為012lg1.74r代入整理，并由實驗資料進行適當?shù)眯拚?，得到代入整理，并由實驗資料進行適當?shù)眯拚螅玫椒Q為稱為尼古拉茲粗糙管公式尼古拉茲粗糙管公式。3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律謝才公式謝才公式VCR J斷面平均流速斷面平均流速謝才系數(shù)謝才系數(shù)水力半徑水力半徑水力坡度水力坡度謝才系數(shù)量綱為謝才系數(shù)量綱為L1/2T-1，單位，單位為為m1/2/s。謝才公式可適用于謝才公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)不同流態(tài)和流區(qū)，既可適用于明渠水流也可應(yīng)用于管流。既

25、可適用于明渠水流也可應(yīng)用于管流。8gC28gC或或3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律常用計算謝才系數(shù)的經(jīng)驗公式：常用計算謝才系數(shù)的經(jīng)驗公式：曼寧公式曼寧公式巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式161CRn11yCRn*這兩個公式只適用于這兩個公式只適用于阻力平方區(qū)的紊流阻力平方區(qū)的紊流。n為粗糙系數(shù)，簡稱糙率為粗糙系數(shù)，簡稱糙率,也稱為曼寧系數(shù)。水力半徑單也稱為曼寧系數(shù)。水力半徑單位均為米。位均為米。3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律例例1 一混凝土襯砌的圓形斷面隧洞，管徑一

26、混凝土襯砌的圓形斷面隧洞，管徑d=2000mm，管長管長l=100m，通過流量，通過流量Q=31.4m3/s，糙率，糙率n=0.014，試求，試求該隧洞的洞程水頭損失該隧洞的洞程水頭損失hf。解解: 隧洞中流動一般均為紊流粗糙區(qū)，故可應(yīng)用謝才公式。隧洞中流動一般均為紊流粗糙區(qū)，故可應(yīng)用謝才公式。 所以所以 其中：其中： 將以上各值代入將以上各值代入h hf f式中得式中得 3.10 3.10 液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律液體紊流運動沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律局部水頭損失一般在急變流段產(chǎn)生，流態(tài)一般為粗局部水頭損失一般在急變流段產(chǎn)生，流態(tài)一般為粗糙紊流。糙紊流。應(yīng)用理論求解局部水頭損失

27、較為困難。應(yīng)用理論求解局部水頭損失較為困難。目前，只有目前，只有圓管過水斷面突然擴大等極少數(shù)情況下的局部水頭圓管過水斷面突然擴大等極少數(shù)情況下的局部水頭損失可以用理論求解，其他大多數(shù)情況只能通過試損失可以用理論求解，其他大多數(shù)情況只能通過試驗確定。驗確定。 3.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失1 過水斷面突然擴大過水斷面突然擴大水流從小管流入大管時，在過水斷面突然擴大處（斷面水流從小管流入大管時，在過水斷面突然擴大處（斷面1 11 1）水流與壁面發(fā)生分離，從而形成漩渦區(qū)。水流前進一段距離，水流與壁面發(fā)生分離，從而形成漩渦區(qū)。水流前進一段距離，到達斷面到達斷面2 22 2處才再次和壁面接

28、觸，成為漸變流。處才再次和壁面接觸，成為漸變流。取取11斷面和斷面和22斷面，以及管壁圍成的控制體進行分析。斷面，以及管壁圍成的控制體進行分析。xz1z2v1v22200dDLp111p1p1G11p23.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失2211 12221222wppZzhgggg 以斷面以斷面1-11-1和斷面和斷面2-22-2列伯努利方程，有列伯努利方程，有)22()()(2222112121gggpgpzzhj上式中壓強上式中壓強p p1 1、p p2 2未知，需應(yīng)用動量定律求解。未知，需應(yīng)用動量定律求解。該段以局部損失為主，可忽略沿程水頭損失，則該段以局部損失為主，可忽略沿程

29、水頭損失，則3.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失對控制體沿水流方向列動量方程對控制體沿水流方向列動量方程3.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失1 1121222122 21 1 ()()()p ApAAp AgA zzQvv由實驗知：由實驗知：11ppxz1z2v1v22200dDLp111p1p1G11p23.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失故有故有22221 121 122()2jvv vvvhgg2121,gvvhj2)(221上式即為斷面突然擴大的局部水頭損失的理論計算式。上式即為斷面突然擴大的局部水頭損失的理論計算式。因因近似等于近似等于1 1。故有。故有g(shù)vv

30、vgpgpzz211222121)(則有則有2212122221211222(1)(1)jvvhggAAAA 式中，式中，稱作稱作出口局部阻力系數(shù)出口局部阻力系數(shù)用連續(xù)方程用連續(xù)方程 代入上式并化代入上式并化簡得簡得 21121221AvAvAvAv，3.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失一般情況，局部水頭損失可表為下面的通用公式一般情況，局部水頭損失可表為下面的通用公式gvhj22 式中，式中，可由試驗確定；可由試驗確定； v 為發(fā)生局部損失之前或之后的斷面平均流速。為發(fā)生局部損失之前或之后的斷面平均流速。 A1A2v1v2221111222222112122jjAvhAgAvhAg （） （ ）3.11 3.11 局部水頭損失局部水頭損失例例2 2 如圖所示流速由如圖所示流速由v v1 1變?yōu)樽優(yōu)関 v2 2的突然擴大管中，的突然擴大管中，如果中間加一中等粗細管段使形成兩次突然擴大，如果中間加一中等粗細管段使形成兩次突然