第三章 液流型态及水头损失 前一章讨论了理想液体和实际液体的能量方程， 方程中有一项为能量损失。 产生能量损失的原因在于：水流有粘滞性 当水流运动时，会产生粘性阻力，水流克服阻力 就要消耗一部分机械能，转化为热能，造成能量损失
1 第三章 液流型态及水头损失 前一章讨论了理想液体和实际液体的能量方程， 方程中有一项为能量损失。 当水流运动时，会产生粘性阻力，水流克服阻力 就要消耗一部分机械能，转化为热能，造成能量损失。 产生能量损失的原因在于：水流有粘滞性
3.1水头损失及其分类 水流阻力与水头损失 理想液体的运动是没有能量损失的，而实 际液体在流动的中为什么会产生水头？
2 一、 水流阻力与水头损失 理想液体的运动是没有能量损失的，而实 际液体在流动的中为什么会产生水头? 3.1 水头损失及其分类
水头损失的分类 水头损失（依据边界条件以及作用范围） 沿程损失h, 局部损失
3 水头损失（依据边界条件以及作用范围） 沿程损失 hf 局部损失 hj hw 二、水头损失的分类
沿程水头损失h 固体边界沿程不变或变化缓慢时，单位重量的液 体从一个断面流至另一个断面时的机械能损失，称为 沿程水头损失。 沿程水头损失随沿程长度增加而增加。即 hr∝流程S
4 沿程水头损失hf hf ∝ 流程 s 固体边界沿程不变或变化缓慢时，单位重量的液 体从一个断面流至另一个断面时的机械能损失，称为 沿程水头损失。 沿程水头损失随沿程长度增加而增加。即
局部水头损失h 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。 从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解 为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损 失则可理解为急变流情况下的水头损失
5 局部水头损失hj 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。 从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解 为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损 失则可理解为急变流情况下的水头损失
3-2液流边界几何条件对水头损失的影响 产生水头损失的根源是实际液体本身具有粘滞性， 而固体边界的几何条件（轮廓形状和大小）对水头损失 也有很大的影响。 、液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失 的影响 横向轮廓的形状和大小可用过水断面的水力要素来表征 如过水断面的面积A、湿周☑及力半径R等
6 产生水头损失的根源是实际液体本身具有粘滞性， 而固体边界的几何条件（轮廓形状和大小）对水头损失 也有很大的影响。 一、液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失 的影响 横向轮廓的形状和大小可用过水断面的水力要素来表征 ，如过水断面的面积A、湿周 及力半径R等。 4 4 2 d d d A R = = = 3-2 液流边界几何条件对水头损失的影响
1、过水断面的面积 过水断面的面积可根据其形状计算，是反映横向轮廓 的重要因素之一。但仅靠过水断面面积尚不足表征过水断 面几何形状和大小对水流的影响。例如，两个过水断面面 积相同的断面，一个正方形，一个是扁长方形。显然，后 者对水流运动的阻力大，水头损失要大。 原因：扁长方形明渠中液流与固体边界接触周界长。 即使通过相同的流量，面积较小的过水断面，液流通过的 流速较大，水流的阻力及水头损失也大
7 A 1、过水断面的面积 过水断面的面积可根据其形状计算，是反映横向轮廓 的重要因素之一。但仅靠过水断面面积尚不足表征过水断 面几何形状和大小对水流的影响。例如，两个过水断面面 积相同的断面，一个正方形，一个是扁长方形。显然，后 者对水流运动的阻力大，水头损失要大。 原因：扁长方形明渠中液流与固体边界接触周界长。 即使通过相同的流量，面积较小的过水断面，液流通过的 流速较大，水流的阻力及水头损失也大
2、 湿周y 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 力越大，水头损失越大。 两个过水断面的湿周相同，形状不同，过水断面 面积一般不相同，水头损失也就不同。 因此，仅靠湿周也不能表征断面几何形状的影响
8 2、 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 力越大，水头损失越大。 两个过水断面的湿周相同，形状不同，过水断面 面积一般不相同，水头损失也就不同。 因此，仅靠湿周也不能表征断面几何形状的影响
液流边界纵向轮廓对水头损失的影响 因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同 形式的液流：均匀流与非均匀流 液流纵向边界包括：底坡、局部障碍、断面形状沿程 发生变化等。这些影响因素最终归结为液体是均匀流还是 非均匀流。 均匀流： 产生沿程水头损失 非均匀流渐变流：产生沿程水头损失 非均匀急变流：产生沿程和局部水头损失
9 二、液流边界纵向轮廓对水头损失的影响 ——因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同 形式的液流：均匀流与非均匀流。 液流纵向边界包括：底坡、局部障碍、断面形状沿程 发生变化等。这些影响因素最终归结为液体是均匀流还是 非均匀流。 均匀流： 产生沿程水头损失 非均匀流渐变流: 产生沿程水头损失 非均匀急变流: 产生沿程和局部水头损失
3-3均匀流沿程水头损失与切应力的关系 、 关系式的推导 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，作 用在该总流段上有下列各力。 1、动水压力 1-1断面 Fp=AP 2-2断面 Fp2 Ap2
10 一、关系式的推导 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，作 用在该总流段上有下列各力。 1、动水压力 1-1断面 FP1 = Ap1 2-2断面 FP2 = Ap2 3-3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系