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1、会计学1水流水流(shuli)型态与水头损失型态与水头损失第一页，共35页。3.水头(shutu)损失的概念：总流单位重量液体的平均机械能损失二.水头损失(snsh)的类型 根据(gnj)边界条件的不同，可以把水头损失分为两类：1.沿程水头损失 ：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比；第2页/共35页第二页，共35页。水力学2.局部水头损失 ：由于局部边界(binji)急剧改变，导致水流结构改变、流速分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失 3.特征：（1）沿程水头损失：均匀分布在流段与流段长度成正比。（2）局部水头损失：仅存在于局部区域与边界(binji)变化程度（形状）有关。第3页/共35
2、页第三页，共35页。4.对于在某个流程上运动的液体，它的总水头损失hw遵循叠加原理即 5.为了(wi le)反映过流断面面积和湿周对水流阻力和水头损失的综合影响，我们引入水力半径的概念，即水力半径是水力学中应用广泛的重要的水力要素。水力学第4页/共35页第四页，共35页。图2-局部(jb)水头损失第5页/共35页第五页，共35页。水力学图1-水头(shutu)损失第6页/共35页第六页，共35页。三.均匀(jnyn)流沿程水头损失的基本公式达西公式水力学1.均匀流中只存在沿程水头损失，它有两个特点：一是所消耗的能量全部由势能转化来的，二是每单位长度上的水头损失J（也称为水力坡度J=hf/l）是
3、沿程不变的。2.均匀流的切应力分布规律：液体内部(nib)切应力=RJ 边界上切应力 0=RJ 第7页/共35页第七页，共35页。式当、J为定值，切应力(yngl)与R成正比，也就是说边界上的切应力(yngl)为最大。管壁(un b)处的切应力为 3.均匀流沿程水头(shutu)损失的计算基本公式为达西公式第8页/共35页第八页，共35页。毕业答辩水力学对于(duy)圆管 ，则 上式建立了沿程水头损失hf与流速、流段长、边界几何特征R和沿程阻力系数之间的关系。是计算沿程水头损失重要的参数。沿程水头损失系数与液体的流动(lidng)型态和边界的粗糙程度密切相关。第9页/共35页第九页，共35页。
4、水力学 五.液体流动(lidng)的两种型态和流态的判别1.雷诺实验(shyn)1883年英国科学家雷诺，通过实验发现液体在流动中存在两种内部结构完全(wnqun)不同的流态：层流和紊流。（1）层流 当流速较小时，各流层质点互不混杂，这种型态的流动叫层流。第10页/共35页第十页，共35页。水力学（2）紊流 当流速(li s)较大时，各流层质点形成涡体互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。第11页/共35页第十一页，共35页。水力学2.水流流动型态的判别(pnbi)雷诺数Re作为判据的 同时发现，层流的沿程水头损失hf与流速一次方成正比，紊流的hf与流速的1.752.0次方成正比；在层流与紊流之间
5、存在过渡(gud)区，hf与流速的变化规律不明确。对于(duy)明渠水流 第12页/共35页第十二页，共35页。明渠(mn q)水流临界雷诺数Rek=500。当Re500为层流，Re500为紊流。对于(duy)圆管水流 圆管水流临界(ln ji)雷诺数Rek=2000。当Re2000为层流，Re2000为紊流。3.雷诺数的实质从力学的角度看，雷诺数就是惯性力作用与粘滞力作用的对比关系。当Re较小时，第13页/共35页第十三页，共35页。水力学说明粘滞(zhn zh)力占主导，液体为层流；反之则为紊流。例题1管道直径 d=10 mm，通过流量 Q=20 cm3/s，运动粘度=0.0101cm2/
6、s。问管中水流(shuli)流态属层流还是紊流？若将直径改为 d=30 mm，水温、流量不变，问管中水流(shuli)属何种流态？解：（1）第14页/共35页第十四页，共35页。水力学（2）当直径(zhjng)改为30mm时第15页/共35页第十五页，共35页。水力学五.圆管层流运动和沿程水头(shutu)损失 圆管层流运动可以应用(yngyng)牛顿内摩擦定律表达式和均匀流内切应力表达式，通过积分求出过水断面上的流速分布为抛物型分布。最大流速(lis)在管轴线处第16页/共35页第十六页，共35页。断面平均(pngjn)流速沿程水头(shutu)损失沿程阻力(zl)系数水力学第17页/共35
