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1、第第5章章流动阻力与水头损失流动阻力与水头损失本章主要内容：本章主要内容：层流和紊流的特性及判别方法层流和紊流的特性及判别方法沿程水头损失计算沿程水头损失计算局部水头损失计算局部水头损失计算任务：任务：了解流体运动的两种型态了解流体运动的两种型态层流和紊流，掌握均层流和紊流，掌握均匀流匀流沿程水头损失沿程水头损失、非、非均匀流均匀流局部水头损失局部水头损失计算。计算。本章重点：本章重点：沿程水头损失的计算方法。沿程水头损失的计算方法。箍奏舜继天虐捡酉按想树驱裔中柬便疾摆刻浩偷壮要兵稳构贾捉汀选轨吊(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失5-1水头损失的两种形式水头损失的两种形式问题：理
2、想流体和实际流体的区别？问题：理想流体和实际流体的区别？水头损失的物理概念及其分类水头损失的物理概念及其分类水头损失：水头损失：单位重量流体自一断面流至另单位重量流体自一断面流至另一断面所损失的机械能。一断面所损失的机械能。有无粘滞性是理想流体和实际流体的本有无粘滞性是理想流体和实际流体的本质区别。质区别。粘滞性是流体产生水头损失的决定因素。粘滞性是流体产生水头损失的决定因素。晤椰压吃漳笔漳磋胜王崎挎封移晒儿畅隶滚承解鉴恼棵莹酱卜浸莲窄库葬(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失分类分类：(1)沿程水头损失沿程水头损失;(2)局部水头损失。局部水头损失。沿程水头损失沿程水头损失(Fri
3、ctional Head Loss)：水头损失是沿程都有并随沿程长度增加，计为水头损失是沿程都有并随沿程长度增加，计为hf。特点特点：沿流程均匀分布。：沿流程均匀分布。釜抉咋溺斩乞绿港夹脑扎羽嗡拳蛀摧宪倘敢鲤曝猴侍劈泳恤访魏感澄聊宵(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失局部水头损失局部水头损失(Local Resistance)：局部区域内局部区域内流体质点由于相对运动产生较大能量损失。常用流体质点由于相对运动产生较大能量损失。常用hj表示。表示。产生的原因：产生的原因：旋涡区的产生和速度方向以及大旋涡区的产生和速度方向以及大小的变化。小的变化。带愁碗漓尺捉衰芳赞馆抖燎宜糕六啦薪替夸
4、釜英幸渴潜届顷诞恤绵纸清井(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失常见的发生局部水头损失区域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，流体内部结只要局部地区边界的形状或大小改变，流体内部结构就要急剧调整，流速分布进行改组，流线发生弯曲构就要急剧调整，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。并产生旋涡，在这些局部地区就有局部水头损失。 红哪际猿廉萎流鄙窑拒拒策蔑恒西陌赊回源阳幽浸窟抡梢猎炬羡婉游洞列(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失(1)流体具有粘滞性。流体具有粘滞性。(2)由由于于固固体体边边界界的的影影响响，流流体体内
5、内部部质质点点之之间间产产生相对运动。生相对运动。流体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。流体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。流体产生水头损失的两个条件流体产生水头损失的两个条件式中：式中：代表该流段中各分段的沿程水头损代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和；失的总和；代表该流段中各种局部水头损失的代表该流段中各种局部水头损失的总和总和。流体的总水头损失流体的总水头损失hw蓉拈墒霓肺妄互活裤卜名絮疫薛济锑逐侩多源半倔阻解千程恫稗腺渣仁筋(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失流体边界几何条件对水头损失的影响流体边界几何条件对水头损失的影响 一、流体边界横向轮廓的形状和大小对水头损一、流
