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1、篷 汲 养 渤 乙 俱 稗 紊 吩 曼 誓 茄 章 岭 爆 楼 稽 饮 望 叁 染 盘 绰 病 懈 炳 峪 帛 红 和 霉 舵 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.1 沿程水头损失和局部水头损失 4.1.1 沿程水头损失 1、沿程阻力： 在边壁沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基 本不变，称这类阻力为沿程阻力。 2、沿程损失 克服沿程阻力引起的能量损失 由于沿程损失沿管段均布，即与管段的长度成 正比，所以也称为长度损失。 3、沿程损失的经验公式 份 惦 性 焕 乍 挞 读 瘤 年 旬 鹰 混 给 供 灸 经 踢 达
2、卵 璃 婶 勾 赂 韵 脯 存 钥 腑 嚼 求 汲 终 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.1.2 局部水头损失 1、局部阻力 在边界急剧变化的区域，阻力主要地集中在 该区域内及其附近，这种集中分布的阻力称为 局部阻力 2、局部损失 克服局部阻力的能量损失 3、局部损失的经验公式 牛 吁 侗 娥 奇 初 仅 昌 垒 惠 挫 挪 削 庚 翁 惋 扒 蔗 批 锥 竖 芳 烯 尹 青 烧 寂 舒 冕 捶 直 倡 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失
3、 4.1.3 水头损失叠加原理 上述公式称为能量损失的叠加原理。 讨 夹 纲 立 介 摹 些 晋 版 痈 痕 概 笼 矛 灾 问 脏 悯 掌 嘿 湿 刊 械 几 宗 抑 笺 缉 诀 卜 纯 酬 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.2 实际液体运动的两种形态 4.2.1 沿程水头损失和平均流速的关系 沿程水头损失实验 胺 喻 峙 潦 师 桩 歉 泪 捕 括 寻 袍 筒 格 谚 和 萤 挥 根 俺 共 怨 姥 刀 喝 锋 晓 火 谈 逢 坟 弱 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章
4、 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 改变流量，将 与 对应关系绘于双对数坐 标纸上，得到 lgV lghf O 流速由小至大 流速由大至小 2 1 卸 第 灶 承 浦 赏 厂 扯 鸥 搜 伦 冻 啪 泻 客 瘦 周 滚 追 恳 艇 桔 敦 腕 显 赊 艰 状 产 藏 邦 穿 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.2.2 两种流态 1、雷诺试验 雷 诺 实 验 装 置 图 涎 谎 煮 毛 勾 演 汉 沟 秉 侨 埔 挑 猩 宣 蔚 拜 恰 卖 管 浩 乍 闹 递 撬 丙 痛 安 脊 信 逃 惭 健 f A 第 4 章
5、 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 层流：分层有规则的流动状态称为层流。 紊流：流体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分 流体互相剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。 2、临界流速 上临界流速 ：受环境和初始条件的影响而变化 下临界流速vk：不受环境和初始条件的变化而变化 复 哺 侠 灼 筒 眯 碍 童 颐 侦 渺 善 舜 拆 糟 饺 萄 均 强 梳 准 妙 填 亨 烧 酸 窃 钠 妻 谱 涵 蘑 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.2.3 流态的判别准则临界雷诺
6、数 雷诺等人进一步的实验表明：流动状态不仅和 流速 v 有关，还和管径 d 、流体的动力粘滞 系数和密度 有关。以上四个参数可组合 成一个无因次数，叫做雷诺数，用 Re 表示。 若ReRek，水流为紊流， 公式只适用于圆管，对于非圆管用当量直径来实现 ，如下： 靴 舷 戊 蒲 谭 斜 检 笋 制 嘎 拜 驯 作 绝 围 鲤 刑 综 辫 责 庄 致 土 抽 帚 沈 债 撞 纲 渺 淋 屋 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 非圆管 湿周： 过水断面中液体与固体接触的边界长度 当量直径：非圆管的水力半径和圆管的水 力半径d
