第4章-水頭損失課件

沿程水頭損失:固體壁沿流動方向不變，過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾蛔?因克服各流層之間產(chǎn)生的摩擦力而損失的能量稱為沿程水頭損失，用

表示，沿程水頭損失與液流長度成正比。局部水頭損失:固體壁局部區(qū)段急劇變化，使液體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、流速分布沿程發(fā)生急劇變化而形成局部阻力，因克服阻力而引起的能量損失稱為局部水頭損失，用

表示。第四章水頭損失沿程水頭損失:固體壁沿流動方向不變，過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾蛔?4.2層流和紊流的兩種形態(tài)雷諾試驗(yàn)

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：流速小時，水頭損失與流速呈正比關(guān)系；流速大時，水頭損失與流速的平方近似成正比。1883年英國物理學(xué)家雷諾（O﹒Reynolds），通過試驗(yàn)率先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是因?yàn)橐毫鬟\(yùn)動存在著內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)完全不同的兩種形態(tài)。4.2層流和紊流的兩種形態(tài)雷諾試驗(yàn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：流速小時，水雷諾：O.OsborneReynolds(1842～1912)

英國力學(xué)家、物理學(xué)家和工程師，杰出實(shí)驗(yàn)科學(xué)家

1867年-劍橋大學(xué)王后學(xué)院畢業(yè)

1868年-曼徹斯特歐文學(xué)院工程學(xué)教授

1877年-皇家學(xué)會會員

1888年-獲皇家勛章

1905年-因健康原因退休雷諾：O.OsborneReynolds(1842～19

雷諾興趣廣泛，一生著述很多，近70篇論文都有很深遠(yuǎn)的影響。論文內(nèi)容包括

力學(xué)熱力學(xué)電學(xué)航空學(xué)蒸汽機(jī)特性等雷諾興趣廣泛，一生著述很多，近70篇論文都有很深遠(yuǎn)的

雷諾實(shí)驗(yàn)

雷諾試驗(yàn)裝置

顏色水hfl雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾試驗(yàn)裝置顏色水hfl顏色水hfl打開下游閥門，保持水箱水位穩(wěn)定顏色水hfl打開下游閥門，保持水箱水位穩(wěn)定顏色水hfl再打開顏色水開關(guān)，則紅色水流入管道層流：紅色水液層有條不紊地運(yùn)動，紅色水和管道中液體水相互不混摻顏色水hfl再打開顏色水開關(guān)，則紅色水流入管道層流：紅色水液顏色水hfl下游閥門再打開一點(diǎn)，管道中流速增大

紅色水開始顫動并彎曲，出現(xiàn)波形輪廓顏色水hfl下游閥門再打開一點(diǎn)，管道中流速增大紅色水開始顫

紅顏色水射出后，完全破裂，形成漩渦，擴(kuò)散至全管，使管中水流變成紅色水。這一現(xiàn)象表明：液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動中會形成渦體，各渦體相互混摻。顏色水hfl

下游閥門再打開一點(diǎn)，管中流速繼續(xù)增大紅顏色水射出后，完全破裂，形成漩渦，擴(kuò)散至全管，使管顏色水hfl層流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊運(yùn)動，相互之間互不混雜。

顏色水hfl層流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊運(yùn)動，顏色水hfl紊流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動過程中，互相混雜。

顏色水hfl紊流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，試驗(yàn)結(jié)果：

如果試驗(yàn)以相反程序進(jìn)行，而當(dāng)管內(nèi)水流已經(jīng)處于紊流狀態(tài)，逐漸關(guān)小閥門C，當(dāng)管內(nèi)流速降至下臨界流速Vc時，有色液體恢復(fù)為界限分明的直線流速，即水流內(nèi)紊流變?yōu)閷恿?。流動形態(tài)轉(zhuǎn)變時，水流的斷面平均流速為臨界流速。

層流→紊流→上臨界流速Vc′紊流→層流→下臨界流速VcVc<Vc′

實(shí)驗(yàn)表明：在不同的溫度下，Vc穩(wěn)定，而Vc′易受干擾，不穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果：如果試驗(yàn)以相反程序進(jìn)行，而當(dāng)管內(nèi)水流已經(jīng)處試驗(yàn)結(jié)果：沿程水頭損失與流速的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果：沿程水頭損失與流速的關(guān)系cd段：流速較小，屬于層流，實(shí)驗(yàn)得知，水頭損失與流速的一次方成比例。ab段：流速較大，屬于紊流，水頭損失大概與流速的平方成比例。bce段：流速屬于層流與紊流的過渡區(qū)。cd段：流速較小，屬于層流，實(shí)驗(yàn)得知，水頭損失與流速的一次方層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)

