水頭損失總結(jié)(知識材料)

44#第三章液流型態(tài)和水頭損失實際液體都有粘滯性，實際液體在流淌過程中有能量損失，主要是由于水流與邊界面接觸的液體質(zhì)點黏附于固體外表，流速ｕ為零，在邊界面的法線方向上ｕ從零快速增大，導(dǎo)致過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾痪鶆?，這樣相鄰流層之間存在相對運動，有相對運動的兩相鄰流層間就產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，水流在流淌過程中必定要抑制這種摩擦阻力消耗一局部機械能，這局部機械能稱為水頭損失。損失。

單位重量液體從一斷面流至另一斷面所損失的機械能稱為兩斷面間的能量損失，也叫水頭粘滯性的存在是液流水頭損失產(chǎn)生的根源，是內(nèi)在的、根本的緣由。但從另一方面考慮，液流總是在肯定的固體邊界下流淌的，固體邊界的沿程急劇變化，必定導(dǎo)致主流脫離邊壁，并在脫離處產(chǎn)生旋渦。旋渦的存在意味著液體質(zhì)點之間的摩擦和碰撞加劇，這明顯要引起另外的較大的水頭損失。因此，必需依據(jù)固體邊界沿程變化狀況對水頭損失進展分類。水流橫向邊界對水頭損失的影響：橫向固體邊界的外形和大小可用水?dāng)嗝婷娣eＡ與濕周Χ來表示。濕周是指水流與固體邊界接觸的周界長度。濕周ｘ不同，產(chǎn)生的水流阻力不同。比方：兩個不同外形的斷面，一正方行，二扁長矩形，兩者的過水?dāng)嗝婷娣eＡ一樣，水流條件一樣，但扁長矩形渠槽的濕周ｘ較大，故所受阻力大，水頭損失也大。假設(shè)兩個過水?dāng)嗝娴臐裰埽粯樱娣eＡ不同，通過同樣的流量Ｑ，水流阻力及水頭損失也不相等。所以單純用Ａ或Ｘ來表示水力特征并不全面，只有將兩者結(jié)合起來才比較全面，為此，引入水力半徑的概念。水力學(xué)中習(xí)慣上稱素。

RA為水力半徑，它是反映過水?dāng)嗝嫱庑纬叽绲囊粋€重要的水力要水流邊界縱向輪廓對水頭損失的影響：縱向輪廓不同的水流可能發(fā)生均勻流與非均勻流，其水頭損失也不一樣。邊界外形和尺寸沿程不變或變化緩慢時的水頭損失成為沿程水頭損失，以hf表示，簡稱沿程損失。邊界外形和尺寸沿程急劇變化時的水頭損失稱為局部水頭損失，以hj表示，簡稱局部損失。從水流分類的角度來說，沿程損失可以理解為均勻流和漸變流狀況下的水頭損失，而局部損失則可理解為急變流狀況下的水頭損失。以上依據(jù)水流邊界狀況〔外界條件〕對水頭損失所做的分類，絲毫不意味著沿程損失和局部損失在物理本質(zhì)上有什么不同。不管是沿程水頭損失還是局部水頭損失，都是由于粘滯性引起引起的也只是流線間距和方向的變化，機械能之間的相互轉(zhuǎn)化，決不行能消滅水頭損失。事實上，這樣來劃分水頭損失，反映了人們利用水流規(guī)律來解決實踐問題的閱歷，給生產(chǎn)實踐帶來了很大的便利。例如，各種水工建筑物、各種水力機械、管道及其附件等，都可以事先用科學(xué)試驗的方法測定它的沿程水頭損失和局部水頭損失，為后來的設(shè)計和運行治理供給必要的數(shù)據(jù)。在實踐中，沿程損失和局部損失往往是不行分割、相互影響的，因此，在計算水頭損失時要作這樣一些簡化處理：①沿流程假設(shè)有幾處局部水頭損失，只要不是相距太近，就可以把它們分別計算；②邊界局部變化處，對沿程水頭損失的影響不單獨計算，假定局部損失集中產(chǎn)生在邊界突變的一個斷面上，該斷面的上游段和下游段的水頭損失仍舊只考慮沿程損失，馬上兩者看成互不影響，單獨產(chǎn)生的。這樣一來，沿流程的總水頭損失〔以hw表示〕就是該流段上全部沿程損h h h失和局部損失之和，即w f j到此，我們可以得出結(jié)論，產(chǎn)生水頭損失必需具備兩個條件，①液體具有粘滯性〔內(nèi)因；②固體邊界的影響，液體質(zhì)點之間產(chǎn)生了相對運動〔外因。其次節(jié)均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系的能量，而單位面積上的內(nèi)摩擦力就是切應(yīng)力，二者之間應(yīng)有肯定的關(guān)系。均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力之間的關(guān)系式：0