7、页第十七页，共35页。水力学六.沿程水头(shutu)损失系数的变化规律尼库拉兹为探讨紊流沿程阻力的计算公式，用不同粒径的人工砂粘贴在不同直径的管道的内壁上，用不同的流速进行一系列试验。尼古拉兹通过大量实验，发现沿程阻力系数在层流和紊流三个不同流区内的变化规律，从而为确定值，进而(jnr)计算紊流各流区的沿程水头损失hf提供了可应用的方法。1.层流状态时，圆管的 与理论公式相一致，说明层流的仅是Re的函数(hnsh)，而且水头第18页/共35页第十八页，共35页。水力学图3-尼古拉兹沿程阻力系数与雷诺数关系(gunx)曲线第19页/共35页第十九页，共35页。损失hf与流速v的一次方成正比，与
8、雷诺实验(shyn)的结果相一致。2.当2000Re4000时，过渡区仅与Re有关(yugun)，而与相对光滑度无关。3.紊流状态：（1）紊流光滑区：类似(li s)于层流，只与Re有关而与相对粗糙度/r0无关，。第20页/共35页第二十页，共35页。水力学（2）紊流粗糙区：与Re无关，只与相对粗糙度/r0有关，所以紊流粗糙又称为(chn wi)阻力平方区。（3）紊流过渡(gud)区：既与Re有关，也与有关，。七.沿程水头损失经验(jngyn)公式谢才公式第21页/共35页第二十一页，共35页。水力学 C是反映边界对液体运动影响的综合(zngh)系数，称为舍齐系数，单位：m1/2/s。曼宁公式
9、(gngsh)谢才公式适用紊流阻力(zl)平方区。第22页/共35页第二十二页，共35页。水力学七.局部水头损失(snsh)的计算1.局部水头损失(snsh)产生的原因局部水头损失产生于边界发生明显改变的地方，使水流形态(xngti)发生了很大的变化。其特点为能耗大、能耗集中而且主要为旋涡紊动损失。2.局部水头损失计算公式第23页/共35页第二十三页，共35页。突然扩大突然缩小闸阀三通汇流管道弯头管道进口分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区第24页/共35页第二十四页，共35页。水力学 局部水头损失的计算在于正确选择局部水头损失系数(xsh)，但注意对应的流速水头。例题2 测定90弯管局
10、部水头损失系数的试验装置如图示。已知AB段 长10 m，管径d0.05m，弯管曲率半径Rd，管段(un dun)沿程水力摩擦系数0.0264，实测AB管段(un dun)两端测压管水头差h0.63m，100秒钟流入量水箱的水体积为0.28m3，试求弯管内的流速、沿程水头损失和局部水头损失系数。第25页/共35页第二十五页，共35页。水力学解：（1）先求弯管(wn un)内的流速：第26页/共35页第二十六页，共35页。水力学（2）再求沿程水头(shutu)损失，由达西公式得：（3）最后(zuhu)求局部水头损失系数：第27页/共35页第二十七页，共35页。水力学因为(ynwi)所以(suy)例
11、题(lt)3 如图所示，水从A池流入B池，管道长L=25m，管径d=2.5cm，管道的沿程水头损失系数=0.03，当两水池的水位差H=2m，第28页/共35页第二十八页，共35页。管道(gundo)的流量是多少？管道(gundo)内的糙率n是多少？第29页/共35页第二十九页，共35页。解：“三选”如图所示。列AA和BB断面的能量(nngling)方程，第30页/共35页第三十页，共35页。第31页/共35页第三十一页，共35页。本章(bnzhn)小结 1产生水头损失的原因有两个方面：一是水流边界的几何条件(tiojin)，叫外因；二是水流自身具有黏滞性，叫内因，但产生水流的根本原因是水流具有黏滞性。2水流型态的判别用和之比来进行，当水流的时，为紊流；当时，为层流。流态不同，水头损失的规律也不同。3水头损失的叠加原理：第32页/共35页第三十二页，共35页。4水流(shuli)的的表达式和的大小：管流时明槽时5沿程水头(shutu)损失6局部水头(shutu)损失第33页/共35页第三十三页，共35页。水力学第34页/共35页第三十四页，共35页。感谢您的观看(gunkn)！第35页/共35页第三十五页，共35页。