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1、第1章水力学基础知识第1页，共49页，编辑于2022年，星期日1.1.1 液体的密度和容重液体的密度和容重1.1.2 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.1.3 液体的压缩性液体的压缩性1.1.4 液体的热胀性液体的热胀性 1.1.5 液体的表面张力特性液体的表面张力特性主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.1 液体的主要物理力学性质液体的主要物理力学性质第2页，共49页，编辑于2022年，星期日 自然界中的物质根据其存在形态可分为固体、液体和气体三种。固体具有固定的形状，在外力的作用下不容易变形；液体和气体统称为流体，流体容易流动和变形。液体和气体的主要区别在于
2、，液体在外力的作用下不易被压缩，而气体在外力的作用下则容易被压缩。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.1 液体的主要物理力学性质液体的主要物理力学性质第3页，共49页，编辑于2022年，星期日 1液体的密度 对于均质液体，其单位体积的质量称为密度，即 主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材式中 m液体的质量（g）；v液体的体积(cm3)；p液体的密度(gcm3)。（1-1）1.1.1 液体的密度和容重液体的密度和容重第4页，共49页，编辑于2022年，星期日 2液体的重量和容重 地球上的物体都会受到地心引力作用，这种地球对物
3、体的引力就称为重量(或重力)。对于质量为m的液体，其重量为 主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材式中G液体的重量(N)；g重力加速度,本教材为简化计算取980ms2。（12）1.1.1 液体的密度和容重液体的密度和容重第5页，共49页，编辑于2022年，星期日 式中 r液体的容重(Nm3)。由式(1-2)和式(1-3)，可得容重与密度的关系：主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材 对于均质液体，单位体积的重量称为容重，则容重（1-3）必须说明的是液体的体积随着温度和压强的变化而变化，故其容重与密度也将随之而发生变化，但变化很小。
4、通常将水的容重和密度视为常数，在温度为40C、压强为一个大气压的条件下，为简化计算，一般采用水的容重为9.80kNm3，密度为1000kgm3。（1-4）1.1.1 液体的密度和容重液体的密度和容重第6页，共49页，编辑于2022年，星期日 液体在运动状态下，流层间存在着相对运动，从而产生内摩擦力，故运动状态下的液体具有抵抗剪切变形的能力。运动状态下的液体具有抵抗剪切变形能力的特性，称为液体的粘滞性。粘滞性只有在流层间存在相对运动时才显示出来，静止液体是不显示粘滞性的，静止状态下的液体是不能承受切力来抵抗剪切变形的。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.1.
5、2 液体的粘滞性液体的粘滞性第7页，共49页，编辑于2022年，星期日 1液体的压缩性 液体不能承受拉力，只能承受压力，液体受压时体积压缩变形，当压力除去后又恢复原状，液体的这种性质称为液体的压缩性。2.液体的体积压缩系数 液体压缩性的大小可用体积压缩系数来表示。由于液体的体积总是随压强的增大而减小的,故压缩系数值愈小愈不易压缩。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.1.3 液体的压缩性液体的压缩性第8页，共49页，编辑于2022年，星期日 液体温度升高体积膨胀的性质称为液体的热胀性。液体的热胀性很小，在很多工程技术领域中液体的热胀性忽略不计。在建筑设备工程
6、中，管中输液除水击和热水水循环系统外，一般计算均不考虑液体的热胀性。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.1.4 液体的热胀性液体的热胀性第9页，共49页，编辑于2022年，星期日 由于液体表层分子之间的相互吸引的存在，使得液体表面薄层内能够承受微小拉力的特性，称为表面张力特性。表面张力不仅存在于液体的自由表面上，也存在于不相混合的两层液体之间的接触面上。表面张力很小，通常情况下可以忽略不计，仅当液体的表面曲率很大时才需考虑。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.1.5 液体的表面张力特性液体的表面张力特性第10页，共49