RJ第三節(jié) 液流體運動的兩種型態(tài)在自然界的條件下，水流運動時，內(nèi)部存在著兩種流淌型態(tài)，不同的水流型態(tài)下，水流的1883年通過大量的試驗，證明并解決了推斷方法。一、雷諾試驗雷諾試驗過程略。雷諾試驗的結(jié)論：同一種液體在同一管道中流淌，當(dāng)液體運動速度不同時，液體可能有兩種不同的流淌型態(tài)。當(dāng)流速較小時，各液層的液體質(zhì)點是有條不紊地運動，互不混摻。這種型態(tài)的運動稱為層流。當(dāng)流速較大時，各液層的液體質(zhì)點形成渦體，在流淌過程中相互混摻混摻。這種型態(tài)的運動稱為紊流。當(dāng)試驗以相反的程序進展時，觀看到的現(xiàn)象也以相反的次序消滅，但紊流轉(zhuǎn)化為層流時的流速數(shù)值要比層流轉(zhuǎn)化為紊流時的流速數(shù)值小。h二、沿程水頭損失f與流速vh h kvm沿程水頭損失f與斷面平均流速v之間的關(guān)系:fm1m1.75~2.0，即1.75～2.0三、流態(tài)的判別——雷諾數(shù)雷諾試驗中，用染色液體目測的方法判別水流流態(tài)，但在實際的液流運動中，這種方法顯然是難以辦到的，況且也很不準確，帶有主觀隨便性。利用臨界流速可以推斷水流流態(tài)，但臨界流速有上臨界流速與下臨界流速之分，況且，試驗說明：假設(shè)試驗管徑、液體的種類和溫度不同，得到的臨界流速值是不一樣的。因此，用臨界流速來推斷流態(tài)也是不切實際的。進一步試驗爭論說明，分別用下臨界流速Re

vk或上臨界流速

v Rek與管徑d和運動粘滯系數(shù)ν組成的無量綱數(shù) k或k卻大致是一個常數(shù)，這兩個常數(shù)均稱為臨界雷諾數(shù)。經(jīng)過反復(fù)試驗，下臨界雷諾數(shù)的值比較Re穩(wěn)定，上臨界雷諾數(shù) k的數(shù)值受試驗條件的影響較大。有用上就以下臨界雷諾數(shù)作為流態(tài)判別Re 2320 Re＝2023界限，對圓管 k ，常取 k 。雷諾數(shù)可定義為Revd這樣就可以用雷諾數(shù)Re與臨界雷諾數(shù)Rek比較推斷流態(tài)了。明渠水流也有層流和紊流，同樣可用雷諾數(shù)來判別。明渠水流的雷諾數(shù)定義為RevRRe500，水流為層流；Re500，水流為紊流。雷諾數(shù)的物理意義可以理解為水流的慣性力與粘滯力之比，這一點可通過量綱分析加以說明。流淌一旦受到擾動，慣性作用將使紊動加劇，而粘性作用將使紊動趨于減弱。因此，雷諾數(shù)表征的是這兩種作用相互影響的程度。雷諾數(shù)小，意味著粘性作用增加；雷諾數(shù)大，意味著慣性作用比粘性作用大。第四節(jié) 圓管層流一、流速分布圓管中的層流運動，可以看作是很多無限薄的同心圓筒層一個套一個地向前運動，其流速分布表達式：uJ4

(r20

uu

Jr2r0，即最大流速在管道中心處。二、流量

max

40 ，流速分布之后，將其對過水?dāng)嗝娣e分，即可得到相應(yīng)的流量表達式。QudA0J(r2r2)2rdrJr4A 0 4 0

80三、斷面平均流速依據(jù)連續(xù)性方程，可得到斷面平均流速表達式。Q Jv r2v明顯，

1，即圓管層流的斷面平均流速等于最大流速的一半。2umax，即圓管層流的斷面平均流速等于最大流速的一半。

A 80四、沿程水頭損失沿程水頭損失表達式

h f r0

2 d2的一次方成正比，這與雷諾試驗的結(jié)論完全全都。第五節(jié) 紊流運動—、紊流的形成過程形成條件:1)渦體產(chǎn)生 2)渦體脫離原流層進入流層需要留意的是：形成渦體之后，并不肯定就能形成紊流，一方面由于渦體由于慣性有保持其本身運動的趨勢〔渦體運動必定消滅升力約束渦體的運動。所以，渦體能否脫離原流層而沖入相鄰流層，就要看慣性作用與粘滯作用兩者的比照關(guān)系。只有慣性作用與粘滯作用相比強大到相當(dāng)?shù)某潭?，才可能形成紊流。而雷諾數(shù)正好表征了慣性與粘滯性的比照關(guān)系。因此，將雷諾數(shù)定義為流態(tài)判別數(shù)是完全符合實際狀況的。二、紊流的特征1、紊流運動的根本特征 脈動現(xiàn)象紊流由流場大小不同的渦體組成,在向前運動的同時,不停地旋轉(zhuǎn),震蕩,混摻,相互碰撞,分解又重組合,因此各點的運動要素的大小、方向就水?dāng)嗟刈兓Ｈ我凰矔r的運動要素有兩局部組成,一是時均值,二是脈動值，并且有u脈動值x

u x

x有大,有小,有正,有負。但當(dāng)TT0.時均值的大小與所取時間有關(guān)，T太短，不穩(wěn)定。所以水文測驗中，用流速儀測定時間有肯定的要