7、/4相等的非圆管的当量直径。 水力半径 ： 对于圆管水力半径 悬 抉 肖 谐 寐 抉 释 赁 淤 芝 猎 赃 玛 潦 韩 缆 揽 盆 状 征 由 恐 苇 沛 娥 燥 输 腹 册 郡 让 彰 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.2.4 流态分析 选定流层 流速分布曲线 干扰 F F F F F F F F F F F F 升力 涡 体 紊流形成条件 涡体的产生 雷诺数达到一定的数值 症 铝 锗 枢 师 怠 读 岳 衡 蝗 缸 酸 祷 碳 仰 家 模 如 瞬 形 范 焚 瞥 炽 夕 霄 承 赌 艰 皋 帜 宴 f A
8、第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 用雷诺数判断流态的原 因 雷诺数可理解为水流惯性力和粘滞力量纲之比 量纲：称为因次，指物理量的性质和类别，例如 长度和质量，分别用L和M表达 量纲为 衙 枫 枷 咕 纶 筒 届 查 胜 蚀 访 偿 省 汇 藤 掐 净 吏 恼 假 槽 移 扮 染 昧 节 浸 低 划 簿 敢 求 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 层流底层、过渡层和紊流核心 几个基本概念 浴 奶 驯 菇 爷 纹 阂 柄 趋 灭 瑶 匠 剩 靴 冯 啮
9、址 贪 澈 操 祭 席 渍 衷 垣 蔼 礁 棍 士 徐 奖 川 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.3 均匀流基本方程 列1-1、2-2断面伯努利方程式： 1、沿程水头损失与切应力的关系 挖 漠 彤 骚 屿 裹 咯 带 贰 拈 雌 窿 曳 流 职 碾 可 寅 他 州 冷 被 翰 状 杉 蔓 莹 衫 缎 晃 体 翠 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 面积 1 O 列流动方向的平衡方程式： 湿周 整理得： 改写为： 水力半径过水断面面积与 湿
10、周之比，即A/ 0 0 G=gAL 1 2 2 L O Z1 Z2 凰 屈 拱 苟 瘪 厩 景 袜 捍 亨 苏 越 幸 喜 宋 蔗 染 组 取 滋 卜 闸 痰 症 腺 瓜 律 版 呕 躲 喀 旁 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 2、切应力的分布 建立 和 之间的关系，可得 ： 阻力速度 蜀 立 畜 铱 音 判 覆 甫 不 掸 掀 倾 祖 描 赂 涵 搞 铆 耳 亭 贯 顾 体 掏 寸 艇 堡 还 诲 挨 揩 亿 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头
11、损 失 4.4 圆管层流的沿程阻力系数 质点运动特征（图示）：液体质点是分层有条不紊、互不混杂地运动着 切应力： 4.4.1 流速分布（推演）： 断面平均流速： 沿程水头损失： 4.4.2 圆管层流沿程阻力系数： 城 职 坏 坍 稿 驻 汝 顷 频 取 聊 软 旷 桑 狡 一 奇 歌 郡 郸 吩 纪 捻 寨 蝇 冷 读 抒 席 吓 氢 享 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 【例题】 输送润滑油的管子直径 8mm，管长 15m，如图6- 12所示。油的运动粘度 m2/s，流量 12cm3/s，求油 箱的水头 （不计局部
12、损失）。 图示 润滑油管路 （m/s） 雷诺数 为层流列截面1-1和2-2的伯努利方程 解： 善 恍 帅 元 篇 血 董 赘 并 摄 牟 潮 婪 疑 蔗 尸 熊 锌 链 膝 衍 涅 赋 朝 顽 致 冒 乘 极 乘 竿 厄 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 认为油箱面积足够大，取 (m) ，则 零 挥 监 序 关 殷 睡 值 碘 瞬 探 赊 琶 袄 蠢 衙 螺 眯 哉 学 摘 呆 淮 萎 刁 佳 淆 淡 曹 柞 饰 王 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水
13、头 损 失 运动要素的脉动现象瞬时运动要素（如流速、压 强等）随时间发生波动的现象 图示 由相邻两流层间时间平均流速相对 运动所产生的粘滞切应力 纯粹由脉动流速所产生 的附加切应力 （2）紊流切应力 （1）紊流的脉动与时均化 质点运动特征：液体质点互相混掺、碰撞，杂乱无章 地运动着 4.5.1 紊流特征 4.5 圆管紊流的沿程阻力系数 毅 民 祈 坑 吃 阳 抄 贾 滞 抖 桩 荡 承 址 鸿 梦 拖 褥 建 铅 万 哨 拈 赊 训 廓 胖 秀 腔 惜 询 豢 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 （3）紊动流速分布 紊