6、体边界横向轮廓的形状和大小对水头损失的影响失的影响 可可用用过过流流断断面面的的水水力力要要素素来来表表征征，如如过过流流断断面面的的面面积积A、湿周、湿周及水力半径及水力半径R等。等。湿周：湿周：流体过流断面与固体边界接触的周界线。流体过流断面与固体边界接触的周界线。水力半径：水力半径：对圆管：对圆管：A 围笔宋抒像糕萨驭籍霉焊蔫袖爸晰茸略戴硝癌榔私挚拆损商支蒲乒鳃漏诊(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失二、流体边界纵向轮廓对水头损失的影响二、流体边界纵向轮廓对水头损失的影响因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同形式的流体：形式的流体：均匀流与非均匀
7、流均匀流与非均匀流。 均均匀匀流流狠功悬簧磁洋频舷时银画扰字狙沪煽埋笨楚颁频街灌湛卢患浮奴帮捕乳郸(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失非非均均匀匀流流 均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局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。失都有。窝楞锻类懂鲸膝毒圣舶卫刺鉴几针挫不袖悍二腾胆伤键淑钦听簧历糠动吐(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失均匀流沿程水头损失与壁面切应力的关系均匀流沿程水头损失与壁面切应力的关系 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，在管道或明渠均匀
8、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。作用在该总流段上有下列各力。 一、动压力一、动压力 1-1断面断面2-2断面断面hf0p2/gV2/2gV2/2gp1/gz1z2 001122GP1P2l 爸把顾比应怜罚序瓤潜刚畅酌季痒姓谊波蚂投摊兽努鼓笛瑞侵堤明鸟垫泣(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失 二、重力二、重力重力重力: : 三、摩擦阻力三、摩擦阻力 因为均匀流没有加速度，所以因为均匀流没有加速度，所以 即即 将将 代入上式，各项用代入上式，各项用 除之，整理除之，整理后后 刽磺宙理锹娄由膨调犊稽谆韶怯惑雏轻擂杨榔挫旱敞痞据痰聘斯轧闻掉配(5)流动阻力与水头损
9、失(5)流动阻力与水头损失 因断面因断面1-11-1及及2-22-2的流速水头相等，则能量方程的流速水头相等，则能量方程为为有有 因因 故上式可写成故上式可写成 上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。在均匀流中任意取一流束按上述同样方法可求得：在均匀流中任意取一流束按上述同样方法可求得： 盒麓棒笨拈赶惕分坝盾恶苛隘宛玻旱河肇嚷蔽扰屉安女铣举条魄喘格挡合(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失 所以圆管均匀流过流断面上切应力是按直线分所以圆管均匀流过流断面上切应力是按直线分布的，圆管中心的切应力为零，沿半径方向逐渐增布的，圆管中心的切应力
10、为零，沿半径方向逐渐增大，到管壁处为大，到管壁处为 。摹钩汹诌冕伴顿碱融彬兽妹仔猛冻饺荡虎至讲光搐雨盒心褂灯疡尿富次募(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失由实验研究或量纲分析知：由实验研究或量纲分析知： 由此得由此得 对圆管来说对圆管来说 式中式中称为沿程阻力系数，表征沿程阻力大小。称为沿程阻力系数，表征沿程阻力大小。味压赔脂字侣般蹭皆阜攻六英映谤郁琐寥十拾抨牙胸将藉惩渗你萧恳虚处(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失问题：圆管层流流动过流断面上切应力分布为：问题：圆管层流流动过流断面上切应力分布为：A.在过流断面上是常数；在过流断面上是常数；C.管壁处是零，向管轴线性增
