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1、会计学1水头水头(shutu)损失及其分类损失及其分类第一页,共66页。水头水头(shutu)(shutu)损失变化规律及其计算方法损失变化规律及其计算方法 第2页/共66页第二页,共66页。5.1 5.1 5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及其分类水头损失及其分类水头损失及其分类 5.2 5.2 5.2 5.2 均匀流沿程水头损失与水流阻力关系均匀流沿程水头损失与水流阻力关系均匀流沿程水头损失与水流阻力关系均匀流沿程水头损失与水流阻力关系 5.3 5.3 5.3 5.3 流动的两种形态与雷诺实验流动的两种形态与雷诺实验流动的两种形态与雷诺实验流动的两种形态与雷诺实验 5.4 5.4 5
2、.4 5.4 层流运动层流运动层流运动层流运动 5.5 5.5 5.5 5.5 紊流运动紊流运动紊流运动紊流运动 5.6 5.6 5.6 5.6 紊流的沿程水头损失紊流的沿程水头损失紊流的沿程水头损失紊流的沿程水头损失 5.7 5.7 5.7 5.7 局部水头损失局部水头损失局部水头损失局部水头损失第3页/共66页第三页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及其分类 5.2 5.2 5.2 5.2 均匀流沿程水头损失与水流阻力关系均匀流沿程水头损失与水流阻力关系均匀流沿程水头损失与水流阻力关系均匀流沿程水头损失与水流阻力关系 5.3 5.3 5.3 5.3 流动的两种形态与雷诺实
3、验流动的两种形态与雷诺实验流动的两种形态与雷诺实验流动的两种形态与雷诺实验 5.4 5.4 5.4 5.4 层流运动层流运动层流运动层流运动 5.5 5.5 5.5 5.5 紊流运动紊流运动紊流运动紊流运动 5.6 5.6 5.6 5.6 紊流的沿程水头损失紊流的沿程水头损失紊流的沿程水头损失紊流的沿程水头损失 5.7 5.7 5.7 5.7 局部水头损失局部水头损失局部水头损失局部水头损失第4页/共66页第四页,共66页。5.1 5.1 水头水头(shutu)(shutu)损失及其分类损失及其分类 水流水流(shuli)(shuli)阻力与水头损失阻力与水头损失横纵断面水力要素对水头损失横纵
4、断面水力要素对水头损失(snsh)(snsh)的影的影响响第5页/共66页第五页,共66页。5.1 5.1 水头水头(shutu)(shutu)损失及其分类损失及其分类 水流阻力与水头水流阻力与水头(shutu)(shutu)损失损失横纵断面水力横纵断面水力(shul)(shul)要素对水头损失的影响要素对水头损失的影响第6页/共66页第六页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及其分类 5.1.1 5.1.1 水流阻力与水头损失水流阻力与水头损失 水流阻力水流阻力 水头损失水头损失 水头损失分类水头损失分类 两种水头损失比较两种水头损失比较 总水头损失总水头损失第7页/共66页
5、第七页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及其分类 5.1.1 5.1.1 水流阻力与水头损失水流阻力与水头损失 水流阻力水流阻力 水头损失水头损失 水头损失分类水头损失分类 两种水头损失比较两种水头损失比较 总水头损失总水头损失第8页/共66页第八页,共66页。理想液体理想液体(yt)的运动是没有能量损失的,而实际液体的运动是没有能量损失的,而实际液体(yt)流动为什么会产生水头损失流动为什么会产生水头损失?第9页/共66页第九页,共66页。理想液体理想液体(yt):运动时没有相对运动,流速均匀分布,无流速梯度和粘性切应力。因而,不存在:运动时没有相对运动,流速均匀分布,无流
6、速梯度和粘性切应力。因而,不存在能量损失能量损失。流线流线流速分布流速分布u(y)第10页/共66页第十页,共66页。实际液体:具有粘性,过水断面上流速分布不均匀,相邻液层间有相对运动,也就存在内摩擦力。液体要运动,就要克服摩擦阻力(水流实际液体:具有粘性,过水断面上流速分布不均匀,相邻液层间有相对运动,也就存在内摩擦力。液体要运动,就要克服摩擦阻力(水流(shuli)阻力)做功,消耗一部分液流机械能,转化为热能而散失。阻力)做功,消耗一部分液流机械能,转化为热能而散失。流速分布流速分布切切应应力力分分布布uy第11页/共66页第十一页,共66页。水流阻力就是粘性水流阻力就是粘性(zhn xn