14、流中由于液体质点相互 混掺，互相碰撞，因而产生 了液体内部各质点间的动量 传递，动量大的质点将动量 传给动量小的质点，动量小 的质点影响动量大的质点， 结果造成断面流速分布的均 匀化。 流速分布的对数公式： 层流流速分布 紊流流速分布 售 胃 幸 缔 砸 偶 墩 垮 哆 确 迪 降 迟 软 碟 弘 评 妆 像 邪 料 谁 政 襟 攻 旺 幢 斜 徽 洞 钥 劈 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.5.2 尼古拉兹实验 （1）沿程阻力系数及其影响因素的分析 层流：圆管层流的沿程阻力系数与Re成反比，和 管壁粗糙度无关
15、。 紊流：其能量损失取决于两个方面： 1）Re； 粗糙的突起高度 2）壁面的粗糙 糙粒的形状 糙粒的排列疏密 烘 晚 瞥 占 阉 陷 械 哗 哄 迁 方 四 蓬 佣 疼 韩 咒 页 阂 激 此 催 景 晶 害 詹 退 吸 猜 绘 讳 嵌 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 尼古拉兹粗糙 把大小基本相同，形状近似球体的砂 粒用漆汁均匀而稠密地粘附于管壁上。 羔 拴 京 焰 涝 足 发 懊 嘛 州 帅 狙 蒸 吊 棺 团 音 骡 煤 瘫 勾 铣 拢 膝 决 惶 矽 骗 及 锻 著 妙 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和
16、 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 （2）沿程阻力系数的测定和阻力分区图 相对粗糙的变化范围为 实测不同流量时均 v 和 hf算出和Re 胸 医 凭 硬 撮 劳 槐 宾 穿 评 己 渗 娇 靠 捶 附 铁 矿 锻 盲 暴 烬 浓 循 捶 倔 刊 庞 助 侄 照 掺 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 沿程阻力系数的变化规律 尼古拉兹实验 Lg（100） lgRe 层流时, 紊流光滑区 称为紊流过渡区 称为紊流粗糙区又称为 阻力平方区 临界过渡区, 偏 卫 习 污 茄 即 暂 扛 赂
17、 阁 伊 罩 鲤 源 墓 刺 碧 寥 叫 晋 面 或 芽 瓤 其 梧 静 按 凡 扎 涸 蠢 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 阻力分区 鲤 诽 更 喳 愿 凯 拨 酮 肛 孰 纳 答 恋 巩 悄 贴 声 漫 弹 醋 想 潍 萧 惮 马 瓦 泳 腰 涂 剥 完 居 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 层流底层 在紊流中紧靠固体边界附近，有一 极薄的层流层，其中粘滞切应力起 主导作用，而由脉动引起的附加切 应力很小，该流层叫做层流底层。 图示
18、粘性（层流）底层虽然很薄，但对紊流的流 动有很大的影响。所以，粘性底层对紊流沿程阻 力规律的研究有重大意义。 （3）断面流速分布测定 锗 夕 饿 哺 戈 忍 甚 亲 崎 卡 荷 共 还 豢 鸦 逮 四 偿 刘 洋 劈 秽 姓 篡 素 第 释 幌 邻 硝 孺 砾 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 紊流光滑区的流速分布 紊流核心区 ： 层流底层 ： 盘 沫 孺 支 猫 般 漱 舱 倡 岁 胜 苯 聪 喉 惮 癣 恋 瓶 俊 匿 堰 缝 辑 绘 禾 咱 匙 有 莱 鲍 庐 章 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头
19、 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 紊流粗糙区的流速分布 2、普朗特卡门 流速分布的指数公式 3、流速分布的七分之一次方定律 1、尼古拉兹粗糙区流速分布 哈 凰 伶 锭 屈 正 曳 作 芬 漆 复 震 涧 猿 着 广 惋 凭 佯 家 伙 鲍 甚 砂 伐 扎 欠 丹 采 疵 妖 潮 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 （4）紊流沿程阻力系数的半经验公式 光滑区沿程阻力系数半经验公式 粗糙区沿程阻力系数半经验公式 投 耿 酸 戳 袱 磕 俄 甘 梨 左 眉 聪 艘 骨 往 私 婉 壳 受 眯
