第二講：水頭損失的根源及分類

水力分析與計算主講人：肖婷婷水頭損失的根源及分類提出問題理想液體的運動是沒有能量損失的，而實際液體在流動的中為什么會產(chǎn)生水頭損失?

一、產(chǎn)生水頭損失的原因

理想液體：運動時沒有相對運動，流速是均勻分布，無流速梯度和粘性切應(yīng)力，因而，也不存在能量損失。一、產(chǎn)生水頭損失的原因?qū)嶋H液體:實際液體具有粘性，液體質(zhì)點會粘附在壁面上，從而引起流速在壁面法向上較大的變化梯度，相鄰流層之間產(chǎn)生摩擦切應(yīng)力。通過摩擦剪切的作用，高速流層受到低速流層的摩擦阻力，做功后造成液體的部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能而散失。在我們的實際學(xué)習(xí)和工作中，應(yīng)堅持唯物辯證的方法去看待問題，才能得出全面的結(jié)論。一、產(chǎn)生水頭損失的原因液流產(chǎn)生水頭損失的兩個條件：(1)液體具有粘滯性。(2)由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點之間產(chǎn)生相對運動。其中，液體具有粘滯性是主要的，起決定性作用。二、水頭損失的分類固體邊壁作為液流的邊界條件會顯著地影響這一系統(tǒng)的機械能與熱能的轉(zhuǎn)化過程。按固體邊壁沿流程變化的不同，可將水頭損失分為沿程水頭損失和局部水頭損失兩大類。1.沿程水頭損失????當固體邊壁沿程不變（邊壁形狀、尺寸、流動方向均無變化），液流做均勻流時，在液流內(nèi)部以及液流與固體邊壁之間產(chǎn)生的沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力?？朔爻套枇σ鸬哪芰繐p失稱為沿程水頭損失，以????表示。由于沿程水頭損失沿流程均勻分布，大小與流程長度成正比，因而沿程水頭損失的大小也與流程長度成正比。二、水頭損失的分類2.局部水頭損失hj當固體邊壁沿流程急劇改變，使液流內(nèi)部的流速重新分布，質(zhì)點間進行劇烈動量交換而產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力?？朔植孔枇σ鸬哪芰繐p失稱為局部水頭損失，以hj表示。二、水頭損失的分類局部水頭損失一般集中發(fā)生在很短的流段內(nèi)，如轉(zhuǎn)彎、突然放大、突然收縮、閘閥等處。二、水頭損失的分類3.沿程水頭損失與局部水頭損失的區(qū)別沿程水頭損失hf局部水頭損失hj發(fā)生邊界平直的固體邊界水道中產(chǎn)生漩渦的局部范圍外在原因液體運動的摩擦阻力邊界層分離或形狀阻力大小hf∝s與漩渦尺度、強度、邊界形狀等因素相關(guān)耗能方式通過液體粘性將其能量耗散二、水頭損失的分類水頭損失hw

∑hf

——整個流程中各均勻流段或漸變流段的沿程水頭損失之和?！苃j——整個流程中各種局部水頭損失之和。三、液流邊界幾何條件對水頭損失的影響

1.液流邊界橫向輪廓的形狀和尺寸對水頭損失的影響液流邊界橫向輪廓的形狀和尺寸對水頭損失的影響，可用水力要素（過水斷面積A、濕周χ、水力半徑R）表示。水流過水斷面與固體周邊接觸的周界稱為濕周χ，水流過水斷面與濕周的比值稱為水力半徑R。三、液流邊界幾何條件對水頭損失的影響

（2）矩形渠道，水力半徑為：bh（1）對于圓管，水力半徑為：d:管道直徑三、液流邊界幾何條件對水頭損失的影響2.液流邊界縱向輪廓的對水頭損失的影響邊界縱向輪廓不同，水流有均勻流和非均勻流。（1）均勻流只有沿程水頭損失；（2）非均勻漸變流局部水頭損失可忽略不計；（3）非均勻急變流兩種水頭損失均存在。案例分享液體流經(jīng)管道時的沿程損失包括四段：hf1hf2hf3hf4圖1案例分享液體經(jīng)過時的局部損失包括五段：進口、突然放大、突然縮小、彎管和閘門。進口突然放大突然縮小彎管閘門圖2小結(jié)一、水頭損失產(chǎn)生的根源主要是由于實際液體具有粘滯性二、水頭損失分為沿程水頭損失和局部水頭損失兩類三、液流邊界橫向輪廓和縱