7、)切应力切应力流速分布流速分布切切应应力力分分布布uy第12页/共66页第十二页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及其分类 5.1.1 5.1.1 水流阻力与水头损失水流阻力与水头损失 水流阻力水流阻力 水头损失水头损失 水头损失分类水头损失分类 两种水头损失比较两种水头损失比较 总水头损失总水头损失第13页/共66页第十三页,共66页。用单位液重的能量用单位液重的能量(nngling)(nngling)损失损失 hw hw 表示水流的能量表示水流的能量(nngling)(nngling)损失损失第14页/共66页第十四页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及
8、其分类 5.1.1 5.1.1 水流阻力与水头损失水流阻力与水头损失 水流阻力水流阻力 水头损失水头损失 水头损失分类水头损失分类 两种水头损失比较两种水头损失比较 总水头损失总水头损失第15页/共66页第十五页,共66页。水头损失水头损失(snsh)(snsh)(依据边界条件以及作用范围)(依据边界条件以及作用范围)沿程损失沿程损失(snsh)hf(snsh)hf 局部局部(jb)(jb)损失损失 hj hj hw 第16页/共66页第十六页,共66页。沿程水头沿程水头(shutu)(shutu)损失损失hfhf hf s 在平直的固体边界水道中,单位在平直的固体边界水道中,单位(dnwi)
9、液重的液体从液重的液体从一个断面流至另一个断面的机械能损失。一个断面流至另一个断面的机械能损失。这种水头这种水头损失随沿程长度的增加而增加,故称沿程水头损失。损失随沿程长度的增加而增加,故称沿程水头损失。第17页/共66页第十七页,共66页。局部水头局部水头(shutu)(shutu)损失损失hjhj 用圆柱体绕流说明局部用圆柱体绕流说明局部(jb)水头损失水头损失hj 第18页/共66页第十八页,共66页。局部局部(jb)(jb)水头损失水头损失hjhj 液体液体(yt)(yt)绕圆柱体流动绕圆柱体流动 第19页/共66页第十九页,共66页。分析通过圆心分析通过圆心(yunxn)的一条流线(
10、图中红线)的一条流线(图中红线)第20页/共66页第二十页,共66页。通过通过(tnggu)(tnggu)圆心的红线是一条流线圆心的红线是一条流线 第21页/共66页第二十一页,共66页。液体质点流向圆柱体时,流线间距逐渐增大,流速逐渐降低液体质点流向圆柱体时,流线间距逐渐增大,流速逐渐降低(jingd)(jingd),由能量方程可知,压强必然逐渐增加。,由能量方程可知,压强必然逐渐增加。第22页/共66页第二十二页,共66页。存在驻点存在驻点 当液体质点流至当液体质点流至A A点,流速降为零,动能转化为压能,使其增加到最大。点,流速降为零,动能转化为压能,使其增加到最大。A点点称驻点(毕托管
11、测速原理)。称驻点(毕托管测速原理)。A驻点驻点第23页/共66页第二十三页,共66页。A 液体质点到达驻点,停滞不前,以后继续流来的液体质点到达驻点,停滞不前,以后继续流来的质点就要改变原有流动方向,沿圆柱体两侧继续流动。质点就要改变原有流动方向,沿圆柱体两侧继续流动。第24页/共66页第二十四页,共66页。AC理想理想(lxing)(lxing)液体液体 沿柱面两侧边壁附近沿柱面两侧边壁附近(fjn)的流动的流动液体质点运动液体质点运动 A AC C 动能增加(液体挤压)动能增加(液体挤压)压能减少压能减少压能的减少部分转化为动能压能的减少部分转化为动能 第25页/共66页第二十五页,共6
12、6页。ACBC 液体质点运动液体质点运动 CCB B 动能减少(液体扩散)动能减少(液体扩散)压能增加压能增加 减少的动能完全转化为压能。减少的动能完全转化为压能。第26页/共66页第二十六页,共66页。ACBC液体质点运动液体质点运动 C CB B 动能减少(液体扩散)动能减少(液体扩散)压能增加压能增加 减少的动能完全补充为压能。减少的动能完全补充为压能。液体质点运动液体质点运动 A AC C 动能增加(液体挤压)动能增加(液体挤压)压能减少压能减少减少的压能补充为动能减少的压能补充为动能第27页/共66页第二十七页,共66页。ACBC液体质点运动液体质点运动 C C B B动能减少(液体