11、大；管壁处是零，向管轴线性增大；D.按抛物线分布。按抛物线分布。B.管轴处是零，且与半径成正比；管轴处是零，且与半径成正比；劫生浇雍获赛盘贸糊赎朱绘咳末单茶讽撕稻费名夯务讥尽爱绣皆减契想刀(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失能量损失的计算公式能量损失的计算公式能量损失计算公式用水头损失表达时，为：能量损失计算公式用水头损失表达时，为：沿程水头损失：沿程水头损失：局部水头损失：局部水头损失：用压强损失表达时为用压强损失表达时为像襄蔚阐携弧毗盅刺态摈帐卯址秃蹄校闽沧化栅竭驴翱榨侠并敷粤观侯挂(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失这些公式是长期工程实践的经验总结，其核心这些公式
12、是长期工程实践的经验总结，其核心问题是各种流动条件下无量纲系数问题是各种流动条件下无量纲系数 和和 的计算，除的计算，除了少数简单情况外，主要是用经验或半经验的方法了少数简单情况外，主要是用经验或半经验的方法获得。从应用角度来看，本章主要内容就是获得。从应用角度来看，本章主要内容就是 和和 的的计算，这也就是本章内容的主线。计算，这也就是本章内容的主线。林费磨掠氛服呛庄弟坚门身眼奏睫蝇许刽滴恤歉缎殉惠鲸密庞堡彰唆叉费(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失5-2粘性流体运动的两种流态粘性流体运动的两种流态一、雷诺试验一、雷诺试验师疯豹稗星锤弓宗悸竟饭腔铣珠轩佯避验耙歉差蝎陵徐郡柒盔角迈
13、嘴捣因(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失歉岗坏呻为嘎廖瑶刊胯慨芦簧猾喷错助疟浅谋黎占妄筑猖漫药檬烯捡匝埂(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失试验过程试验过程(1)阀门打开，色线为直线，说明无横向混杂阀门打开，色线为直线，说明无横向混杂运动，称为层流运动，称为层流(Laminer Flow)；(2)阀门开到一定程度，色线出现波动、断裂，阀门开到一定程度，色线出现波动、断裂，说明出现横向运动，为过渡区；说明出现横向运动，为过渡区；(3)阀门继续开大，色线看不到，完全混杂到阀门继续开大，色线看不到，完全混杂到水流中，说明流体质点处于无规则紊动状水流中，说明流体质点处于无规则
14、紊动状态，称为紊流态，称为紊流(Turbulent Flow)；(4)阀门逐渐关闭，流态恢复到层流。阀门逐渐关闭，流态恢复到层流。啄课者莱傻沮赴拷陆舱猾煮漏肯肄呼镍焕任蹦枪杰腕观蹋口骡腆列榜祸浸(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失层流层流过渡流过渡流紊流紊流实验现象实验现象（b）振荡摇摆的波形色线振荡摇摆的波形色线（c）色线破裂扩散色线破裂扩散（a）平稳而鲜明的细色线平稳而鲜明的细色线 层流层流 紊流：紊流： 上临界流速上临界流速 紊流紊流 层流：层流： 下临界流速下临界流速 VcV上上V大大V大大V小小V下下VcV小小痔春谣她亨郑慰地谚橡狠令溉营虏脆章屎嘻无记疥题传旧把赐涂被蔡顿
15、抹(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失层流层流（Laminar Flow） 指在流速较小时，液体质点作有条不紊的有序的直指在流速较小时，液体质点作有条不紊的有序的直线运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不掺混线运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不掺混的流动。的流动。层流遵循层流遵循牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律，粘性抑制或约束质，粘性抑制或约束质点作横向运动。点作横向运动。 特点特点： （1 1）有序性。）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。掺，质点作有序的直线运动。 （2 2）水头损失与流速的一次方成正比。）水
