第四章水頭損失計(jì)算

1、學(xué)習(xí)單元四學(xué)習(xí)單元四 水頭損失計(jì)算水頭損失計(jì)算 1.1.理解水流阻力和水頭損失產(chǎn)生的原因及分類，掌理解水流阻力和水頭損失產(chǎn)生的原因及分類，掌握水力半徑的概念。握水力半徑的概念。2.2.理解雷諾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和液體流動(dòng)兩種流態(tài)的特點(diǎn)，理解雷諾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和液體流動(dòng)兩種流態(tài)的特點(diǎn)，掌握層流與紊流的判別方法及雷諾數(shù)掌握層流與紊流的判別方法及雷諾數(shù)ReRe的物理含義，的物理含義，弄清楚判別明渠水流和管流臨界雷諾數(shù)不同的原因。弄清楚判別明渠水流和管流臨界雷諾數(shù)不同的原因。【教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求】一、一、 產(chǎn)生水頭損失的原因及其分類產(chǎn)生水頭損失的原因及其分類3 第一節(jié)第一節(jié) 水頭損失的類型水頭損失的類型（一）產(chǎn)

2、生水頭損失的原因（一）產(chǎn)生水頭損失的原因1.1.水頭損失的內(nèi)因：粘滯性水頭損失的內(nèi)因：粘滯性2.2.水頭損失的外因：邊界對(duì)液流的約束水頭損失的外因：邊界對(duì)液流的約束（二）水流運(yùn)動(dòng)的阻力的分類（二）水流運(yùn)動(dòng)的阻力的分類1.1.沿程阻力沿程阻力2.2.附加阻力附加阻力（三）水頭損失的類型（三）水頭損失的類型水頭損失：?jiǎn)挝恢亓康囊后w自一斷面流到另一斷面所損失的機(jī)水頭損失：?jiǎn)挝恢亓康囊后w自一斷面流到另一斷面所損失的機(jī)械能。械能。 分類：分類： 沿程水頭損失：液流做均勻流，在液流內(nèi)部與固壁之間產(chǎn)生沿程水頭損失：液流做均勻流，在液流內(nèi)部與固壁之間產(chǎn)生的沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力。的沿程不變的切應(yīng)力，稱

3、為沿程阻力。由沿程阻力做功而引起的水頭損失稱為沿程水頭損失。由沿程阻力做功而引起的水頭損失稱為沿程水頭損失。(2)(2)局部水頭損失：局部水頭損失：當(dāng)固體壁沿流程急劇改變，是液流內(nèi)部流速重新分布，質(zhì)點(diǎn)間當(dāng)固體壁沿流程急劇改變，是液流內(nèi)部流速重新分布，質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行劇烈動(dòng)量交換而產(chǎn)生的阻力。進(jìn)行劇烈動(dòng)量交換而產(chǎn)生的阻力。有局部阻力做功引起的水頭損失稱為局部水頭損失。有局部阻力做功引起的水頭損失稱為局部水頭損失。常見(jiàn)的發(fā)生局部水頭損失區(qū)域常見(jiàn)的發(fā)生局部水頭損失區(qū)域 只要局部地區(qū)邊界的形狀或大小改變，液流內(nèi)只要局部地區(qū)邊界的形狀或大小改變，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要急劇調(diào)整，流速分布進(jìn)行改組流線發(fā)生部結(jié)構(gòu)就要急劇

4、調(diào)整，流速分布進(jìn)行改組流線發(fā)生彎曲并產(chǎn)生旋渦，在這些局部地區(qū)就有局部水頭損彎曲并產(chǎn)生旋渦，在這些局部地區(qū)就有局部水頭損失。失。7 8 第二節(jié)第二節(jié) 層流與紊流兩種型態(tài)層流與紊流兩種型態(tài) 一、雷諾試驗(yàn)一、雷諾試驗(yàn) 實(shí)際流體的流動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)實(shí)際流體的流動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)出兩種不同的型態(tài)：層流出兩種不同的型態(tài)：層流和紊流，它們的區(qū)別在于：和紊流，它們的區(qū)別在于：流動(dòng)過(guò)程中流體層之間是流動(dòng)過(guò)程中流體層之間是否發(fā)生混摻現(xiàn)象。在紊流否發(fā)生混摻現(xiàn)象。在紊流流動(dòng)中存在隨機(jī)變化的脈流動(dòng)中存在隨機(jī)變化的脈動(dòng)量，而在層流流動(dòng)中則動(dòng)量，而在層流流動(dòng)中則沒(méi)有。沒(méi)有。紊紊流流層層流流過(guò)過(guò)渡渡區(qū)區(qū)m=1m=1.75-2.0fhlgvlg