7、页，编辑于2022年，星期日1.2.1 静水压强及其特性静水压强及其特性 1.2.2 静水压强的基本方程静水压强的基本方程 1.2.3 绝对压强、相对压强、真空压强绝对压强、相对压强、真空压强 1.2.4 压强的单位表示法压强的单位表示法1.2.5 静水压强分布图静水压强分布图 主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2 水静力学第11页，共49页，编辑于2022年，星期日 水静力学是研究静止的水所表现的力学特性的。本节主要研究静水压强的特性及其基本规律，静止是相对的，通常如果液体相对其贮存设备及液体与液体之间没有相对运动，我们就称其为静止液体。液体的静止状态
8、有两种：一是液体相对地球处于静止状态，液体与液体之间没有相对运动,如蓄水池中的水；二是指液体对地球有相对运动，但液体与贮存设备之间没有相对运动,如作匀速运动的油罐车中的油。由于静止状态液体质点间无相对运动，粘滞性表现不出来，故而内摩擦力为零，表面力只有压力。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2 水静力学第12页，共49页，编辑于2022年，星期日 1.静水压强 静止液体对与其约束边界的壁面有压力作用，如蓄水池中的水对池壁及池底都有水压力的作用。我们把静止的液体作用在其约束边界表面上的压力称为静水压力。如图1-1所示的蓄水池池壁上，围绕K点取微小面积A，作
9、用在A上的静水压力为P，则A面上单位面积所受的平均静水压力就称为该面积上的平均静水压强。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材图1-1 静水压强计算示意图1.2.1 静水压强及其特性静水压强及其特性第13页，共49页，编辑于2022年，星期日 静水压力的单位为牛顿(N)，静水压强的单位为牛顿米2(Nm2)。Nm2又称帕斯卡(Pa)。2.静水压强的特性 静水压强有两个重要特性 1)静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面。2)静水中任何一点上各个方向的静水压强大小均相等，或者说其大小与作用面的方位无关。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规
10、划教材1.2.1 静水压强及其特性静水压强及其特性第14页，共49页，编辑于2022年，星期日 静水压强基本方程式表明：仅有重力作用下的静水中任一点的静水压强，等于水面压强加上液体的容重与该点水深的乘积。如果水面是自由水面时，计算边界所受水压力时，边界内、外大气压相抵消，如略除此项不计，则式（1-7）可简写为：主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材 水深为h处的静水压强的基本方程（1-7）静水中任一点的压强与该点在水下淹没的深度成线性关系。（1-8）1.2.2 静水压强的基本方程静水压强的基本方程第15页，共49页，编辑于2022年，星期日 地球表面大气所产生的
11、压强称为大气压强，试验测定一个标准大气压为1013kNm2，在工程中进行水力学计算时，为计算方便一般用工程大气压，其值为98kNm2，以Pa表示。计算压强时因计算基准的不同，压强可分为绝对压强与相对压强。1.绝对压强 以没有空气的绝对真空为零基准计算面的压强称绝对压强。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2.3 绝对压强、相对压强、真空压强绝对压强、相对压强、真空压强第16页，共49页，编辑于2022年，星期日 2.相对压强 以大气压作为零基准计算出的压强，称为相对压强。也就是说，在水力计算中不计入大气压。若不加特殊说明，静水压强即指相对压强。对同一点压强
12、，用绝对压强计算和用相对压强计算虽然其计算结果数值不同，但却表示的是同一个压强，压强本身的大小并没有发生变化，只是计算的零基准发生了变化。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2.3 绝对压强、相对压强、真空压强绝对压强、相对压强、真空压强第17页，共49页，编辑于2022年，星期日 3.真空压强 绝对压强为零的状态称为绝对真空。当某点的绝对压强小于当地大气压强时就认为该点产生了真空，真空值的大小用真空压强表示，真空压强为大气压强与该点的绝对压强的差值。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材图1-3 绝对压强、相对压强和真空值