13、扩散)动能减少(液体扩散)压能增加压能增加 减少的动能完全补充为压能。减少的动能完全补充为压能。液体质点运动液体质点运动 A AC C 动能增加(液体挤压)动能增加(液体挤压)压能减少压能减少减少的压能补充为动能减少的压能补充为动能 由于由于(yuy)(yuy)液体绕流运动无能量损失。因此,液体从液体绕流运动无能量损失。因此,液体从A AB B 时,时,A A和和B B点的流速和压强相同,其他流线情况类似。点的流速和压强相同,其他流线情况类似。第28页/共66页第二十八页,共66页。实际液体绕圆柱实际液体绕圆柱(yunzh)(yunzh)流动流动 ACBC液体质点运动液体质点运动 A AC C
14、 动能增加动能增加 压能减少压能减少减少的压能转化为动能减少的压能转化为动能动能还要用于克服能量损失动能还要用于克服能量损失第29页/共66页第二十九页,共66页。ACBC液体质点运动液体质点运动 C C B B动能减少动能减少 压能增加压能增加减少的动能转化为压能减少的动能转化为压能能量损失还要消耗动能能量损失还要消耗动能 第30页/共66页第三十页,共66页。ACBC形成分离点:形成分离点:D 近壁液体从近壁液体从C-B 运动时,液体动能一部分用于克服摩擦阻力,另一部分用于转化为压能,越用越少,以至于没有足够运动时,液体动能一部分用于克服摩擦阻力,另一部分用于转化为压能,越用越少,以至于没
15、有足够(zgu)动能完全恢复为压能(理想液体全部恢复),在柱面动能完全恢复为压能(理想液体全部恢复),在柱面B以上的某一位置以上的某一位置 D,流速降低为零,不再继续下行。,流速降低为零,不再继续下行。第31页/共66页第三十一页,共66页。ACBC形成分离点:形成分离点:D D点以上点以上(yshng)的液体就要改变流向,沿另一条流线运动,使主流脱离圆柱面,形成分离点。的液体就要改变流向,沿另一条流线运动,使主流脱离圆柱面,形成分离点。第32页/共66页第三十二页,共66页。ACBCD 沿圆柱面,分离点下游压强大于分离处压强,在压差作用下,圆柱下游液体立即填补主流所空出的区域,形成了漩涡。沿
16、圆柱面,分离点下游压强大于分离处压强,在压差作用下,圆柱下游液体立即填补主流所空出的区域,形成了漩涡。分离点后形成漩涡区分离点后形成漩涡区第33页/共66页第三十三页,共66页。ACBCD 沿圆柱面,分离点下游压强大于分离处压强,在压差作用下,圆柱下游液体立即填补主流所空出的区域,形成了漩涡。沿圆柱面,分离点下游压强大于分离处压强,在压差作用下,圆柱下游液体立即填补主流所空出的区域,形成了漩涡。分离点后形成漩涡区分离点后形成漩涡区漩涡漩涡(xun w)区区第34页/共66页第三十四页,共66页。ACBCD 沿圆柱面,分离点下游压强大于分离处压强,在压差作用下,圆柱下游液体立即填补主流所空出的区
17、域,形成了漩涡。沿圆柱面,分离点下游压强大于分离处压强,在压差作用下,圆柱下游液体立即填补主流所空出的区域,形成了漩涡。分离点后形成漩涡区分离点后形成漩涡区漩涡漩涡(xun w)区区第35页/共66页第三十五页,共66页。ACBCD漩涡漩涡(xun w)区区 漩涡体形成漩涡体形成(xngchng)(xngchng)、运转,经过一段时间后,逐渐消失。、运转,经过一段时间后,逐渐消失。漩涡漩涡(xun w)区中产生了较大的能量损失区中产生了较大的能量损失第36页/共66页第三十六页,共66页。ACBCD 流速分布流速分布(fnb)(fnb)急剧变化。急剧变化。漩涡区中产生漩涡区中产生(chnshn
18、g)了较大的能量损失了较大的能量损失第37页/共66页第三十七页,共66页。ACBCD漩涡漩涡(xun w)区中产生了较大的能量损失区中产生了较大的能量损失 漩涡的形成,运转和分裂;流速分布急剧变化,都使液体漩涡的形成,运转和分裂;流速分布急剧变化,都使液体(yt)产生较大的能量损失。这种能量损失产生在局部范围之内,叫局部水头损失产生较大的能量损失。这种能量损失产生在局部范围之内,叫局部水头损失hj。第38页/共66页第三十八页,共66页。当液体运动时,由于局部边界形状和大小的改变、局部障碍,液体产生漩涡,使液体在局部范围内产生了较大的能量损失,这种能量损失称局部水头损失。当液体运动时,由于局