5、 線段AC及ED都是直線， 用 表示 即 層流時(shí)適用直線AC， ，即m1。 紊流時(shí)適用直線DE， ，m1.752。 lglglgmkhfmfkh01450245 圓管中圓管中恒恒定流動(dòng)的流態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾定流動(dòng)的流態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)，又分為上臨界雷諾數(shù)和下臨界雷諾數(shù)。上臨界雷諾數(shù)表示超數(shù)，又分為上臨界雷諾數(shù)和下臨界雷諾數(shù)。上臨界雷諾數(shù)表示超過(guò)此雷諾數(shù)的流動(dòng)必為紊流，它很不確定，跨越一個(gè)較大的取值過(guò)此雷諾數(shù)的流動(dòng)必為紊流，它很不確定，跨越一個(gè)較大的取值范圍。有實(shí)際意義的是下臨界雷諾數(shù)，表示低于此雷諾數(shù)的流動(dòng)范圍。有實(shí)際意義的是下臨界雷諾數(shù)，表示低于此雷諾數(shù)

6、的流動(dòng)必為層流，有確定的取值，圓管定常流動(dòng)取為必為層流，有確定的取值，圓管定常流動(dòng)取為 2320eCR2320eCReCR紊流紊流層流層流紊流紊流層流層流上臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)ReRe12000-40000雷諾試驗(yàn)表明：圓管中雷諾試驗(yàn)表明：圓管中恒恒定流動(dòng)的流態(tài)轉(zhuǎn)化取決于雷諾數(shù)定流動(dòng)的流態(tài)轉(zhuǎn)化取決于雷諾數(shù)vdRe d 是圓管直徑，是圓管直徑，v 是斷面平均流速，是斷面平均流速， 是流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。是流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。 實(shí)際流體的流動(dòng)之所以會(huì)呈現(xiàn)出兩種不同的型態(tài)是擾動(dòng)因素實(shí)際流體的流動(dòng)之所以會(huì)呈現(xiàn)出兩種不同的型態(tài)是擾動(dòng)因素與粘性穩(wěn)定作用之間對(duì)比和抗衡的結(jié)果。針對(duì)圓

7、管中恒定流動(dòng)與粘性穩(wěn)定作用之間對(duì)比和抗衡的結(jié)果。針對(duì)圓管中恒定流動(dòng)的情況，容易理解：減小的情況，容易理解：減小 d ，減小，減小 v ，加大，加大 三種途徑都是三種途徑都是有利于流動(dòng)穩(wěn)定的。綜合起來(lái)看，小雷諾數(shù)流動(dòng)趨于穩(wěn)定，而有利于流動(dòng)穩(wěn)定的。綜合起來(lái)看，小雷諾數(shù)流動(dòng)趨于穩(wěn)定，而大雷諾數(shù)流動(dòng)穩(wěn)定性差，容易發(fā)生紊流現(xiàn)象。大雷諾數(shù)流動(dòng)穩(wěn)定性差，容易發(fā)生紊流現(xiàn)象。 13 二、層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn) 雷諾數(shù)： 臨界雷諾數(shù)：液流型態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)變時(shí)的雷諾數(shù)。 對(duì)圓管： 對(duì)明渠及天然河道 ddRe2320Rek580ReRk14 過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣eA A、濕周、濕周 及力半徑及力半徑R R等。等。 濕周