13、之间的关系1.2.3 绝对压强、相对压强、真空压强绝对压强、相对压强、真空压强第18页，共49页，编辑于2022年，星期日 1.以应力单位表示。压强用单位面积上受力的大小来表示称为应力单位表示法，这是压强的基本表示方法。单位为Nm2,又称帕斯卡(Pa)。2以工程大气压表示。工程上常用工程大气压表示压强，1个工程大气压=98kPa，相当于10m水柱底部产生的压强，水力学中凡不加说明都是指工程大气压。3.以水柱高表示。工程中，点的静水压强往往用相对压强表示。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2.4 压强的单位表示法压强的单位表示法第19页，共49页，编辑于2
14、022年，星期日 由于建筑物都处在大气中，各个方向的大气压互相抵消，计算中只涉及相对压强，所以只需画出相对压强分布图。由静水压强方程可知，压强与水深呈线性函数关系，把受压面上压强与水深的这种函数关系用图形来表示，称为静水压强分布图。其绘制原则是：1)用有向线段长度代表该点静水压强的大小。2)用箭头方向表示静水压强的作用方向，作用方向垂直指向受压面。因压强与水深为一次方关系，故在水深方向静水压强系直线分布，只要给出两个点的压强即可确定此直线。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2.5 静水压强分布图静水压强分布图第20页，共49页，编辑于2022年，星期日
15、工程中常见的几种情况，如图1-4所示。矩形受压面的静水压强分布图，因其放置位置不同，有直角三角形、直角梯形、矩形三种基本图形。当受压面上边缘恰在水面，下边缘在水面以下时，不论受压面是垂直安放还是倾斜安放，其压强分布图均为三角形；当受压面上、下边缘都在水面以下，上边缘高于下边缘时，其分布图为梯形；当受压面在水中水平放置时，其压强分布图为矩形。其它复杂图形都是上述三种图形的组合。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.2.5 静水压强分布图静水压强分布图第21页，共49页，编辑于2022年，星期日 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材a)、b)直角
16、三角形分布 c)直角三角形和直角梯形分布 d)矩形分布图1-4 工程中常见的几种静水压强分布情况1.2.5 静水压强分布图静水压强分布图第22页，共49页，编辑于2022年，星期日 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材 例3 如图1-5，绘制矩形闸门AB平面的静水压强分布图。解：选A和B两点；求A点和B点静水压强的大小；画箭杆，A点箭杆长度为0，B点箭杆垂直指向上AB面，长度为rH；连箭尾，连接AB两点箭杆尾端；标数字，标注B点箭杆所表示的压强数据rH；在图形内部画若干箭杆表示各点压强的分布。图1-5 矩形闸门静水压强分布图 1.2.5 静水压强分布图静水压强分布图第23页，共
17、49页，编辑于2022年，星期日1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念 1.3.2 恒定液流连续性方程恒定液流连续性方程 主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3 水动力学水动力学第24页，共49页，编辑于2022年，星期日 1.迹线与流线 液体是由无数质点构成的连续介质。要想研究液体运动规律，首先要了解描述液体的运动的方法。水力学中描述水流运动有两种方法，即迹线法和流线法。（1）迹线法 迹线是指液体质点在运动过程中不同时刻所经过的空间位置的连线，亦是液体质点运动的轨迹。用迹线法描述液体运动，是研究个别液体质点在不同时刻的运动情况。这种方法概念清晰
18、，简单易懂。但它只适用于研究液体质点作某些有规则的运动；从实用上讲，大多数情况下并不需要知道各质点运动的来龙去脉，而仅需了解某一固定区域的流动状况，所以这种方法在水力学中一般不大采用，而普遍采用较为简便实用的流线法。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第25页，共49页，编辑于2022年，星期日 （2）流线法 流线法是把充满液体质点的空间作为研究对象，不再跟踪每个质点，而是考察分析水流中的水质点在通过固定空间点时的速度、压强的变化情况，来获得整个液体运动的规律。由于流线法是以流动的空间作为研究对象，所以通常把液体
19、流动所占据的空间称为流场。在液体运动的流场内绘出一条曲线，该曲线上任一点的切线方向都是某一时刻液流质点的速度方向，此曲线就称为该液流的流线。流线一定是光滑的曲线，流场中同一瞬时可绘出无数条流线。用流线法描述液体运动，要考察同一时刻液体质点在不同空间点的运动情况。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第26页，共49页，编辑于2022年，星期日 根据流线的概念，可知流线有以下特征：1)流线上所有各质点的切线方向就代表了该点的流动方向。2)一般情况下，流线既不能相交，也不能是折线，而只能是一条连续光滑的曲线。这是因为如