16、头损失与流速的一次方成正比。 （3 3）在流速较小且）在流速较小且雷诺数雷诺数ReRe较小时发生。较小时发生。例：毛细血管中血液流动例：毛细血管中血液流动, ,流速很小的细直管道流动等。流速很小的细直管道流动等。过渡流过渡流（Transitional flow） 是层流与紊流之间的过渡阶段。是层流与紊流之间的过渡阶段。墙城鼠恤爱硼晦葱茧停蹲铺衫瓜蛹娩庸啡茹镣痊狞煮泵分睹蚁轧哇峡煽奏(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失紊流紊流（Turbulent Flow） 亦称湍流，是指随流速增大，流层逐渐不稳定，质亦称湍流，是指随流速增大，流层逐渐不稳定，质点相互混掺，流体质点运动轨迹极不规则的
17、流动。点相互混掺，流体质点运动轨迹极不规则的流动。 例：输油管道，天然河道，大气环流、洋流、动脉例：输油管道，天然河道，大气环流、洋流、动脉中血液的流动等等。中血液的流动等等。特点特点： （1 1）无序性、随机性、有旋性、混合性。）无序性、随机性、有旋性、混合性。 （2 2）水头损失与流速的）水头损失与流速的1.752次次方成正比。方成正比。 （3 3）在流速较大且雷诺数较大时发生。）在流速较大且雷诺数较大时发生。 紊流是工程实践中最常见的一种流动，紊流微团不紊流是工程实践中最常见的一种流动，紊流微团不仅有横向脉动，而且有相对于流体总运动的反向运动，仅有横向脉动，而且有相对于流体总运动的反向运
18、动，紊流中质点运动要素具有随机性，流速的大小方向随机紊流中质点运动要素具有随机性，流速的大小方向随机变化，没有两个流体质点可以沿着同样的、甚至相似的变化，没有两个流体质点可以沿着同样的、甚至相似的路径运动。紊流就是压力表指针不断摆动的原因。路径运动。紊流就是压力表指针不断摆动的原因。 伸郑箩淤胶昆沧溺惑伎淡遗敬漱宅鸦惦疆寓韵苏弊瞅瞻矗辫斑切罩使磅实(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失实验结论：实验结论：若观察流态的同时，测若观察流态的同时，测出不同出不同qV(不同不同V)下的水下的水头损失头损失hf，绘制，绘制lghf和和lgV的关系曲线。的关系曲线。镰曰姑鸭诸首椿嘉恍姻敞和革噶睫
19、瞄禹爹州早锋喜剥擂翰孜辫绰沂睬断志(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失实验曲线分为三部分：实验曲线分为三部分：（1）AB段：当段：当c时，时，流动是紊流。流动是紊流。（3）BD段：当段：当c时，紊流核心不受粗糙凸起影响，称为时，紊流核心不受粗糙凸起影响，称为水力水力光滑管光滑管(hydraulic smooth wall)。当当时时,称为称为水力粗糙管水力粗糙管(hydraulic rough wall)。绝对粗糙度绝对粗糙度：管道壁面是粗糙不平的，凸起的粗糙：管道壁面是粗糙不平的，凸起的粗糙物的平均高度物的平均高度称为壁面的绝对粗糙度。称为壁面的绝对粗糙度。相对粗糙度相对粗糙度：
20、绝对粗糙度：绝对粗糙度与管道直径的比值与管道直径的比值。蛤发挪忽焙蛔极仆帖痰狡短做总戚杰术酮颊售毫罕忌即苇盛溯隧隋敝纷九(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失二、二、粘性底层粘性底层1.粘性底层的流速分布粘性底层的流速分布由牛顿内摩擦定律：由牛顿内摩擦定律：得得则则式中：式中：u*摩阻流速。摩阻流速。 结论：粘性底层中的流速随结论：粘性底层中的流速随y呈线性分布。呈线性分布。者掌就栋花铸叠墩赎匀志闸给雷弄拎最馆孽鸦中疼蒜蒜仆郧锁累亡飞藏沙(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失2.粘性底层厚度粘性底层厚度说明说明:（1）粘性底层厚度很薄，一般只有十分之几毫米。）粘性底层厚度很
21、薄，一般只有十分之几毫米。（2）当管径）当管径d相同时，随着液流的流动速度增大，相同时，随着液流的流动速度增大，雷诺数增大，粘性底层变薄。雷诺数增大，粘性底层变薄。苫赘窝辩折镣蔷揭广哎发爪纶载倘概乙着倘咋帘忙鸣比沁访秦败圾携人把(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失3.圆管壁面水力特性圆管壁面水力特性根据粘性底层厚度根据粘性底层厚度0与管壁的粗糙度与管壁的粗糙度的关系，的关系，在不同的在不同的Re流动状态下，任一圆管的壁面均可能流动状态下，任一圆管的壁面均可能呈现下列三种水力状态：呈现下列三种水力状态：水力光滑管水力光滑管水力粗糙管水力粗糙管 水力过渡管水力过渡管：介于水力光滑管区与
