会计学水头损失与液流的物理性质和边界特征密切相关。本章首先对理想液体和实际液体，在不同边界条件下的液流特征进行剖析，认清水头损失的物理概念。在此基础上，介绍水头损失变化规律及其计算方法。§4-1水头损失的分类及水流边界对水头损失的影响理想液体：运动时没有相对运动，流速是均匀分布，无流速梯度和粘性切应力，因而，也不存在能量损失。用单位重量液体的能量损失hw表示水流的能量损失沿程水头损失hf局部水头损失hj实际液体绕圆柱流动当液体运动时，由于局部边界形状和大小的改变、局部障碍，液体产生漩涡，使得液体在局部范围内产生了较大的能量损失，这种能量损失称作局部水头损失。突然管道缩小管道中的闸门局部开启§4-2液流的两种流动形态雷诺：O.OsborneReynolds(1842～1912)英国力学家、物理学家和工程师，杰出实验科学家1867年-剑桥大学王后学院毕业1868年-曼彻斯特欧文学院工程学教授1877年-皇家学会会员1888年-获皇家勋章1905年-因健康原因退休雷诺兴趣广泛，一生著述很多，近70篇论文都有很深远的影响。论文内容包括力学热力学电学航空学蒸汽机特性等在流体力学方面最重要的贡献：1883年—发现液流两种流态：层流和紊流，提出以雷诺数判别流态。1883年—发现流动相似律对于几何条件相似的流动，即使其尺寸、速度、流体不同,只要雷诺数相同,则流动是动力相似。实际液体运动中存在两种不同型态：层流和紊流不同型态的液流，水头损失规律不同红颜色水射出后，完全破裂，形成漩涡，扩散至全管，使管中水流变成红色水。这一现象表明：液体质点运动中会形成涡体，各涡体相互混掺。实验时，结合观察红颜色水的流动，量测两测压管中的高差以及相应流量，建立水头损失hf和管中流速v的试验关系，并点汇于双对数坐标纸上。AC、ED：直线段层流二、流态的判别——雷诺数液流型态开始转变时的雷诺数叫做临界雷诺数大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定A管道矩形断面明渠梯形断面明渠大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定§4-3均匀流沿程水头损失与切应力的关系p2在管流和明渠流动中，取一段总流进行分析llp2对于明渠对于明渠因此，圆管均匀流的过水断面上，切应力呈直线分布，管壁处切应力为最大，管轴线处切应力为零；明渠恒定均匀流断面上的切应力也呈线性变化。§4-4圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算§4-5紊流的形成过程及特征通过雷诺试验可知，层流和紊流的主要区别在于：紊流：各流层之间液体质点不断互相混掺层流：无互相混掺是由于液流扰动产生涡体所致，涡体形成是混掺作用产生的根源。下面讨论涡体的形成过程。层流是否发展成为紊流，取决于涡体所受惯性力和粘滞力的对比。下面分析涡体的惯性力粘滞力之比的量纲。可见，用雷诺数可以判断液流的型态。紊流形成的先决条件：涡体形成，并且雷诺数达到一定的数值。紊流的基本特征是，流动中许多涡体在相互混掺的运动。涡体位置、大小、流速等都在时刻变化。因此，当一系列参差不齐的涡体连续通过空间某一给位置时，反映出这一定点的运动要素（如流速、压强等）发生随机脉动。运动要素随时间发生随机脉动的现象叫做运动要素的脉动。ux/cm/s明渠中靠近水面附近水流紊动强度最弱，靠近渠底附近紊动最大。原因：靠近渠道处流速梯度和切应力比较大，壁面粗糙度干扰的影响也较强，因而靠近渠底的地方，涡体最容易形成。若a层有一质点以横向脉动流速uy’通过该截面进入b层，则在dt时间内该截面的质量为粘性底层y滑面、粗糙面、过渡粗糙面都是相对水流条件而言。原因：因为壁面粗糙度是一定的，但粘性底层厚度是相对的。在水流条件一定时，边壁可能是光滑面；但水流条件改变时，其就可能变为粗糙面了。因此，这些概念就是相对水流的。五、紊流使流速分布均匀化§4-6沿程阻力系数的变化规律一、尼古拉兹实验方法Moody图1944，英国人Moody对各种工业管道进行了试验研究。试验用的管道非常广泛，有：玻璃管、混凝土管、钢管、铜管、木管等，试验条件就是自然管道，管道的壁面就是天然管壁，而非人工粗糙面。试验成果的处理：将试验得到的沿程阻力系数和人工加糙的结果进行对比，把具有相同沿程阻力系数值的砂粒绝对粗糙度作为管道的当量粗糙度Δ，仍用原符号（绝对粗糙度）。管壁的相对光滑度用Δ/d表示，其他和以上试验相同。注意：当量粗糙度不是绝对粗糙度。壁面种类壁面种类Moody图可见，沿程阻力系数的变化规律和尼古拉兹试验基本相同差别在于：紊流过渡粗糙区曲线形状不同（一个是沿程增加