8、濕周 ：液流過(guò)水?dāng)嗝媾c固體邊界接觸的：液流過(guò)水?dāng)嗝媾c固體邊界接觸的周界線。周界線。 水力半徑：水力半徑： 對(duì)圓管：對(duì)圓管： AR 442dddAR1.1.當(dāng)輸水管的流量一定時(shí)，隨管徑的加大，雷諾當(dāng)輸水管的流量一定時(shí)，隨管徑的加大，雷諾數(shù)是增大還是減小？原因何在？數(shù)是增大還是減小？原因何在？2.2.有一條輸水管，水流速度有一條輸水管，水流速度V=1m/sV=1m/s，水溫，水溫t=20,t=20,管徑管徑d=200mmd=200mm，試判斷其水流型態(tài)。，試判斷其水流型態(tài)。3.3.一條矩形斷面渠道，底寬一條矩形斷面渠道，底寬b=200cm,b=200cm,水深水深h=15cm,h=15cm,若水流

9、流速若水流流速v=0.5m/s,v=0.5m/s,水溫為水溫為2020，試判斷其流，試判斷其流動(dòng)型態(tài)。動(dòng)型態(tài)。三、雷諾數(shù)的物理意義三、雷諾數(shù)的物理意義 tLLvLtvLTFLvLT :dyduATtvLFdtduVmaFRe22323dvdv粘滯力慣性力則：其量綱粘滯力：其量綱：慣性力：粘性穩(wěn)定粘性穩(wěn)定擾動(dòng)因素?cái)_動(dòng)因素vdRe d v 利于穩(wěn)定利于穩(wěn)定對(duì)比抗衡18 四、紊流脈動(dòng)四、紊流脈動(dòng)（一）、紊流的形成（一）、紊流的形成雷諾實(shí)驗(yàn)表明：層流與紊流的主要區(qū)別在于紊流時(shí)各流層之雷諾實(shí)驗(yàn)表明：層流與紊流的主要區(qū)別在于紊流時(shí)各流層之間液體質(zhì)點(diǎn)有不斷地互相混摻作用，而層流則無(wú)。間液體質(zhì)點(diǎn)有不斷地互相混

10、摻作用，而層流則無(wú)。 +-+-高速流層高速流層低速流層低速流層20 (a)(b)(c) 渦體的形成是混摻作用產(chǎn)生的根源。渦體的形成是混摻作用產(chǎn)生的根源。 旋渦受升力而升降，產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)，引起流體層之間的混摻旋渦受升力而升降，產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)，引起流體層之間的混摻渦體渦體P22 渦體的形成并不一定形成紊流，只有當(dāng)慣性作渦體的形成并不一定形成紊流，只有當(dāng)慣性作用與粘滯作用相比強(qiáng)大到一定程度時(shí)，才可能形成用與粘滯作用相比強(qiáng)大到一定程度時(shí)，才可能形成紊流。所以雷諾數(shù)是表征慣性力與粘滯力的比值。紊流。所以雷諾數(shù)是表征慣性力與粘滯力的比值。 23 （二）（二） 紊流的特征紊流的特征 紊流的基本特征是許許多多大

11、小不等的渦體相紊流的基本特征是許許多多大小不等的渦體相互混摻前進(jìn)，它們的位置、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不互混摻前進(jìn)，它們的位置、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不斷地變化。斷地變化。 一、運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)一、運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng) （a）（b）試驗(yàn)研究結(jié)果表明：瞬時(shí)流速雖有變化，但在足試驗(yàn)研究結(jié)果表明：瞬時(shí)流速雖有變化，但在足夠長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程中，它的時(shí)間平均值是不變的。夠長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程中，它的時(shí)間平均值是不變的。 時(shí)間平均流速可表示為時(shí)間平均流速可表示為24 TxxdxuTu01即恒定流時(shí)即恒定流時(shí)時(shí)間平均流速時(shí)間平均流速不隨時(shí)間變化，非恒定不隨時(shí)間變化，非恒定流時(shí)流時(shí)時(shí)間平均流速時(shí)間平均流速隨時(shí)間而變化。隨時(shí)間而變化。25