22、水力粗糙管区：介于水力光滑管区与水力粗糙管区之间的区域的紊流阻力受粘性和紊动同时作用。之间的区域的紊流阻力受粘性和紊动同时作用。困颧谨蓄嚣取砒茄窍唉柜虾牧店乳曼蝶嗜禁尺崖禽帧沉郊偏聋辉嚎琵希浮(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失三、紊动使流速分布均匀化三、紊动使流速分布均匀化紊流中由于流体质点相互混掺，互相碰撞，因而紊流中由于流体质点相互混掺，互相碰撞，因而产生了流体内部各质点间的动量传递，造成断面流产生了流体内部各质点间的动量传递，造成断面流速分布的均匀化。速分布的均匀化。棉抑喊钝缆隔函佳宏晾噶挪双耽廓翌底毒笛膊殆泰纹滑埃廷求协脆影隘附(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头
23、损失目前管道中常用的紊流流速分布的表达式：目前管道中常用的紊流流速分布的表达式：1、流速分布的指数公式、流速分布的指数公式当当Re105,n=1/8，1/9，1/10据具体情况而定。据具体情况而定。2、流速分布的对数公式、流速分布的对数公式门外坐炬谈腹墒良眩茁攫购希柑肾尔推嚷守丹漱祭视绵关烬讹蛰短喳霄畴(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失3、尼古拉兹管道流速分布公式、尼古拉兹管道流速分布公式(1)光滑管光滑管(2)粗糙管粗糙管掣殴学筛欲棠捧榷乓弗撇絮蔓覆拾圭友骨岸驯诈吵粗垂裔拦衰铬淋萧宜清(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失5-7沿程阻力系数的变化规律沿程阻力系数的变化
24、规律 一、尼古拉兹实验、尼古拉兹实验 尼古拉兹为探讨紊流沿程阻力的计算公式，用不同尼古拉兹为探讨紊流沿程阻力的计算公式，用不同粒径的人工砂粘贴在不同直径的管道的内壁上，用不同粒径的人工砂粘贴在不同直径的管道的内壁上，用不同的流速进行一系列试验。的流速进行一系列试验。3.60.21.00.50.86.0lg(100 )d/ =30601202525041014a ab bc cd de ef flgRed厅芒什妇衰次迟萧样烬锡柴涣峙六枷穆铆畅揉陋栖真叙仰摈簇揍咱徒革隅(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失实验曲线如图，实验曲线如图，可分为可分为5区：区：（1）ab线：层流区线：层流区与
25、与无关无关（2）bc线，层流到紊流的过渡区。线，层流到紊流的过渡区。（3）cd线，水力光滑区：线，水力光滑区：，也与，也与无关无关3.60.21.00.50.86.0lg(100 )d/=30601202525041014a ab bc cd de ef flgRe挖宙崔翔睫霓潦哉努叛耘亏胯固窘淋疙永围捅春翘部惶瘫为幻崖攻韭览浚(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失布拉休斯公式布拉休斯公式卡门卡门普朗特公式普朗特公式（4）cd与与ef之间，过渡粗糙区之间，过渡粗糙区(/0=0.46)：可用经验公式计算可用经验公式计算柯列布鲁克公式柯列布鲁克公式隔邻谱贤棵儡婿姚麻纬坡金忠充棠侮诱罕余原
26、炕眺执瓶芳愚浅民咆桑莽微(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失（5）ef右侧水平线族，水力粗糙区右侧水平线族，水力粗糙区(/06)：值仅与粗糙度有关值仅与粗糙度有关。管流的沿程水头损失与速。管流的沿程水头损失与速度的平方成正比，所以此区也称为阻力平方区。度的平方成正比，所以此区也称为阻力平方区。此区常用经验公式有：此区常用经验公式有：尼古拉兹公式尼古拉兹公式溶胃枢蛾役泻噬娱珠娜锚羔睬山濒删泥伎戮恃氮销看脯腆层屏判璃陡豺忘(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失二、莫迪图二、莫迪图(Moody)淄吸凑嫁础慌几或感钳养伟惦幽瞪鹿筋拄炼爱破仍杯副辖痹贺郸拓锌束泥(5)流动阻力与水头
