第4章 水头损失 ppt课件

边界的形状或大小改变，液流内部结构就要急剧调整，流速 分布进行改组流线发生弯曲并产生旋涡，在这些局部地区就有局 部水头损失。
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液流的总水头损失hw
hw h f h j
式中： h代f 表该流段中各分段的沿程水头损失的总和；
hj 代表该流段中各种局部水头损失的总和。
hf1
hj渐扩
D
当Vc＜V＜Vc’时，是层流向紊 流的过渡区，当速度从小逐渐
lg h f
C
增大时，试验点落在AB线上， 当流速达到Vc’时，流动转变为
B
A
紊流，试验点沿BC线移动；当 流速由大逐渐减小时，试验点
450
o

落在DCA上；在过度区，实验
点是分散的，取决于具体的实 验条件。
lg c lg c
lg
瞬时流速与时间平均流速之差叫做脉动流速 u，'x
脉动流速的时间平均值
ux

1 T
T 0
uxdt

1 T
T 0
uxdt

1 T
T
0 uxdt
ux ux 0
引入时间平均值的概念后，可以把某些实质上是非恒定流的紊流
看成是恒定流。
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紊流中的其他物理量，也存在脉动的现象，其脉动的处理方 式也用时均化方法处理。
Q
udA
A
r0 0
gJ 4
(
r0
2
r 2 )2rdr

gJ 8
r0 4
平均流速
V

Q A

gJ 8
r0(2a)
V

1 2
gJ 4
r0 2

【例题】 输送润滑油的管子直径 d8mm，管长 l 15m，如图6-
12所示。油的运动粘度 15m120/6s，流量 12qcVm3/s，求油箱的
水头 （不h计局部损失）。
图示 润滑油管路
V4qV 41 21 04 0.23（m9/s）
d2 3.1 40.002 8
雷诺数
R e V d0 .2 1 3 5 9 1 0 0 . 0 6 0 8 1 2 7 .5 2 3 0 0
是根据不同的局部装置由实验确定。在本章后面进行讨论。
三、总阻力与总能量损失
在工程实际中，绝大多数管道系统是由许多等直管段和一些管 道附件（如弯头、三通、阀门等）连接在一起所组成的，所以 在一个管道系统中，既有沿程损失又有局部损失。我们把沿程 阻力和局部阻力二者之和称为总阻力，沿程损失和局部损失二 者之和称为总能量损失。总能量损失应等于各段沿程损失和局 部损失的总和，即
一、沿程阻力与沿程损失
粘性流体在管道中流动时，流体与管壁面以及流体之间存 在摩擦力，所以沿着流动路程，流体流动时总是受到摩擦 力的阻滞，这种沿流程的摩擦阻力，称为沿程阻力。流体 流动克服沿程阻力而损失的能量，就称为沿程损失。沿程 损失是发生在渐变流整个流程中的能量损失，它的大小与 流过的管道长度成正比。造成沿程损失的原因是流体的粘 性和惯性以及管道的粗糙度等，因而这种损失的大小与流 体的流动状态（层流或紊流）有密切关系。
J hf / l， RA /， 为 湿 周 。
其中， 为半径为r处的切应力； o 为半径为r0处(壁 面处）的切应力
hf
L 0 LV2 R g d 2g
➢ 园管内部流体切应力的分布
r
gRJ R 2 r o gRJ R ro ro
2

2

4

1 4
d
1 2
r0
对于矩形：
R


bh b 2h
§4—3 恒定均匀流沿程水头损失 与切应力的关系
z1 p1


1 v1
2g
2
z2
p2


2v2
2g
2
hf
h f ( z1
p1

) (z2
p2

)
流段流动方向上的受力分析： 断面1上的总压力P1， 断面2上的总压力P2， 流段重量G的分力， 流段侧面切力T。 以上力共同作用下形成均匀流， 即诸力平衡。 τ 0：固体壁上 的平均切应力为
z1 ) ( p2 z2 )
P1 P2 G cos T 0 p 1 p 2 l z1 z 2 l
0 l 0
同除以γ ω 得：代入上式 ：
(
p1
0


l
0l R
均匀流基本方程 h f
0l R
0 R
2． 紊流脉动
ux u uy u uz u
x
u 'x u'y u 'z
y
z
u
x

1 T

T
0
u x ( t ) dt
在恒定水位下的水平圆管紊流，采用激光流速仪测得液体质点 通过某固定空间点A的各方向瞬时流速ux，uy对时间的关系曲线 ux(t)，uy(t)，这一结果就是紊流互相混掺的表现。 1 T / p p p p 0 pdt T 可以把 紊流运动 看作为一个 时间平均流动 加一个 脉动流动 的叠加。

全）。
P59表4-1为不同形状导管的临界雷诺数（水力半径）。
雷诺数的物理意义： Re = V d/ 粘性大、 Re 小、 易层流
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§4–5 层流的水头损失---圆管中的层流
在这一章节主要讨论粘性力和沿程水头损失 hf 的规律。
假设流体在等截面水平圆管中作层流运动。取出其中半径 为 r 的圆柱体作为研究对象，写出运动方程式：（因为是定常
因此在计算每一个具体流动的水头损失时，首先须要判 别该流体的流动状态，而雷诺数为判别流体是层流还是湍 流提供了准则。
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§4-4 雷诺数
管中流体的平均流速不是一个独立不变的量。
由实验知：流体平均流速与流体运动粘性成正比、与管道直 径d成反比；则引入一个无量纲比例常数Re 可写为：
V= Re /d
其中 Re 称为雷诺数。
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（c）继续增大管内流速，则染色流束剧烈地波动，最后个别部 分出现破裂，并失掉原来的清晰的形状，混杂在很多小旋涡中。 染色液体很快充满整个管，如图c。这表明此时管内的流体向前 流动时处于完全无规则的混乱状态，称其为“湍流”，或“紊 流”。
流体由层流转变为湍流时 的平均流速，称之为“上临 界速度VC `”。
长管、短管
不是由管道的长与短来决定，而是由局部水头损失与沿程水头 损失的比例大小来确定。
长管：沿程损失比局部损失和速度水头的和大，局部损失可忽略；
短管：局部损失和速度水头的和比沿程损失大，考虑局部损失；
§4-3 流体流动两种状态
在不同条件下，流体质点的运动可能表现为两种状态。 一是、流体质点作有规则的运动，在运动过程中质点之间
互不混杂、互不干扰。 二是、流体质点的运动非常混乱。 1883年英国科学家雷诺进行了负有盛名的雷诺实验。