20、果有两条流线相交，则在交点处，流速就会有两个方向；如果流线为折线，则在转折点处，同样将出现有两个流动方向的矛盾现象，所以流线只能是一条光滑曲线。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第27页，共49页，编辑于2022年，星期日 3)流线上的液体质点只能沿着流线运动。这是因为水质点的流速是与流线相切的,在流线上不可能有垂直于流线的速度分量，所以液体质点不可能有横越流线的流动。某一瞬时，在运动液体的整个空间绘出的一系列流线所构成的图形，称为流线图。流线图不仅能够反映空间点上液体质点的流速方向，对于不可压缩液体，流线图的
21、疏密程度还能反映该时刻流场中各点的速度大小。流线愈密集的地方流速愈大，流线愈稀疏的地方，流速愈小，它的形状受到固体边界形状、离边界远近等因素的影响。如图1-6、1-7所示。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第28页，共49页，编辑于2022年，星期日 图1-6 流线 图1-7 流线图主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第29页，共49页，编辑于2022年，星期日 2.过水断面、流量和流速 (1)过水断面 与流线正交的液流横断面，称
22、为过水断面。用A表示，其单位为m2。过水断面可为平面，也可为曲面。在流线相互平行时，过水断面为平面；否则过水断面则为曲面。如图1-8所示。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材图1-8 过水断面示意图1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第30页，共49页，编辑于2022年，星期日 (2)流量 单位时间内通过某一过水断面的液体体积，称为流量。用表示，其单位为m3/s或L/s。(3)断面平均流速 过水断面上各点的流速一般并不定相同，且断面流速分布不易确定，为使研究方便，实际工程中常常采用断面平均流速。流量与过水断面的比值称为断面平均流速。其单位为m/s。
23、过水断面、流量和流速之间的关系为：总流的流量Q等于断面平均流速v与过水断面面积A的乘积。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第31页，共49页，编辑于2022年，星期日 3.水流运动的类型 (1)恒定流与非恒定流 根据液流的运动要素是否随时间变化，可将液流分为恒定流与非恒定流。液体运动时，若任何空间点上所有的运动要素（如流速的大小、方向）都不随时间而改变，这种水流称为恒定流。如图1-9所示，在水箱侧壁上开有孔口，当箱内水面保持不变(即H为常数)时，孔口泄流的形状、尺寸及运动要素均不随时间而变，这就是恒定流。主要内
24、容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第32页，共49页，编辑于2022年，星期日 液体运动时，若任何空间点上有一运动要素随时间发生了变化，这种水流称为非恒定流。由于恒定流时运动要素不随时间而改变，则流线形状也不随时间而变化，此时，流线与迹线重合，这种水流运动的分析比较简单，本节后续内容只研究恒定流。(2)均匀流与非均匀流 在恒定流中，根据液流的运动要素是否沿程变化，将液流分为均匀流与非均匀流。若同一流线上液体质点流速的大小和方向均沿程均不变化，此液流称为均匀流。如液体在直径不变的长直管中的流动，或在断面形状、尺寸沿程不
25、变的长直渠道中的流动，都是均匀流。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第33页，共49页，编辑于2022年，星期日 在均匀流中，沿同一根流线的流速分布是均匀的，所以流线是一组互相平行的直线，此时过水断面为平面。当液流流线上各质点的运动要素沿程发生变化，流线不是彼此平行的直线时，此液流称为非均匀流。液体在收缩管、扩散管或弯管中的流动，以及液体在断面形状、尺寸改变的渠道中的流动，均为非均匀流。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材图1-9 恒定流 图1-10 非恒定流 1.3.1 水动
26、力学的基本概念水动力学的基本概念第34页，共49页，编辑于2022年，星期日 (3)渐变流与急变流 在非均匀流中，根据流线的不平行程度和弯曲程度，可将其分为渐变流与急变流。渐变流是指流线接近于平行直线的流动，如图1-11所示。此时，各流线的曲率很小(即曲率半径较大)，流线间的夹角也很小，它的极限情况就是流线为平行直线的均匀流。由于渐变流中流线近似平行，故可认为渐变流过水断面近似为平面。急变流是指流线的曲率较大，流线之间的夹角也较大的流动。此时，流线已不再是一组平行的直线，因此过水断面为曲面。管道转弯、断面扩大或收缩使水面发生急剧变化处的水流，均为急变流。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高