27、损失(5)流动阻力与水头损失从穆迪图上可看到，当从穆迪图上可看到，当Re 数达到足够大后，管数达到足够大后，管道流动进入完全粗糙区时，阻力系数保持常数，与道流动进入完全粗糙区时，阻力系数保持常数，与Re无关，而仅与粗糙度有关。无关，而仅与粗糙度有关。问题问题1.工业管道的沿程阻力系数工业管道的沿程阻力系数，在过渡粗糙区随雷诺，在过渡粗糙区随雷诺数的增加而：数的增加而：A.增加增加C.不变不变2.有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径d,长度长度l，边界粗糙度均相等时，运动粘度，边界粗糙度均相等时，运动粘度油油水水，若两，若两管的雷诺数相等，则沿程水
28、头损失：管的雷诺数相等，则沿程水头损失：B.减小减小A.hf油油=hf水水C.hf油油hf水水扭蔽黄咙乃巧即储卿蕊亏卒琐娥类密峪阿充幽咬表走鸵庙往结悔被心鹤祁(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失例例沿沿d=200mm、L=3000m的无缝钢管的无缝钢管(=0.2mm)输送输送石油。已知石油。已知qv=27.810-3m3/s，油的运动粘度在冬季，油的运动粘度在冬季w=1.09210-4m2/s，夏季，夏季s=0.35510-4m2/s。试求沿程。试求沿程损失损失hf。解解管中油的流速为管中油的流速为(1)冬季冬季流动为层流，因此流动为层流，因此做婆藩泽卸志冶吸粉矩沼汲善猪砸醇牡眩盗
29、矫玉穿听万念粉更邮拭碗但旨(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失(2)夏季夏季又又即即所以流动处于紊流水所以流动处于紊流水力光滑区。力光滑区。脆修藉扬弧栓来棉湿哗较骋狡娟扔闺宇驻订碾琢酱豁彼萤丹畜众然晋茎硅(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失三、计算沿程水头损失的经验三、计算沿程水头损失的经验公式公式谢才公式谢才公式 对于阻力平方区广泛采用谢才公式来计算水头损失：对于阻力平方区广泛采用谢才公式来计算水头损失：谢才系数谢才系数C与与的关系：的关系：析坟干弥窍雏厄剐诀友啦症颐留沃龙底聊墒顾钦吕稀骆表鞘朵阶瞻婉字小(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失两个常用的计算谢
30、才系数的公式：两个常用的计算谢才系数的公式： 1、曼宁公式、曼宁公式 2、巴甫洛夫斯基、巴甫洛夫斯基式式中中n为为粗粗糙糙系系数数，也也称称糙糙率率，是是表表征征边边界界表表面面影影响水流阻力的各种因素的一个综合系数。响水流阻力的各种因素的一个综合系数。伯沿硫银耸责蛙格糟漾座先柜镣棠漫嗡恨恶急辙豌行医阵占务唉饺咀疗妇(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失例例：在管径在管径d=100mm，管长，管长l=300m的圆管中，流的圆管中，流动着的水动着的水t=100c，其雷诺数，其雷诺数Re=80000，试分求下列三，试分求下列三种情况下的水头损失：种情况下的水头损失：1.管内壁为管内壁为=
31、0.15mm的均匀砂粒的人工粗糙管。的均匀砂粒的人工粗糙管。2.为光滑铜管（即流动处于紊流光滑区）。为光滑铜管（即流动处于紊流光滑区）。3.为工业管道，其当量糙粒高度为工业管道，其当量糙粒高度=0.15mm。昨澈局甩窟傲供蠕碍棚怜辊恋肩缅驮辽挑雷彰夫营疫懈休平夷绎瞬旬壶七(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失解：（解：（1）=0.15mm的人工粗糙管的水头损失：的人工粗糙管的水头损失：根据根据Re=80000、/d=0.0015，查图得：，查图得： =0.022，t=100c时，时，运皂垮忌钒手涵标喀振妒师企阜碗垂级菲牺舀疆淬探圃单统走耐橡盒脓伺(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力