19、部边界形状和大小的改变、局部障碍,液体产生漩涡,使液体在局部范围内产生了较大的能量损失,这种能量损失称局部水头损失。局部水头损失局部水头损失第39页/共66页第三十九页,共66页。突然管道突然管道(gundo)缩小缩小漩涡区漩涡区第40页/共66页第四十页,共66页。管道中的闸门局部开启管道中的闸门局部开启漩涡区漩涡区第41页/共66页第四十一页,共66页。弯道转弯弯道转弯漩涡区漩涡区第42页/共66页第四十二页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及其分类 5.1.1 5.1.1 水流阻力与水头损失水流阻力与水头损失 水流阻力水流阻力 水头损失水头损失 水头损失分类水头损失分类
20、 两种水头损失比较两种水头损失比较 总水头损失总水头损失第43页/共66页第四十三页,共66页。产生漩涡的局部产生漩涡的局部(jb)范围范围局部水头局部水头(shutu)损失损失沿程水头沿程水头(shutu)(shutu)损失损失 hf s发生边界发生边界 平直的固体边界水道中平直的固体边界水道中大小大小 与漩涡尺度、强度与漩涡尺度、强度,边界形边界形状等因素相关状等因素相关耗耗能方式能方式通过液体粘性将其能量耗散通过液体粘性将其能量耗散外在原因外在原因 液体运动的沿程阻力液体运动的沿程阻力 边界层分离边界层分离第44页/共66页第四十四页,共66页。5.1 5.1 水头损失及其分类水头损失及
21、其分类 5.1.1 5.1.1 水流阻力与水头损失水流阻力与水头损失 水流阻力水流阻力 水头损失水头损失 水头损失分类水头损失分类 两种水头损失比较两种水头损失比较 总水头损失总水头损失第45页/共66页第四十五页,共66页。水头水头(shutu)(shutu)损失损失沿程损失沿程损失(snsh)hf(snsh)hf 局部局部(jb)(jb)损失损失 hj hj 第46页/共66页第四十六页,共66页。液体以下管道液体以下管道(gundo)时的沿程损失包括四段时的沿程损失包括四段hf 1hf 2hf 3hf 4第47页/共66页第四十七页,共66页。液体经过时的局部损失包括五段:液体经过时的局
22、部损失包括五段:进口、突然放大、突然缩小、弯管和闸门进口、突然放大、突然缩小、弯管和闸门进口进口突然放大突然放大突然缩小突然缩小弯管弯管闸闸门门第48页/共66页第四十八页,共66页。5.1 5.1 水头损失水头损失(snsh)(snsh)及其及其分类分类 水流水流(shuli)(shuli)阻力与水头损阻力与水头损失失 水头水头(shutu)(shutu)损失损失沿程损失沿程损失 hf 局部损失局部损失 hj 第49页/共66页第四十九页,共66页。5.1 5.1 水头损失水头损失(snsh)(snsh)及其分类及其分类 水流阻力与水头水流阻力与水头(shutu)(shutu)损损失失横纵断
23、面水力横纵断面水力(shul)(shul)要素对水头损失的影响要素对水头损失的影响第50页/共66页第五十页,共66页。液流边界几何条件对水头损失的影响液流边界几何条件对水头损失的影响 产生水头损失的根源是实际液体本身具有粘滞性,产生水头损失的根源是实际液体本身具有粘滞性,而固体边界的几何条件(轮廓形状和大小)对水头损失而固体边界的几何条件(轮廓形状和大小)对水头损失也有很大的影响。也有很大的影响。第51页/共66页第五十一页,共66页。l液流横向边界对水头液流横向边界对水头(shutu)损损失的影响失的影响A过水断面过水断面(dun min)的面积的面积 过水断面的面积是一个过水断面的面积是
24、一个(y)因素,但仅靠过水断面面积因素,但仅靠过水断面面积尚不足表征过水断面几何形状和大小对水流的影响。尚不足表征过水断面几何形状和大小对水流的影响。第52页/共66页第五十二页,共66页。A过水断面的面积过水断面的面积 例如,两个过水断面面积相同的断面,一个正方形,例如,两个过水断面面积相同的断面,一个正方形,一个是扁长方形。显然,后者对水流运动的阻力大,水一个是扁长方形。显然,后者对水流运动的阻力大,水头损失要大。头损失要大。原因:扁长方形明渠中液流与固体边界接触周界长。原因:扁长方形明渠中液流与固体边界接触周界长。即使通过相同的流量,面积较小的过水断面,液流即使通过相同的流量,面积较小的