27、等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第35页，共49页，编辑于2022年，星期日图1-11 渐变流与急变流 主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第36页，共49页，编辑于2022年，星期日 (4)有压流、无压流 根据液流在流动过程中有无自由表面，可将其分为有压流与无压流。液体沿流程整个周界都与固体壁面接触，而无自由液面的流动称为有压流。它主要是依靠压力作用而流动，如自来水管和有压涵管中的水流，均为有压流。若液体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液
28、面的液流称为无压流。它主要是依靠重力作用而流动，因无压流液面与大气相通，故又可称为重力流，如河渠中的水流和无压涵管中的水流，均为无压流。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.1 水动力学的基本概念水动力学的基本概念第37页，共49页，编辑于2022年，星期日 液体作为不可压缩的连续介质与其它运动物质运动一样，也必须遵循质量守恒定律。恒定流连续性方程，实质上就是质量守恒定律在水流运动中的具体体现。在恒定流中任取一段微小流束作为研究对象，如图1-12所示，考虑到：1)在恒定流条件下，微小流束的形状与位置不随时间而改变。2)液体一般可视为不可压缩的连续介质，其
29、密度为常数。3)液体质点不可能从微小流束的侧壁流人或流出。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.2 恒定液流连续性方程恒定液流连续性方程第38页，共49页，编辑于2022年，星期日 恒定流连续性方程。式中的与分别表示过水断面及的断面平均流速。连续性方程表明：1)对于不可压缩的恒定总流，流量沿程不变。2)如果断面沿流程变化，则任意两个过水断面的平均流速的大小与过水断面面积成反比。断面大的地方流速小，断面小的地方流速大。上述连续性方程是在流量沿程不变的条件下建立的，若沿程有流量汇人或分出，则连续性方程在形式上需作相应的变化。主要内容主要内容 返回目录返回目录
30、普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.3.2 恒定液流连续性方程恒定液流连续性方程第39页，共49页，编辑于2022年，星期日1.4.1 水流的流态水流的流态 1.4.2 水头损失水头损失 主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4 水流型态与水头损失水流型态与水头损失第40页，共49页，编辑于2022年，星期日 试验表明，在管中流动的水流，当其流速不同时，水流具有两种不同的流动型态。当流速较小时，各流层的水流质点是有条不紊、互不混掺地分层流动，水流的这种流动型态称为层流。当水流中的流速较大时，各流层中的水流质点已形成旋涡，在流动中互相混掺，这种流动型态的水
31、流为紊流。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.1 水流的流态水流的流态第41页，共49页，编辑于2022年，星期日 水流型态的判别:为了鉴别层流与紊流这两种水流型态，把两类水流型态转换时的流速称为临界流速。其中，层流变紊流时的临界流速较大，称上临界流速，由紊流变层流时的临界流速较小，称下临界流速。当流速大于上临界流速时，水流为紊流状态。当流速小于下临界流速时，水流为层流状态。当流速介于上下两临界流速之间时，水流可能为紊流，也可能为层流，根据管道的初始条件和受扰动的程度确定。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.1
32、 水流的流态水流的流态第42页，共49页，编辑于2022年，星期日 液体流动型态的转变，取决于液体流速和管径d的乘积与液体运动粘滞性系数的比值，称为雷诺数。同一形状的边界中流动的各种液体，流动型态转变时的雷诺数是一个常数，称为临界雷诺数。紊流变层流时的雷诺数称为下临界雷诺数。层流变紊流的雷诺数称为上临界雷诺数。下临界雷诺数比较稳定，而上临界雷诺数的数值极不稳定。实践中，只根据下临界雷诺数判别流态。把下临界雷诺数称为临界雷诺数。实际判别液体流态时，当液流的雷诺数小于临界雷诺数时，为层流；当液流的雷诺数 大于临界雷诺数时，则为紊流。雷诺数是判别流动型态的判别数，对于同一边界形状的流动，在不同液体、