32、与水头损失（2）光滑黄铜管）光滑黄铜管当当Re2300时为紊流。时为紊流。3.均匀流的沿程水头损失与壁面切应力的关系均匀流的沿程水头损失与壁面切应力的关系0=gRJ4.圆管层流流速分布：呈旋转抛物面圆管层流流速分布：呈旋转抛物面最大流速：最大流速：断面平均流速：断面平均流速：胀拽职沾兄恨桶玫腰梨祖俭媚条哼始琼氰扣恕缓哪美老数酒熬睡丢秦沥寨(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失圆管层流的沿程水头损失系数：圆管层流的沿程水头损失系数：=64/Re 5.紊流特点：无序性、耗能性、扩散性。紊流特点：无序性、耗能性、扩散性。时均化处理紊流。瞬时流速时均化处理紊流。瞬时流速=时均流速时均流速+脉
33、动流速脉动流速6.紊流切应力：紊流切应力：7.紊流流速分布紊流流速分布a.粘性底层：粘性底层：，线性分布，线性分布b.紊流核心区：紊流核心区：，对数分布，对数分布喳缠清训蝗洛葫刊椎辜桓换瞪燃暴聘铰掠禾曾动簇寅拥淌鹊限肄岁袭从烦(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失指数分布指数分布8.沿程阻力系数沿程阻力系数的求解：的求解：a.尼古拉兹曲线。根据尼古拉兹曲线。根据与与,Re的关系，将整个流区的关系，将整个流区分为分为5个区（层流、层流向紊流过渡区、水力光滑区、个区（层流、层流向紊流过渡区、水力光滑区、水力光滑区向水力粗糙区的过渡区、水力粗糙区）。水力光滑区向水力粗糙区的过渡区、水力粗糙
34、区）。b.谢才公式：谢才公式：曼宁公式：曼宁公式：9.边界层的特点：边界层的特点：边界层厚度为一有限值；边界层厚度沿程增加；边界边界层厚度为一有限值；边界层厚度沿程增加；边界层分层流边界层和紊流边界层。层分层流边界层和紊流边界层。10.局部水头损失局部水头损失掖丽灭友季诞滇啦排曝美锣庙椅书汹主洼琵万篇酝腻宁沮孺仲萄五肋啄延(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失通通知知请全体同学于当天请全体同学于当天准时到达准时到达水力学实验室，并预习水力学实验室，并预习实验指导书。实验指导书。(每组每组20人人)时时间间项项目目13周周周周四上午四上午14周周四周周四上午上午15周周周周四上午四上午
35、静水压力实验静水压力实验第第1组组第第2组组第第3组组皮托管测流速皮托管测流速第第2组组第第3组组第第1组组阻力系数测定阻力系数测定第第3组组第第1组组第第2组组囊抖株稍摄芭咙堕获掸鼎拭傅禹迁影好筑萍弊枝垂强酬禽经洪克异版语子(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失测测 试试 题题一、选择题一、选择题1.恒定流是：恒定流是：（a）流动随时间按一定规律变化；（）流动随时间按一定规律变化；（b）流场中任意空间点上的运动要素不随时间变化；（流场中任意空间点上的运动要素不随时间变化；（c）各）各过流断面的速度分布相同。过流断面的速度分布相同。2.一元流动是：一元流动是：（a）均匀流；（）均匀流
36、；（b）速度分布按直线变）速度分布按直线变化；（化；（c）运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数。）运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数。3.均匀流是：均匀流是：（a）当地加速度为零；（）当地加速度为零；（b）迁移加速度）迁移加速度为零；（为零；（c）合加速度为零。）合加速度为零。疡掸隘浮言传峙象氮锅替晕孜电杭谁秤龄罚先撩间屎猛隘褥钎舀州诚碧陀(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失4.变直径管，直径变直径管，直径d1=320mm，d2=160mm，流速，流速v1为为1.5m/s，v2为：为：（a）3m/s；（b）4m/s；（c）6m/s；（d）9m/s。5.等直径水管，等直径水管，
37、A-A为过流断面，为过流断面，B-B为水平面，为水平面，1、2、3、4为面为面上各点，各点的运动物理量有以上各点，各点的运动物理量有以下关系：下关系：（a）p1=p2；（；（b）p3=p4；d d1 1d d2 2B BB BA AA A1 12 24 43 3（c）；（d）尹比支湿柬睦帘袖稗同梭扭肆卧栈葵砷意恭涅眯藐叛砷崖媚挖隐窿挖棘钉(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失6.伯努利方程中伯努利方程中表示表示:（a）单位重量流体具）单位重量流体具有的机械能；（有的机械能；（b）单位质量流体具有的机械能；（）单位质量流体具有的机械能；（c）单位体积流体具有的机械能；（单位体积流体具有
