第三章液流形态及水头损失学习重点1、两种流态的特点、判别方法、雷诺数的物理、两种流态的特点、判别方法、意义。意义。水力学讲义2、沿程水头损失系数的变化规律与计算。、沿程水头损失系数的变化规律与计算。3、达西公式。、达西公式。4、谢才公式、曼宁公式、糙率n。、谢才公式、曼宁公式、糙率。5、局部水头损失计算。、局部水头损失计算。第三章液流形态及水头损失3.1水流阻力与水头损失1、水流阻力：液体与固体之间、液体内部有相对运动的水流阻力：液体与固体之间、各液层之间存在的摩擦阻力的合力，各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流的运动方向相反。的运动方向相反。水力学讲义2、水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的水头损失：能量称为水头损失。其中边界是外因，粘滞性是内因。能量称为水头损失。其中边界是外因，粘滞性是内因。3、根据边界条件的不同，水头损失分两类：对于平顺的根据边界条件的不同，水头损失分两类：边界，水头损失与流程成正比，称为沿程水头损失沿程水头损失，边界，水头损失与流程成正比，称为沿程水头损失，用hf表示；由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、流速表示；由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失称为局部水分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失称为局部水头损失，表示。头损失，用hj表示。第三章液流形态及水头损失4、对于在某个流程上运动的液体，它的总水头损失hw对于在某个流程上运动的液体，它的总水头损失遵循叠加原理即：遵循叠加原理即：hw=∑hf+∑hj水力R=A/χ学水力半径是水力学中应用广泛的重要的讲义水力要素。5、为了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，失的综合影响，我们引入水力半径的概念，即：第三章液流形态及水头损失3.3均匀流沿程水头损失与切应力的关系----均匀流基本方程均匀流基本方程在均匀流中，任意取出一段总流来分析。在均匀流中，任意取出一段总流来分析。如图，如图，对1-1,2-2写能量方写能量方/r)程:hf=(z1+p1/r)-(z2+p2/r)通过力的平衡分析可得：通过力的平衡分析可得：p1A?p2A?τ02πr0l+γAlsinβ=0水力学讲义将以上各项都除以γA，考虑到sinβ=(z1?z2)l,A=πr02整理后得到：整理后得到：(z1+p1/r)-(z2+p2/r)＝2τ0lγr0第三章液流形态及水头损失鉴于：鉴于：hfr0hfhf2τ0lr0=,τ0＝γ,R＝,J=γr02l2l可得到均匀流沿程水头损失与切应力的关系式，可得到均匀流沿程水头损失与切应力的关系式，即均匀流基本方程式：流基本方程式：水力学讲义τ0=γRJ上面的分析，适用于任何大小的流束。上面的分析，适用于任何大小的流束。第三章液流形态及水头损失3.4液体运动的两种型态、液体运动的两种型态、圆管层流一、雷诺试验当流速较小时，各流层质点互不混杂，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当流速较大时，层流。态的流动叫层流。当流速较大时，各流层质点形成涡体互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。形成涡体互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。紊流水力学讲义第三章液流形态及水头损失试验结果：液流型态不同,沿程水头损失的规律也不试验结果：液流型态不同沿程水头损失的规律也不同。相应于液体运动型态转变时的流速叫做临界流相应于液体运动型态转变时的流速叫做临界流雷诺数Re=vd/ν,上、下临界雷诺数。下临界雷诺数。速。雷诺数ν水力学讲义液流型态的判别：液流型态的判别：圆管中液流的下临界雷诺数是一个比较稳定的数值，上临界雷诺数是一个不稳定的数值，数值，因此判别液流型态要以下临界雷诺数为标准。界雷诺数为标准。实际雷诺数大于下临界雷诺数时就是紊流，下临界雷诺数时就是紊流，小于下临界雷诺数时一定是层流。临界雷诺数时一定是层流。第三章液流形态及水头损失三、紊流形成过程的分析紊流有混掺,涡体是混掺的根源。1、紊流有混掺,涡体是混掺的根源。涡体的形成过程。流层之间相对运动，2、涡体的形成过程。流层之间相对运动，产生内摩擦切应力，对选定的流层，切应力，对选定的流层，流速大的邻层加于它的切应力是顺流向的，流速小的邻层加于它的切应力是逆流向的，是顺流向的，流速小的邻层加于它的切应力是逆流向的，受的切应力，就构成力矩，因此该选定的流层所承受的切应力，就构成力矩，促使涡体产生。使涡体产生。外界扰动→局部波动→要素调整。3、外界扰动→局部波动→要素调整。如图，波峰附近流线间距变化→4、如图，波峰附近流线间距变化→波蜂上面微小流束过水断面变小，波蜂上面微小魇