12、瞬時(shí)流速與時(shí)間平均流速之差叫做脈動(dòng)流瞬時(shí)流速與時(shí)間平均流速之差叫做脈動(dòng)流 速速 ，即，即 脈動(dòng)流速的時(shí)間平均脈動(dòng)流速的時(shí)間平均 其它運(yùn)動(dòng)要素如動(dòng)水壓強(qiáng)也可用同樣方法來(lái)表示：其它運(yùn)動(dòng)要素如動(dòng)水壓強(qiáng)也可用同樣方法來(lái)表示： xuxxxuuu0111000 xxTTxxTxxuudtuTdtuTdtuTuppp26 （三）、紊動(dòng)的切應(yīng)力（三）、紊動(dòng)的切應(yīng)力 層流運(yùn)動(dòng)粘滯切應(yīng)力：層流運(yùn)動(dòng)粘滯切應(yīng)力： 紊動(dòng)時(shí)均切應(yīng)力紊動(dòng)時(shí)均切應(yīng)力 看作是由兩部分所組成：第一部看作是由兩部分所組成：第一部分為由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生分為由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力的粘滯切應(yīng)力 ；第二

13、部分為純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)；第二部分為純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)力生的附加切應(yīng)力 。 故有故有1221dyudx1222)(dyudluuxyxdydu22)(dyduldyduxx27 第三節(jié)第三節(jié) 均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系 均 勻 流28 非非 均均 勻勻 流流均勻流時(shí)無(wú)局部水頭損失，非均勻漸變流時(shí)局部均勻流時(shí)無(wú)局部水頭損失，非均勻漸變流時(shí)局部水頭損失可忽略不計(jì)，非均勻急變流時(shí)兩種水頭水頭損失可忽略不計(jì)，非均勻急變流時(shí)兩種水頭損失都有。損失都有。29 在管道或明渠均勻流中，任意取出一段總流來(lái)在管道或明渠均勻流中，任意取出一段總流來(lái)分析，作用在該總流

14、段上有下列各力。分析，作用在該總流段上有下列各力。 一、動(dòng)水壓力一、動(dòng)水壓力 1-1斷面 2-2斷面 11PAp22PAp30 二、重力: 三、摩擦阻力: ；其中 為總流邊界上的平均切應(yīng)力 因?yàn)榫鶆蛄鳑](méi)有加速度，所以： 即 AlG0Tl0TsinPP21G0sin021laAlApAplzza21sin02211)()(wlpzpz031 因斷面因斷面1-11-1及及2-22-2的流速水頭相等，則能量方程的流速水頭相等，則能量方程為有為有 上式就是均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式。上式就是均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式。RJ0fhgpzgpz)()(2211000RlgRlgwlhflh

15、Jf（二）圓管層流的切應(yīng)力（二）圓管層流的切應(yīng)力ux 00rr（三）均勻?qū)恿髦械那袘?yīng)力存在規(guī)律（三）均勻?qū)恿髦械那袘?yīng)力存在規(guī)律 hh-y高速流層高速流層低速流層低速流層00)1 ()()(hyJyhhJRJyhbyhbARhARb一一 達(dá)西公式達(dá)西公式 2gvdlh)d4F(Re,4lhJ2vJ2ff2 R第四節(jié)第四節(jié) 沿程水頭損失沿程水頭損失尼庫(kù)拉茲沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖尼庫(kù)拉茲沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖 尼庫(kù)拉茲為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，用不尼庫(kù)拉茲為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，用不同粒徑的人工砂粘貼在不同直徑的管道的內(nèi)壁上，同粒徑的人工砂粘貼在不同直徑的管道的內(nèi)壁上，用不同的流速