38、的机械能；（d）通过过流断面流体的）通过过流断面流体的总机械能。总机械能。7.水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系：强，有以下关系：（a）p1p2；（；（b）p1=p2；（；（c）p1p2。烙诉将铭惦砂挎冒塔套小梗择狗锦陕绞峻悬铃右郭肘茹淖越雷骨监瓮曳煞(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失8.粘性流体测压管水头线的沿程变化是：粘性流体测压管水头线的沿程变化是：（a）沿程下）沿程下降；（降；（b）沿程上升；（）沿程上升；（c）保持水平；（）保持水平；（d）前三种情况）前三种情况都有可能。都有可能。二、计算题二、
39、计算题1.已知流速场已知流速场ux=2t+2x+2y，uy=t-y+z，uz=t+x-z。求流。求流场中场中x=2，y=2，z=1的点在的点在t=3时的加速度。时的加速度。2.已知流速场已知流速场ux=xy3，uy=-y3/3，uz=xy，试判断该流动，试判断该流动为恒定流还是非恒定流？均匀流还是非均匀流？为恒定流还是非恒定流？均匀流还是非均匀流？导轩肯戒讫袒渭泊乖顽拙臻跟水耕逸英相愚肌钩紊饮散烧咕皿喉渐蜕谐呢(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失3.不可压缩流体，下面的运动是否满足连续性条件不可压缩流体，下面的运动是否满足连续性条件（1）ux=2x2+y2,uy=x3-x(y2-2
40、y)；（2）ux=xt+2y,uy=xt2-yt（3）ux=y2+2xz,uy=-2yz+x2yz,uz=-x2z2/2+x3y44.水在变直径竖管中流动，已知粗管直径水在变直径竖管中流动，已知粗管直径d1=300mm,流速流速v1=6m/s,为使两断面为使两断面的压力表读数值相同。试求细管直径的压力表读数值相同。试求细管直径（水头损失不计）。（水头损失不计）。处跨妹截告碾茄痈监霓驮担吸斤怎筏吮柬酋墓杠宠咎癸迪淡笋炎月紫毙士(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失5.水由喷管射出，已知流量水由喷管射出，已知流量Q0.4m3/s,主管直径主管直径0.4m喷口直径喷口直径0.1m，水头损失
41、不计，求水作用在喷嘴上，水头损失不计，求水作用在喷嘴上力。力。6.水自喷嘴水平射向一与其交角成水自喷嘴水平射向一与其交角成60的光滑平板上的光滑平板上（不（不计摩擦阻力）。摩擦阻力）。喷嘴出口直径嘴出口直径d=25mm，流量，流量Q=33.4L/s。试求射流沿平板向两求射流沿平板向两侧的分流流量的分流流量Q1与与Q2以及射流以及射流对平板的作用力平板的作用力R，水，水头损失忽略不失忽略不计。盼辞俯势豆联僚始拖巳桅撅间拥轧镐珠阁绢圈袖灼犁狄蒜嫌懈莆岛诚匪茂(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失7.7.有一铅直安设的输水管道，管有一铅直安设的输水管道，管径径d=0.02m,d=0.02m
42、,长长L=20mL=20m的管段两的管段两端空气压差计读数为端空气压差计读数为h=0.15mh=0.15m，水的运动粘度水的运动粘度 =10=10-6-6m m2 2/s/s，并测并测得管道流量为得管道流量为0.314 L/S0.314 L/S。（1 1）求管壁及离管壁）求管壁及离管壁0.005m0.005m处受到的水流切应力？处受到的水流切应力？（2 2）该管段的沿程水头损失？）该管段的沿程水头损失？（3 3）该管段的沿程阻力系数）该管段的沿程阻力系数 ？（4 4）判别流态。）判别流态。（5 5）如流向相反，而数据大小不变，）如流向相反，而数据大小不变，则（则（1 1）- -（4 4）的解答有何异同？）的解答有何异同？h=0.15mh=0.15mL=20md=0.02mh=0.15mh=0.15mL=20mL=20md=0.02m便掂蛾睁盂钎橱雷敲拇膏凿告唯铜夷割裤忍诀悟食尚来倚灶栈彰星辽瘪剁(5)流动阻力与水头损失(5)流动阻力与水头损失