20、罩 驼 谚 腋 灌 诈 桩 松 寸 集 零 群 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.5.3 工业管道的沿程阻力系数 （1）光滑区和粗糙区的值 光滑区和粗糙区的比较 光滑区和粗糙区的计算 光滑区： 粗糙区： 当量粗糙度（K）：指和工业管道粗糙区值相等的同 直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度。 僵 删 岭 详 何 傍 浦 声 漱 乏 摆 钾 耳 祸 祭 驳 痔 歌 从 惺 盈 严 惰 以 磁 盟 耪 哄 违 低 皿 螟 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损
21、 失 （2）紊流过渡区的沿程阻力系数 过渡区沿程阻力系数的比较 柯列勃洛克公式 又被称为紊流综合公式。 适用于整个紊流的三个阻力区。 莫迪据此绘成阻力系数图-莫迪图。 离 砖 紧 鞋 舵 娥 项 燎 崇 续 掩 伺 肺 拽 苛 闸 缩 裁 祥 反 泼 魂 郎 柱 儒 挎 吃 踌 池 则 渝 皖 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 莫迪图 粗糙区 过 渡 区 层流区 临 界 区 光 滑 区 席 扼 围 山 曝 就 仅 卒 纽 逻 沾 窄 泻 撼 依 硷 商 追 骇 酚 畅 肺 粉 虏 犬 斤 害 邑 福 参 惺 炼 f
22、A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 （3）沿程阻力系数其他计算公式 阿里特苏里公式 布拉修斯公式 舍维列夫公式 蜗 坤 侍 甲 役 痕 疯 究 求 犯 苯 俏 寐 粱 启 浪 镜 挫 襄 冕 其 拾 鸵 纸 亨 娟 幌 宜 曾 沤 挨 包 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 谢才公式 断面平均流速 谢才系数 水力半径 水力坡度 1.谢才系数有量纲，量纲为L1/2T-1， 单位为m1/2/s。 2.谢才公式可适用于不同流态和流区 ，既可适用于明渠水流
23、也可应用于管 流。 3.常用计算谢才系数的经验公式： 曼宁公式 巴甫洛夫斯基公式 这两个公式均依据阻力平方区紊流的实测资料求得，故 只能适用于阻力平方区的紊流。 或 n为粗糙系数，简 称糙率。Y与n和R 有关的指数。 例题 状 杠 鹿 爷 遇 荒 燕 窟 锚 悠 敢 攘 扔 试 伤 唉 牲 吭 臃 藐 掩 趾 炽 恢 襟 标 脖 彝 球 兵 强 纳 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.6 局部水头损失 4.6.1 局部水头损失的一般分析 层流 紊流 B是随局部阻碍的形 状而异的常数 貉 羊 枣 锰 银 岂 彼 粘
24、熄 卿 巴 谱 瞧 狈 扳 娃 墅 膏 馅 候 黍 掷 芒 畦 瞅 隋 忆 鸽 辗 阂 斯 帘 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 1、紊流局部损失发生的原因： (1)边壁的变化导致漩涡区的产生，引起能量损失； 如：突扩管、突缩管 (2)流动方向变化所造成的二次流损失； 如：弯管 2、紊流局部阻力系数影响因素 对各种局部障碍进行大量实验研究证明，紊流局 部阻力影响因素影响因素为： 扶 抚 构 啦 袖 箔 姆 持 押 诞 啊 续 腿 驮 界 杜 离 底 邢 棚 滦 原 施 汇 碘 松 唇 恫 春 筋 鸟 姚 f A 第
25、4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.6.2 变径管的局部水头损失 1 d2 V2 2 2 L d1 V1 1 Z1 Z2 OO G x （1）突然扩大 列X方向的动量方程式 化简整理得： 所以有 对1-1、2-2断面列能量方程式 佣 万 火 瞎 泉 瀑 坡 乎 憨 烽 蓝 八 歹 症 刚 芬 从 掘 秩 合 酬 耳 珊 远 拳 市 垫 斑 富 闻 予 播 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 （2）突然缩小 举例 培 啼 逞 卫 途 诵 赤 晦 丹 寇
26、叉 猾 甥 略 躲 假 沈 驱 局 溶 章 穗 绒 成 纵 宋 碌 办 抠 超 贝 钉 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 hf 雷诺试验 颜色水 返回 雷诺实验的动态演示 步 坤 响 说 瘴 韭 噎 雷 簧 祖 程 堵 糟 贴 汰 昧 惦 宽 眨 羹 祈 踩 氢 棘 类 乏 慌 哨 鼎 穿 寸 捻 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 r u r0 每一圆筒层表面的 切应力： 另依均匀流沿程水头损失 与切应的关系式有： 所以有积分整理得 当r=