33、不同温度及不同边界尺寸的情况下，临界雷诺数是一个常数。不同边界形状下流动的临界雷诺数大小不同。试验测得圆管中临界雷诺数=20003000，常取2320为判别值。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.1 水流的流态水流的流态第43页，共49页，编辑于2022年，星期日 在明槽流动中，由于槽身形状有差异，临界雷诺数=300-600，常取580为判别值。在建筑设备工程中所遇到的流动绝大多数属于紊流，即使流速和管径皆较小的生活供水，管流通常也是紊流。层流是很少发生的，只有在流速很小，管径很大或粘滞性很大的流体运动时（如地下渗流、油管等）才可能发生层流运动。主要内
34、容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.1 水流的流态水流的流态第44页，共49页，编辑于2022年，星期日 1水头损失产生的原因和水头损失的类型 由于实际液体具有粘滞性，因此在流动过程中在有相对运动的相邻流层间就会产生内摩擦力，耗损一部分液流的机械能，造成水头损失。在固体边界顺直的情况下，水流的边界形状和尺寸沿水流方向不变或基本不变，水流的流线便是平行的直线，或者近似为平行的直线，其水流属于均匀流或渐变流，在此情况下产生的水头损失沿程都存在，并随流程的长度而增加，这种为克服沿程阻力而引起单位重量水体在运动过程中的能量损失，称为沿程水头损失，如输水管道、隧洞和河
35、渠中的均匀流及渐变流流段内的水头损失，就是沿程水头损失。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.2 水头损失水头损失第45页，共49页，编辑于2022年，星期日 在边界形状和大小沿流程发生改变的流段，水流的流线发生弯曲,由于水流的惯性作用，水流在边界突变处会产生与边界的分离,并且水流与边界之间形成旋涡区，故在水流边界突变处的水流属于急变流，如图1-16所示。在急变流段内，由于水流的扩散和旋涡的形成，使水流在此段内形成了比内摩擦阻力大得多的水流阻力，产生了较大的水头损失，这种当流动边界沿程发生急剧变化时(如突然扩大、突然缩小、转弯、阀门等处)，局部流段内的水
36、流产生了附加的阻力，额外消耗了大量的机械能，通常称这种附加的阻力为局部阻力，克服局部阻力而造成单位重量水体的机械能损失为局部水头损失。局部水头损失，是在边界发生改变处的一段流程内产生的，为了计算方便，常将局部水头损失看成是集中在一个突变断面上产生的水头损失。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.2 水头损失水头损失第46页，共49页，编辑于2022年，星期日 实际水流中，整个流程既存在沿程水头损失，又有各种局部水头损失。某一流段沿程水头损失与局部水头损失的总和，称为该流段的总水头损失。2沿程水头损失的计算 在实际建筑设备工程中，计算管道的水头损失可查有关
37、手册得水力坡度（单位管长的水头损失）值。用式（1-23）计算。3.局部水头损失计算 在水力计算中，局部水头损失可用式（1-24）计算。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.2 水头损失水头损失第47页，共49页，编辑于2022年，星期日 给水管网中，管道部件很多，同类部件由于构造的差异，其局部水头损失值也不同，详细计算较为繁琐。因此，在实际工程中，一般不逐个计算，可根据管道性质不同按管网沿程水头损失的百分数采用即可，其百分数取值为：(1)塑料类管道。粘接连接和热熔连接的塑料管为30；卡环、卡套式机械连接的塑料管为5060。(2)钢塑复合管。生活给水管道为
38、40；消防给水管道为30。(3)金属管。生活给水管网为2530；生产给水管网、生活、消防共用给水管网，生产、消防共用给水管网为15；消火栓系统消防给水管网为10；自动喷水灭火系统消防给水管网为20；生活、生产、消防共用给水管网为20。主要内容主要内容 返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.4.2 水头损失水头损失第48页，共49页，编辑于2022年，星期日1.“液体在静止状态下不存在粘滞性”，这种说法对否，为什么？2.静水压强分布图应绘成绝对压强分布图还是相对压强分布图，为什么?3.试分析图1-17中静水压强分布图错在哪里?4.如图1-18所示的几个不同形状的容器，放置在桌面上，容器内的水深相等，容器底面积A亦相等。问：容器底面的静水压强是否相同，静水压强的大小与容器形状有无关系?5.有一变直径圆管，已知1-1、2-2断面的直径分别是d1和d2，问两断面平均流速之比为1:3时，其直径比例为多少?6.产生水头损失的根本原因是什么?返回目录返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材水力学基础知识水力学基础知识第49页，共49页，编辑于2022年，星期日