16、進(jìn)行一系列試驗(yàn)。用不同的流速進(jìn)行一系列試驗(yàn)。二二 尼尼古古拉拉茲茲試試驗(yàn)驗(yàn)eRlg層層流流層流區(qū)層流區(qū)過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)粗糙區(qū)粗糙區(qū)過(guò)渡粗過(guò)渡粗糙區(qū)糙區(qū)光滑管光滑管)100lg(15/0skr6.3060126507252尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線尼庫(kù)拉茲試驗(yàn)結(jié)果表明：尼庫(kù)拉茲試驗(yàn)結(jié)果表明： 一）、當(dāng)一）、當(dāng)ReRe23002300時(shí)，時(shí)，與與ReRe的關(guān)系為直的關(guān)系為直線線，與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān)。，與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān)。 二）、當(dāng)二）、當(dāng)23002300ReRe40004000時(shí)，過(guò)渡區(qū)，時(shí)時(shí)，過(guò)渡區(qū)，時(shí)而紊流，時(shí)而層流。而紊流，時(shí)而層流。37 三）、當(dāng)三）、當(dāng)Re4000時(shí)，時(shí)，決定于決定于 與與

17、 的關(guān)系：的關(guān)系： 1當(dāng)當(dāng)Re較小時(shí)，較小時(shí)， 較厚，可以淹沒(méi)較厚，可以淹沒(méi) ，管壁就，管壁就是水力光滑管。是水力光滑管。 f(Re)，而與，而與 無(wú)關(guān)。圖中直線無(wú)關(guān)。圖中直線。 2在直線在直線與直線與直線之間的區(qū)域?yàn)楣饣苓^(guò)渡到之間的區(qū)域?yàn)楣饣苓^(guò)渡到粗糙管的過(guò)渡區(qū)。粗糙管的過(guò)渡區(qū)。 3直線直線以右的區(qū)域，以右的區(qū)域，與與 有關(guān)，而與有關(guān)，而與Re無(wú)無(wú)關(guān)，屬粗糙管區(qū)。關(guān)，屬粗糙管區(qū)。 rRe)(、rf001.1.圓管紊流過(guò)渡區(qū)的沿程摩阻系數(shù)：圓管紊流過(guò)渡區(qū)的沿程摩阻系數(shù)：（a a）與雷諾數(shù)）與雷諾數(shù) 有關(guān)；有關(guān)；（b b）與管壁相對(duì)粗糙）與管壁相對(duì)粗糙 有關(guān)；有關(guān)；（c c）與）與 及及 有

18、關(guān)；有關(guān)；（d d）與）與 和和 管長(zhǎng)有關(guān)。管長(zhǎng)有關(guān)。2.2.圓管紊流粗糙區(qū)的沿程摩阻系數(shù)，在紊流過(guò)渡區(qū)圓管紊流粗糙區(qū)的沿程摩阻系數(shù)，在紊流過(guò)渡區(qū)隨雷諾數(shù)的增加：隨雷諾數(shù)的增加：（a a）增加；（）增加；（b b）減小；）減??；（c c）不變；（）不變；（d d）不定。）不定。eRd/eRd/leR思考vdRe層流層流層流區(qū)層流區(qū)過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)粗糙區(qū)粗糙區(qū)過(guò)渡粗過(guò)渡粗糙區(qū)糙區(qū)光滑管光滑管三三 工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)四四 沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式層流的流速分布及其沿程阻力系數(shù)層流的流速分布及其沿程阻力系數(shù)Re6441 2 2） 圓管層流圓管層流 圓管中層流運(yùn)動(dòng)圓筒層表面的切應(yīng)

19、力可按牛頓圓管中層流運(yùn)動(dòng)圓筒層表面的切應(yīng)力可按牛頓 內(nèi)摩擦定律來(lái)計(jì)算：內(nèi)摩擦定律來(lái)計(jì)算： 圓筒層表面切應(yīng)力圓筒層表面切應(yīng)力: 當(dāng)當(dāng)r=r0時(shí)，時(shí)， 得流速分布公式得流速分布公式drdux2rJJRCrJux24204rJC)(4220rrJux高速流層高速流層低速流層低速流層max2h02h02max22323dy)2(h1udyh1v2, hy)2(0c0, 0)2()()(uhJyhyJhJuuyhyJuuycyhyJudyyhJduJyhdydu得3）寬淺式明渠（槽）寬淺式明渠（槽）若有兩根管道水流做層流運(yùn)動(dòng)，其直徑若有兩根管道水流做層流運(yùn)動(dòng)，其直徑d d，長(zhǎng)度長(zhǎng)度l l，絕對(duì)粗糙度均相

