流体流动阻力和水头损失

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1、第四章第四章流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失章节结构§3：伯努利方程阻力损失hw§4.1：阻力产生原因及分类h=h+hwfj§4.2~4.7：沿程水头损失§4.8：局部水头损失22Lvvhf=λh=ζjd2g2gλ：沿程水头损失系数ζ：局部水头损失系数§4.2：λ与流态有关§4.3、4.5：层流流态情形§4.4、4.6、4.7：紊流流态情形第四章流动阻力和水头损失掌握§4.1流动阻力产生的原因及分类一、阻力产生的原因：–外因：1.断面面积及几何形状2.管路长度3.管壁粗糙度–内因：1.运动流体内部质点之间的相互摩擦，产生动量交换。2.运动流体内部指点之间的相互碰撞，产生动量交换。第四章流

2、动阻力和水头损失•外因：1.断面面积及几何形状–面积：A–湿周：χ——过流断面上与流体相接触的固体边界的长度–水力半径：R=A/χ——断面面积和湿周长度之比�求（1）圆管、（2）套管、（3）矩形渠道的水力半径：π2dA4dR===dχπd4第四章流动阻力和水头损失•外因：1.断面面积及几何形状–面积：A–湿周：χ——过流断面上与流体相接触的固体边界的长度–水力半径：R=A/χ——断面面积和湿周长度之比�求（1）圆管、（2）套管、（3）矩形渠道的水力半径：π22D(D−d)A4Dd−dR===χπ(Dd+)4第四章流动阻力和水头损失•外因：1.断面面积及几何形状–面积：A–湿周：χ——过流断面

3、上与流体相接触的固体边界的长度–水力半径：R=A/χ——断面面积和湿周长度之比�求（1）圆管、（2）套管、（3）矩形渠道的水力半径：abbaR=2(ab+)第四章流动阻力和水头损失说明：•单独的面积或者湿周不能作为衡量管道阻力大小的标准。•水力半径可以单独衡量管路水流阻力的大小。水力半径与水流阻力呈反比。即：水力半径越大，阻力越小；水力半径越小，阻力越大。�如下几种矩形管道，水流满管流动，试比较各自的阻力大小。a2a0.5a1.5a0.5aa22A=a2A=aA=0.75aχ=4aχ=5aχ=4aaa3aR=R=R=4516第四章流动阻力和水头损失说明：•单独的面积或者湿周不能作为衡量管道阻

4、力大小的标准。•水力半径可以单独衡量管路水流阻力的大小。水力半径与水流阻力呈反比。即：水力半径越大，阻力越小；水力半径越小，阻力越大。�如下几种矩形管道，水流满管流动，试比较各自的阻力大小。a2a0.5a1.5a0.5aaaa3aR=R=R=4516h

5、察实验，可发现：当管内流速较小时，流体质点有序前进，质点之间以相互摩擦为主，局部障碍处存在质点碰撞；随着管内流速增加，流体质点开始发生碰撞，最终几乎以碰撞为主。流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，流体质点由于相互摩擦所表现出的粘性，以及质点撞击引起速度变化所表现出的惯性，才是流动阻力产生的根本原因。第四章流动阻力和水头损失二、流动阻力及水头损失的分类：根据阻力产生的外部条件的不同，可将流动阻力分为：–沿程阻力：粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗，是液流沿流程直管段上所产生的阻力。–局部阻力：液流中流速重新分布，旋涡中粘性力做功和质点碰撞产生动量交换，是液流经过管路进口、出口、大小头

6、、弯头、闸门、过滤器等局部管件时产生的阻力。与之相对应，管路总水头损失可写为：hw=∑hf+∑hj–沿程水头损失hf：液流因克服沿程阻力而产生的水头损失。–局部水头损失hj：液流因克服局部阻力而产生的水头损失。第四章流动阻力和水头损失掌握§4.2两种流态及其转化标准•水流因流速的不同，有两种不同的流态——层流、紊流。由此导致流体在流动过程中：–断面速度分布规律不同–阻力损失规律不同•因此，要讨论水流流动时的速度分布及阻力损失规律，必须首先对水流流态有所认识并加以判别——雷诺（Reynolds）实验。第四章流动阻力和水头损失一、流态转化演示实验：雷诺（Reynolds）实验•1883年，雷诺（

7、Reynolds）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如图所示。•实验结论1：当流速较小时，各流层流体质点互相平行前进，质点间互不干扰，没有横向位置的交换。流动状态主要表现为质点摩擦——层流流态。第四章流动阻力和水头损失一、流态转化演示实验：雷诺（Reynolds）实验•1883年，雷诺（Reynolds）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如图所示。•实验结论2：当流速较大时，流体质点在运动中有