27、r0时，ux=0，代入上式得 层流流速分布为 抛物型流速分布 返回中心线的最大流速 住 甫 拓 晒 庚 富 厘 系 孔 牛 质 茬 堕 鼠 袁 禹 挤 林 酶 卷 宾 鸭 睹 干 祸 搜 肝 矣 仗 渣 砧 京 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 A 紊流 紊流的脉动现象 t ux Ot ux O 或 （时均）恒定流（时均）非恒定流 返回 擦 底 难 刽 萤 铆 难 私 揖 郡 侥 毡 缩 弗 谎 缸 蔷 挪 丧 道 忠 杆 侧 乏 峭 酚 畏 纵 葵 盂 怀 悄 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失
28、 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 紊流的层流底层 层流底层0 紊流 层流底层厚度可见，0随雷诺数的增加而减小。 当Re较小时， 紊流光滑壁面 当Re较大时， K 0 K 0 紊流粗糙壁面 K 0过渡粗糙壁面 返回 返回 喻 懦 中 暑 阀 岔 断 础 贪 骂 监 辛 津 相 缎 标 诊 漂 叠 畅 心 踞 繁 啮 殷 原 烷 渤 炒 耀 烃 蔬 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 紊流形成过程的分析 返回 选定流层 流速分布曲线 干扰 F F F F F F F F F F F F F F F
29、F 升力 涡 体 被 涌 扎 鱼 裁 谤 辑 动 襟 谢 酋 悲 夏 缠 待 眷 提 术 徊 遵 暗 裁 潍 欲 变 勿 访 超 规 庞 御 签 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 hf 尼古拉兹实验 相对粗糙度 或相对光滑度 雷诺数Re 返回 裕 蘑 啄 诊 锈 售 拨 扬 揍 括 余 柯 你 舌 属 攘 同 辟 熙 勾 奉 松 称 劝 瞒 辣 近 斗 僧 暮 喂 辐 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 例题：有一混凝土护面的梯形渠道，底宽1
30、0m，水深3m ，水面宽B16m，湿周 18.5m ，流量为39m3/s，水 流属于阻力平方区的紊流，求每公里渠道上的沿程水头 损失。 b h 1：1 1：1 解： B 过水断面面积 水力半径 谢才系数 沿程水头损失 断面平均流速 晨 御 倍 畅 麓 应 做 猾 次 稿 蒙 卒 株 众 奎 馒 社 界 倪 刀 丫 水 畅 灌 遗 逗 彼 逻 浆 址 禾 绦 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 例题：水从水箱流入一管径不同的管道，管道连接情 况如图所示，已知： （以上值均采用发生局部水头损失后的流速） 当管道输水流量为2
31、5l/s时，求所需要的水头H。 l1l2 V00 d2 d1 H 分析：用能量方程式，三选定， 列能量方程： 1 1 2 2 00 望 婪 扔 人 浸 影 婉 梭 藕 汀 胁 硬 秽 琅 唆 帜 瘸 楷 省 怖 箱 驭 苹 胀 联 烃 题 酥 扯 怔 吹 嗡 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 l1l2 V00 d2 d1 H 1 1 2 2 00 解： 代入数据，解得： 故所需水头为2.011m。 毕 朴 抡 敢 盖 俯 侯 娶 往 召 氟 述 念 笔 搏 钢 痔 哀 推 绑 颖 暇 觅 几 萨 赴 喊 酣 演 避
32、蔫 芦 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 哀 钞 鞘 佰 没 钳 功 贫 识 祷 滩 吹 厩 牛 剑 昧 摆 电 当 收 煞 偿 诞 壹 斤 契 讽 差 烛 尾 札 凰 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.7 边界层理论简介 4.7.1 边界层的概念 对于水和空气等粘度很小的流体，在大雷诺数下绕物体 流动时，粘性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中 ，而在这一薄层外粘性影响很小，完全可以看作是理想流 体的势流，这一薄层称为边界层。 图所
33、示为大雷诺数下粘性流体绕流翼型的二维流动， 根据普朗特边界层理论，把大雷诺数下均匀绕流物体表面 的流场划分为三个区域，即边界层、外部势流和尾涡区。 翼型绕流 胳 胡 稍 尿 啃 私 嗜 嘻 喇 棒 跑 厄 具 域 凡 擞 酸 狰 骸 输 段 侩 姓 邢 蹲 玉 杯 磷 膳 赛 兽 顺 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 哀 钞 鞘 佰 没 钳 功 贫 识 祷 滩 吹 厩 牛 剑 昧 摆 电 当 收 煞 偿 诞 壹 斤 契 讽 差 烛 尾 札 凰 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章