20、等，其中一根輸油，絕對(duì)粗糙度均相等，其中一根輸油，一根輸水，問(wèn)：當(dāng)兩管中的流速相等時(shí)，一根輸水，問(wèn)：當(dāng)兩管中的流速相等時(shí)，其沿程水頭損失是否相等？當(dāng)兩管中的雷其沿程水頭損失是否相等？當(dāng)兩管中的雷諾數(shù)相等時(shí)，沿程水頭損失是否相等？諾數(shù)相等時(shí)，沿程水頭損失是否相等？44 （2 2）紊流中的流速分布及其沿程阻力系數(shù)）紊流中的流速分布及其沿程阻力系數(shù) 紊流中緊靠固體邊界附近地方，脈動(dòng)流速很紊流中緊靠固體邊界附近地方，脈動(dòng)流速很 小，由脈動(dòng)流速產(chǎn)生的附加切應(yīng)力也很小，而流速小，由脈動(dòng)流速產(chǎn)生的附加切應(yīng)力也很小，而流速梯度卻很大，所以粘滯切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其流態(tài)梯度卻很大，所以粘滯切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其流態(tài)

21、基本屬層流?；緦賹恿?。 1）粘性底層）粘性底層45 yudydu020 v6 .11,*0NvN208vyrJrrrJrrrrJrrJux000002202)(2)(4)(4vu8*Re8 .32 dlvdRe2）紊流流核區(qū)）紊流流核區(qū)紊紊流流區(qū)區(qū)過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)粘性底層粘性底層管軸管軸 y x注意：光滑面或粗糙面不完全取決于邊界面本身注意：光滑面或粗糙面不完全取決于邊界面本身的光滑或粗糙，而是依據(jù)粘性底層厚度與絕對(duì)粗的光滑或粗糙，而是依據(jù)粘性底層厚度與絕對(duì)粗糙度兩者的大小的對(duì)比來(lái)確定的。糙度兩者的大小的對(duì)比來(lái)確定的。紊流核區(qū)中同一固體紊流核區(qū)中同一固體 邊邊界面的光滑、粗糙與流界面的光滑、粗糙

22、與流速?zèng)]關(guān)系？速?zèng)]關(guān)系？2.022.075. 12e75. 12e12v2),d(f6. 4v2),d,R(f64 . 0. 3v2),R(f5 . 2. 2v2,Re64. 1gdlhgdlhgdlhgdlhflfllflf）紊流水力粗糙區(qū)（）紊流過(guò)渡區(qū)（）紊流水力光滑區(qū)（層流區(qū)49 3）紊流的流速分布）紊流的流速分布 紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面流速分生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面流速分布的均勻化。布的均勻化。 cykuukyukydydudyduykdydulln1)()(*02

23、2222050 尼庫(kù)拉茲管道流速分布公式：尼庫(kù)拉茲管道流速分布公式： (1) 光滑管光滑管 (2) 粗糙管粗糙管 )Re51. 27 . 3lg(217 . 3lg2175. 4lg75. 510ddrvv通用公式適用于工業(yè)管道紊流的Re51. 2lg28 . 0)lg(Re2175. 1lg75. 510rvvv51 目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式：目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式： 1.流速的分布的指數(shù)公式流速的分布的指數(shù)公式 當(dāng)Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。 當(dāng)Re105 ,n=1/8,1/9，1/10據(jù)具體情況而定。 2.流速的分布的對(duì)數(shù)公式流速的分布的

