流体力学流动阻力和水头损失

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1、内容提要：主要讲解液体处于运动状态下的阻力存在的原因以及能量方程中的水头损失的计算；讨论沿程阻力系数和局部阻力系数与流动边界之间的关系和影响。第四章流动阻力和水头损失FlowResistance&HeadLoss2021/10/181流动阻力和水头损失问题：理想液体和实际液体的区别？有无粘滞性是理想液体和实际液体的本质区别。粘滞性是液流产生水头损失的决定因素。4-1水头损失的物理概念及其分类水头损失：单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。一、分类：根据流动边界情况沿程水头损失局部水头损失第

2、四章流动阻力和水头损失2021/10/182流动阻力和水头损失1、沿程水头(阻力)损失hf定义：水头损失沿程均有并随沿程长度增加。主要由于液体与管壁以及液体本身的内部摩擦，使得液体能量沿程降低。第四章流动阻力和水头损失2021/10/183流动阻力和水头损失特点：1)沿程阻力均匀地分布在整个均匀流流段上；2)沿程阻力与管段的长度成正比。u1u2abcdhfa-bhjbhjahfb-chjchfc-du22/(2g)hw=hf+hju12/(2g)第四章流动阻力和水头损失2021/10/184流

3、动阻力和水头损失2、局部水头（阻力）损失hj定义：局部区域内液体质点由于相对运动产生较大能量损失。特点：能损发生在流动边界有急变的流域及其附近第四章流动阻力和水头损失2021/10/185流动阻力和水头损失常见的发生局部水头损失区域只要局部地区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。第四章流动阻力和水头损失2021/10/186流动阻力和水头损失(1)液体具有粘滞性。(2)由于固体边界的影响，液流内部质点之间产生相对运动。

4、液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。液流产生水头损失的两个条件第四章流动阻力和水头损失2021/10/187流动阻力和水头损失式中：代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和；代表该流段中各种局部水头损失的总和。液流的总水头损失hw第四章流动阻力和水头损失2021/10/188流动阻力和水头损失液流边界几何条件对水头损失的影响1、液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失的影响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。对圆管：第四章流动阻力和水头损失2021/10/189流动阻力和

5、水头损失2、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：均匀流与非均匀流均匀流第四章流动阻力和水头损失2021/10/1810流动阻力和水头损失非均匀流均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可忽略不计，非均匀急变流时两种水头损失都有。第四章流动阻力和水头损失+hj2021/10/1811流动阻力和水头损失二、水头损失的计算公式沿程阻力损失的计算公式为:hf=(l/d)u2/(2g)局部阻力损失的计算公式为:hj=u2/(2g)上述公式是长期工程实践经验

6、的总结，把能量损失的计算问题转化为求阻力系数的问题。这两系数必须借助于典型实验，用经验或半经验方法求得第四章流动阻力和水头损失2021/10/1812流动阻力和水头损失hf与hj的比较：相同：都是由于液体在运动过程中克服阻力而引起不同：沿程阻力主要为“摩擦阻力”；局部阻力主要是因为固体边界形状突然改变，从而引起水流内部结构遭受破坏，产生漩涡，以及局部阻力之后，水流还要重新调整整体结构以适应新的均匀流条件所造成的。第四章流动阻力和水头损失2021/10/1813流动阻力和水头损失4-2雷诺实验——层流与

7、紊流一、雷诺试验第四章流动阻力和水头损失2021/10/1814流动阻力和水头损失第四章流动阻力和水头损失2021/10/1815流动阻力和水头损失层流：各层质点互不掺混紊流：随机脉动的流动过渡流：层流与紊流之间的流动第四章流动阻力和水头损失2021/10/1816流动阻力和水头损失对于等径管，由能量方程知计算公式为：hf=(p1-p2/记录层流与紊流情况下的平均流速u与对应的hf，作u-hf关系曲线。第四章流动阻力和水头损失2021/10/1817流动阻力和水头损失第四章流动阻力和水头损失vcv

8、c2021/10/1818流动阻力和水头损失线段AC及ED都是直线，用表示即层流时适用直线AC，，即m＝1。紊流时适用直线DE，,m＝1.75～2。第四章流动阻力和水头损失vcvc2021/10/1819流动阻力和水头损失临界速度：流态转变时的速度。下临界速度：由紊流转变为层流时的速度vc上临界速度：由层流转变为紊流时的速度vc’实验证明，vc远小于vc’通过正反两种实验情况，雷诺得出如下结果：当v>vc’时，流体作紊流运动；当v