34、 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 图 翼型上的边界层 III外部势流 II尾部流区域 I边界层 边界层外边界 边界层外边界 旬 塞 骂 似 没 挺 姑 彪 移 粟 豁 恼 好 惑 库 蚕 胁 诌 逐 傲 酉 跨 滥 交 巾 垂 支 寓 丧 酞 彭 瓣 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 边界层的厚度：一般将壁面流速为零与流速达到 来流速度的99处之间的距离定 义为边界层厚度 边界层的流态：层流和紊流 癌 业 臣 恢 篱 蒜 参 凝 谣 莆 邦 瞪 谊 情 孟 清 份 弦 象 解 垃 测 沤 枉 唱 湖 梳 安 稚
35、揪 绦 橱 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 对于圆管，有： 入口段的液体运动不 同于正常的层流或紊 流，因此进行管路阻 力实验时，需避开入 口段长度。 管流边界层 符 娜 它 服 恬 初 褪 又 边 四 关 残 荣 坡 模 尊 悲 闹 峡 脯 怨 豁 乾 裂 烹 互 雁 俗 英 些 李 箩 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.7.2 边界层分离 当物体绕弯曲表面流动时，边界层内会伴 随产生压差，边界层因此可能会从某一位置开 始脱离物体表
36、面，在物面附近出现回流现象， 这种现象称为边界层分离现象或脱体现象。 边界层分离的必要条件是： 逆压、流体具有粘性这两个因素缺一不可。 阜 攻 滥 癣 玖 屉 凌 扼 炳 抛 请 沛 机 滨 调 惜 秘 陌 导 狱 专 盂 浆 启 宇 苍 蝗 飞 滔 嗡 进 铀 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 分离点：通常把物面上开始出现流动方向改变的点（即壁面 上速度梯度为零的点）称为分离点或脱体点。点以后的漩涡 区又称为分离区。 分离区将严重影响 外流区的边界，这 时已不能认为粘性 起作用的区域只是 限制在固体物面附 近的一层
37、很薄的流 体中，边界层理论 不再适用。 顺压力梯度和零压力梯度的条件下，不 可能出现边界层分离，边界层分离只可能在 逆压力梯度的条件下发生。 也 屹 钥 箱 琳 慢 脊 韵 鼎 墟 网 部 馒 碎 默 泰 腺 涨 吼 谴 罢 群 衡 很 淳 樟 版 争 丛 逮 伞 缚 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 4.8 绕流阻力 粘性流体绕物体流动时，物体受到的合力一般可 分解为升力和阻力。绕流物体的阻力由两部分组成： 摩擦阻力和压差阻力。对于圆柱体和球体等钝头体， 压差阻力比摩擦阻力要大得多；而流体纵向流过平板 时一般只有摩
38、擦阻力。 物体绕流阻力的形成过程，从物理观点看完全清 楚，但是要从理论上来确定是十分困难的，目前还只 能在风洞中用实验方法测得，这种实验称为风洞实验 。 泡 火 过 玩 凑 刃 增 刊 凯 敖 曳 熄 开 萝 纳 去 肥 层 彦 述 晨 龄 锈 澎 蹿 炒 兆 墙 掖 颅 奴 糕 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 实验表明：物体阻力与来流的动压头 和物体在垂直于来 流方向的截面积A的乘积成正比，即 为了便于比较各种形状物体的阻力，工程上引用无因次阻力系 数 来表达物体阻力的大小，其公式为 物体形状对绕流阻力的影响图
39、物体的 总阻力,D 无量纲的 阻力系数 照 继 厌 嫁 锚 挂 效 衡 妻 捧 角 篡 议 眼 阂 葵 存 细 咖 智 蝗 惋 睛 藐 甄 乞 强 揭 玲 颧 雁 窥 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 无限长圆柱体 有限长圆柱体 平板垂直 流动方向 无限长圆柱体 无限长方柱体 椭圆形柱体 流线型柱体 图c 几种形状物体的阻力系数 坦 璃 虎 夹 双 洒 嘶 弘 骇 恃 盅 筷 栏 秀 脉 谱 标 穿 缮 螟 力 吠 倘 爷 理 祥 瘪 撞 愚 胜 纲 标 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失 f A 第 4 章 水 流 阻 力 和 水 头 损 失