24、對(duì)數(shù)公式 nmxryuu)(0Cyuuxlg75. 552 目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式： 1.流速的分布的指數(shù)公式 當(dāng)Re105 ,n=1/8,1/9，1/10據(jù)具體情況而定。 2.流速的分布的對(duì)數(shù)公式 nmxryuu)(0Cykuuxln53 21326122ffJRn1vRn1ClRCvhlhJ（二）謝才系數(shù)的確定（一）謝才公式RJC4.經(jīng)驗(yàn)公式54 兩個(gè)常用的計(jì)算謝才系數(shù)的公式：兩個(gè)常用的計(jì)算謝才系數(shù)的公式： 一、滿寧（一、滿寧（Manning,1890Manning,1890）公式）公式 二、巴甫洛夫斯基二、巴甫洛夫斯基 式中式中n n為粗糙系數(shù)，也稱糙率，是表征邊界表面為粗

25、糙系數(shù)，也稱糙率，是表征邊界表面影響水流阻力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)。影響水流阻力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)。 611RnC yRnC1nyRnyRnRny3 . 1, 0 . 15 . 1, 0 . 1)10. 0(75. 013. 05 . 204. 0n011. 00 . 3R1 . 0且適用范圍：看例4-1 例題：已知某鋼管直徑d=0.2m，長(zhǎng)度l=100m，壁面狀況一般，管內(nèi)水溫為5，流量Q=2.410-2m3/s, 計(jì)算沿程水頭損失。例題例題2 2一鋼筋混凝土襯砌隧洞，直徑一鋼筋混凝土襯砌隧洞，直徑d=6m,d=6m,長(zhǎng)長(zhǎng)l=1km,l=1km,通過(guò)的流量通過(guò)的流量Q=400mQ=4

26、00m3 3/s/s。水溫按。水溫按1515計(jì)，求計(jì)，求水頭損失水頭損失h hf f（流動(dòng)為紊流粗糙區(qū)）。（流動(dòng)為紊流粗糙區(qū)）。58 第六節(jié)第六節(jié) 局部水頭損失局部水頭損失 突然擴(kuò)大突然縮小閘閥三通匯流管道彎頭管道進(jìn)口分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)有壓管道恒定流有壓管道恒定流遇到管道邊界的遇到管道邊界的局部突變局部突變 流流動(dòng)分離形成剪切動(dòng)分離形成剪切層層 剪切層流剪切層流動(dòng)不穩(wěn)定，引起動(dòng)不穩(wěn)定，引起流動(dòng)結(jié)構(gòu)的重新流動(dòng)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，并產(chǎn)生旋調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦渦 平均流動(dòng)平均流動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量，造成不可能量，造成不可逆的能量

27、耗散。逆的能量耗散。whgpzgPZ222222221111v1A1A2v21122)22()()(2222112121ggppzzhj60 )()()(11222121212211vvQzzAAApApApgvvvppzz211222121)(gvvgvvvhj2)(2222112112261 gvvgvvvhj2)(22221121122gvvhj2)(2211221AvAv gvgvAAhj22) 1(221212局部水頭損失計(jì)算局部水頭損失計(jì)算特別注意：管道平均流速，一般取用局部阻力特別注意：管道平均流速，一般取用局部阻力后的管道平均流速。當(dāng)管道出口在水下出流時(shí)，后的管道平均流速。當(dāng)管

28、道出口在水下出流時(shí)，可采用管道出口前的管內(nèi)平均流速?？刹捎霉艿莱隹谇暗墓軆?nèi)平均流速。例題：水從一水箱經(jīng)兩段水管流入另一水箱如圖。水箱尺寸很大，箱內(nèi)水位恒定，計(jì)沿程及局部水頭損失，試求通過(guò)管路的流量。,3,025. 0m50l,250,5,03. 0,30HmmdmHmlmmd，例題：水從水箱流入一直徑不同的管道，管道連接情況如圖所示，已知.Hs/25lQ3210 . 2,15. 05 . 0;039. 0,10,125;037. 0,25,150321122111所需要的水頭）要保持流量（；）局部水頭損失（；）沿程水頭損失（試求：閥門(mén)，逐漸收縮口局部水頭損失系數(shù)：進(jìn)jfhhmlmmdmlmmd習(xí)題 4-15三、總水頭線和測(cè)壓管水頭線的繪制三、總水頭線和測(cè)壓管水頭線的繪制（一）根據(jù)各管段的流量，計(jì)算相應(yīng)的流速、（一）根據(jù)各管