第五部分液体的流动型态及水头损失
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⽔⼒学液流形态和⽔头损失第三章液流形态和⽔头损失考点⼀沿程⽔头损失、局部⽔头损失及其计算公式1、沿程⽔头损失和局部⽔头损失计算公式(1)⽔头损失的物理概念定义:实际液体运动过程中,相邻液层之间存在相对运动。
由于粘性的作⽤,相邻流层之间就存在内摩擦⼒。
液体运动过程中,要克服这种摩擦阻⼒就要做功,做功就要消耗⼀部分液流的机械能,转化为热能⽽散失。
这部分转化为热能⽽散失的机械能就是⽔头损失。
分类:液流边界状况的不同,将⽔头损失分为沿程⽔头损失和局部⽔头损失。
(2)沿程⽔头损失:在固体边界平直的⽔道中,单位重量的液体⾃⼀个断⾯流⾄另⼀个断⾯损失的机械能就叫做该两个断⾯之间的⽔头损失,这种⽔头损失是沿程都有并随沿程长度增加⽽增加的,所以称作沿程⽔头损失,常⽤h f 表⽰。
沿程⽔头损失的计算公式为达西公式对于圆管 g v d L h f 22λ=对于⾮圆管 gv R L h f 242λ=式中,λ为沿程阻⼒系数,其值与液流的流动形态和管壁的相对粗糙度d /?有关,其中?称为管壁的绝对粗糙度,)(Re,df ?=λ; L 为管长;d 为管径;v 为管道的断⾯平均流速;R 为⽔⼒半径;v 为断⾯平均流速。
(3)局部⽔头损失:当液体运动时,由于局部边界形状和⼤⼩的改变,液体产⽣漩涡,或流线急剧变化,液体在⼀个局部范围之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,常⽤h j 表⽰。
局部⽔头损失的计算公式为 gv h j 22ζ=式中,ζ为局部阻⼒系数;其余符号同前。
(4)总⽔头损失对于某⼀液流系统,其全部⽔头损失h w 等于各流段沿程⽔头损失与局部⽔头损失之和,即 ∑∑+=jifiw hh h2、湿周、⽔⼒半径(1)湿周χ:液流过⽔断⾯与固体边界接触的周界线,是过⽔断⾯的重要的⽔⼒要素之⼀。
其值越⼤,对⽔流的阻⼒和⽔头损失越⼤。
(2)⽔⼒半径R : 过⽔断⾯⾯积与湿周的⽐值,即χAR =单靠过⽔断⾯⾯积或湿周,都不⾜以表明断⾯⼏何形状和⼤⼩对⽔流⽔头损失的影响。
第五章液流型态及水力损失实际流体都是具有粘性的。
不可压缩流体在流动过程中,流体之间因相对运动切应力的作功,以及流体与固壁之间摩擦力的作功,都是靠损失流体自身所具有的机械能来补偿的。
这部分能量均不可逆转地转化为热能。
这种引起流动能量损失的阻力与流体的粘滞性和惯性,与固壁对流体的阻滞作用和扰动作用有关。
因为,为了得到能量损失的规律,必须同时分析各种阻力的特性,研究壁面特征的影响,以及产生各种阻力的机理。
能量损失一般有两种表示方法:对于液体,通常用单位重量流体的能量损失(或称水头损失)h l来表示,其因次为长度;对于气体,则常用单位体积内的流体的能量损失(或称压强损失)p l来表示,其因次与压强的因次相同。
它们之间的关系是:p l=γh l第一节水头损失的概念及其分类水头损失是流体与固壁相互作用的结果。
固壁作为流体的边界层会显著地影响这一系统的机械能与热能的转化过程。
在工程的设计计算中,根据流体接触的边壁沿程是否变化,把能量损失分为两类:沿程损失h f和局部损失h m。
它们的计算方法和损失机理不同。
一、流动阻力和能量损失的分类在边壁沿程不变的管段上(如图5-1中的ab、bc、cd段),流动阻力沿程也基本不变,图5-1 沿程阻力与沿程损失称这类阻力为沿程阻力。
克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。
图中的h f ab,h fb c,h fcd 就是ab、bc、cd段的损失——沿程损失。
由于沿程损失沿管段均布,即与管段的长度成正比,所以也称为长度损失。
在边界急剧变化的区域,阻力主要地集中在该区域内及其附近,这中集中分布的阻力称为局部阻力。
克服局部阻力的能量损失称为局部损失。
例如图5-1中的管道进口、变径管和阀门等处,都会产生局部阻力。
h ma ,h mb ,h mc 就是相应的局部水头损失。
引起局部阻力的原因是由于旋涡区的产生和速度方向和大小的变化。
整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和各局部损失的总和。