第四章流动型态与水头损失 任何实际液体都具有粘性,粘性的存在会使液流具有不同于理想流体的流速 分布,并使相邻两层运动液体之间、液体与边界之间除压强外还相互作用着切向 力(或摩擦力),此时低速层对高速层的切向力显示为阻力。而克服阻力作功过程 中就会将一部分机械能不可逆地转化为热能而散失,形成能量损失。单位重量液 体的机械能损失称为水头损失( Head Loss 本章主要研究恒定流的阻力和水头损失规律,它是水动力学基本理论的重要 组成部分。首先,从雷诺实验出发介绍流动的两种型态—一层流和紊流。然后着 重对两种流态的内部机理进行分析,并在此基础上引出液体在管道和明渠内流动 时水头损失的计算。对于与损失密切相关的边界层理论和绕流阻力仅作了概念性 的简介。 84-1水流阻力与水头损失的两种型式 液流边界不同,对断面流速分布有一定影响,进而影响流动阻力(Flow Resistance)和水头损失。为了便于计算,水力学一元分析法根据流动边界情况, 把水头损失h分为沿程水头损失( Friction Head Loss)/和局部水头损失( Local Head Loss两种型式。 沿程阻力和沿程水头损失 当流动的固体边界使液体作均匀流动时,水流阻力中只有沿程不变的切应力 称为沿程阻力(或摩擦力:克服沿程阻力作功而引起的水头损失则称为沿程水头 损失,以表示。沿程阻力的特征是沿流程连续分布,因而沿程损失的大小与流 程的长短成正比。由伯诺里方程得出均匀流的沿程水头损失为 PI 此时用于克服阻力所消耗的能量由势能提供,从而总水头线坡度J沿程不变,总 水头线是一条直线。 当液体作较接近于均匀流的渐变流动时(如明渠渐变流),水流阻力虽已不是 全部但却主要为沿程阻力,此时沿程阻力的大小如同流速分布一样,沿程发生变 化。可将十分接近的两过水断面之间的渐变流动看作是均匀流动,并引用均匀流 的沿程水头损失计算公式,实践表明是完全可以的。在第七章中计算明渠渐变流第四章 流动型态与水头损失 任何实际液体都具有粘性，粘性的存在会使液流具有不同于理想流体的流速 分布，并使相邻两层运动液体之间、液体与边界之间除压强外还相互作用着切向 力(或摩擦力)，此时低速层对高速层的切向力显示为阻力。而克服阻力作功过程 中就会将一部分机械能不可逆地转化为热能而散失，形成能量损失。单位重量液 体的机械能损失称为水头损失(Head Loss)。 本章主要研究恒定流的阻力和水头损失规律，它是水动力学基本理论的重要 组成部分。首先，从雷诺实验出发介绍流动的两种型态——层流和紊流。然后着 重对两种流态的内部机理进行分析，并在此基础上引出液体在管道和明渠内流动 时水头损失的计算。对于与损失密切相关的边界层理论和绕流阻力仅作了概念性 的简介。 §4-1 水流阻力与水头损失的两种型式 液流边界不同，对断面流速分布有一定影响，进而影响流动阻力(Flow Resistance)和水头损失。为了便于计算，水力学一元分析法根据流动边界情况， 把水头损失 hw 分为沿程水头损失(Friction Head Loss)hf 和局部水头损失(Local Head Loss)hj 两种型式。 1．沿程阻力和沿程水头损失 当流动的固体边界使液体作均匀流动时，水流阻力中只有沿程不变的切应力， 称为沿程阻力(或摩擦力)；克服沿程阻力作功而引起的水头损失则称为沿程水头 损失，以 hf 表示。沿程阻力的特征是沿流程连续分布，因而沿程损失的大小与流 程的长短成正比。由伯诺里方程得出均匀流的沿程水头损失为         − +         = = +   2 2 1 1 p z p h hw z f 此时用于克服阻力所消耗的能量由势能提供，从而总水头线坡度 J 沿程不变，总 水头线是一条直线。 当液体作较接近于均匀流的渐变流动时(如明渠渐变流)，水流阻力虽已不是 全部但却主要为沿程阻力，此时沿程阻力的大小如同流速分布一样，沿程发生变 化。可将十分接近的两过水断面之间的渐变流动看作是均匀流动，并引用均匀流 的沿程水头损失计算公式，实践表明是完全可以的。在第七章中计算明渠渐变流