25、过水断面,液流通过的流速较大,水流的阻力及水头损失也大。通过的流速较大,水流的阻力及水头损失也大。第53页/共66页第五十三页,共66页。湿周湿周 液流过水断面与固体边界接触的周界线,叫液流过水断面与固体边界接触的周界线,叫 湿周,湿周,是过水断面重要的水力要素之一。其值越大,对水流的阻力越大,水头损失越大。是过水断面重要的水力要素之一。其值越大,对水流的阻力越大,水头损失越大。两个过水断面的湿周相同,形状不同,过水断面两个过水断面的湿周相同,形状不同,过水断面面积一般不相同,水头损失也就不同。面积一般不相同,水头损失也就不同。因此,仅靠湿周也不能表征断面几何形状的影响。因此,仅靠湿周也不能表
26、征断面几何形状的影响。第54页/共66页第五十四页,共66页。由于两个因素都不能完全由于两个因素都不能完全(wnqun)反映横向边界对水头损失的影响,将过水断面的面积和湿周结合起来,用反映横向边界对水头损失的影响,将过水断面的面积和湿周结合起来,用R表示,全面反映横向边界对水头损失影响。表示,全面反映横向边界对水头损失影响。R越大,则水头损失越小。越大,则水头损失越小。水力半径水力半径R:第55页/共66页第五十五页,共66页。管管 道道d第56页/共66页第五十六页,共66页。矩形断面明渠矩形断面明渠bh第57页/共66页第五十七页,共66页。梯形断面明渠梯形断面明渠bhm第58页/共66页
27、第五十八页,共66页。l 液流纵向边界对水头液流纵向边界对水头(shutu)损损失的影响失的影响 液流纵向边界的水力要素包括:底坡、局部障碍、断面形状沿程发生变化等。这些要素对水头损失的综合效果液流纵向边界的水力要素包括:底坡、局部障碍、断面形状沿程发生变化等。这些要素对水头损失的综合效果(xiogu)表现为液流产生渐变流,还是急变流,急变流会增加液流的水头损失。表现为液流产生渐变流,还是急变流,急变流会增加液流的水头损失。均匀流:均匀流:沿程水头损失沿程水头损失 非均匀流渐变流非均匀流渐变流:沿程水头损失沿程水头损失 非均匀急变流非均匀急变流:沿程和局部水头损失沿程和局部水头损失第59页/共
28、66页第五十九页,共66页。均匀均匀(jnyn)(jnyn)流流 A,R,v 沿程不变,液流只有沿程水头损失沿程不变,液流只有沿程水头损失(snsh)。测压管水头线和总水头线是平行的。测压管水头线和总水头线是平行的。第60页/共66页第六十页,共66页。lz1P1P2z2v1v2hfp1/p2/1122v222gv122gv1v200总水头总水头(shutu)(shutu)线线 J J测压管水头测压管水头(shutu)(shutu)线线JpJp均匀均匀(jnyn)(jnyn)流流 A,R,v 沿程不变,液流只有沿程水头损失沿程不变,液流只有沿程水头损失测压管水头线和总水头线是平行的。测压管水头
29、线和总水头线是平行的。第61页/共66页第六十一页,共66页。v21212水面测压管水头线水面测压管水头线 Jpv11v122g2v222gz1z2hf总水头线总水头线 JP2P10Gl p1 p2第62页/共66页第六十二页,共66页。非均匀非均匀(jnyn)流流 A、R、v 沿程改变,液流有沿程和局部水头损失。沿程改变,液流有沿程和局部水头损失。测压管水头线和总水头线是不平行的曲线。测压管水头线和总水头线是不平行的曲线。非均匀非均匀(jnyn)渐变流:局部水头损失可忽略渐变流:局部水头损失可忽略,沿程水头损失不可忽略沿程水头损失不可忽略 非均匀非均匀(jnyn)急变流:两种水头损失都不可忽
30、略急变流:两种水头损失都不可忽略第63页/共66页第六十三页,共66页。急变流急变流 总水头线总水头线 测压管水头线测压管水头线hjv1v2v122gv222g第64页/共66页第六十四页,共66页。5.1 5.1 水头损失水头损失(snsh)(snsh)及其分类及其分类 水流阻力与水头水流阻力与水头(shutu)(shutu)损失损失 水头水头(shutu)(shutu)损失损失沿程损失沿程损失 hf 局部损失局部损失 hj 渐变流,急变流渐变流,急变流水力半径水力半径R 横纵断面水力要素对水头损失的影响横纵断面水力要素对水头损失的影响第65页/共66页第六十五页,共66页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)!第66页/共66页第六十六页,共66页。