臨界流速隨著管徑d（邊界條件）、運(yùn)動粘性系數(shù)而變化：——臨界雷諾數(shù)

層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)臨界流速隨著管徑d（邊界條件）、運(yùn)動粘雷諾選用反映水流強(qiáng)度（斷面平均流速V）、邊界條件（管徑d）和液體的粘滯特性（運(yùn)動粘滯系數(shù)）的三個物理量組成無量綱的綜合指標(biāo)——雷諾數(shù)Re，來判別圓管液流的流態(tài)。雷諾選用反映水流強(qiáng)度（斷面平均流速V）、邊界條件（管1、對圓管：（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）層流出現(xiàn)條件：顯然（紊流）：

1、對圓管：（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）層流出現(xiàn)條件：顯然（紊流）：2、對于非圓管，雷諾數(shù)中的d（邊界條件）應(yīng)用另一表征水流過水?dāng)嗝娴奶卣鏖L度R（水力半徑）。（層流）

（紊流）

2、對于非圓管，雷諾數(shù)中的d（邊界條件）應(yīng)用另一表征水流過水（有壓圓管——充滿液體）:

——過水?dāng)嗝婷娣e——是固體壁與水流接觸的周長，稱為濕周（有壓圓管——充滿液體）:——過水?dāng)嗝婷娣e——是固體壁與水例：

矩形斷面的排水溝，水深h=15cm、底寬b=20cm、流速v=0.15m/s，水溫15℃，試判斷水流形態(tài)。例：矩形斷面的排水溝，水深h=15cm、底寬b=（當(dāng)t=15℃，=1.139×10-6m2/s）解：其雷諾數(shù)計(jì)算公式為或用經(jīng)驗(yàn)公式：為紊流（當(dāng)t=15℃，=1.139×10-6m2/s）解：其4.3恒定均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系

均勻流時，沿程各過水?dāng)嗝嫘螤睢⒋笮?、斷面平均流速都不變，水頭損失只有沿程水頭損失。其產(chǎn)生的原因由于內(nèi)摩擦力做功而引起的?；鶞?zhǔn)面4.3恒定均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系均勻流的基本方程:均勻流的基本方程:圓管均勻流：半徑r0為處的圓管，r0的切應(yīng)力為：分布規(guī)律是線性分布，管軸處（r=0）的切應(yīng)力為零。

圓管均勻流：半徑r0為處的圓管，r0的切應(yīng)力為：分布規(guī)律是線4.4沿程水頭損失一、達(dá)西(H.Darcy)公式

實(shí)驗(yàn)證明，均勻流管壁切應(yīng)力與斷面平均流速、管徑、液體密度、液體粘度、絕對粗糙度有關(guān)系。絕對粗糙度：粗糙突出的平均高度，單位m據(jù)量綱分析法：4.4沿程水頭損失一、達(dá)西(H.Darcy)公式定義：由均勻流基本方程：得到：圓管：定義：由均勻流基本方程：得到：圓管：定義：達(dá)西公式：定義：達(dá)西公式：二、層流時沿程阻力系數(shù)的確定摩阻流速：二、層流時沿程阻力系數(shù)的確定摩阻流速：圓管層流液層間的切應(yīng)力：圓管某點(diǎn)：圓管層流液層間的切應(yīng)力：圓管某點(diǎn)：第4章-水頭損失課件斷面平均流速：

斷面平均流速：第4章-水頭損失課件第4章-水頭損失課件三、紊流時沿程阻力系數(shù)的確定（Re>2300時）

紊流管壁附近液層由于管壁的作用，流速梯度很大，黏滯力起主導(dǎo)作用，流動為層流，這一薄層稱為粘性底層，其之外的液流為紊流內(nèi)核。粘性底層厚度：三、紊流時沿程阻力系數(shù)的確定（Re>2300時）紊流：某一雷諾數(shù)：某一雷諾數(shù)：某一臨界雷諾數(shù)：某一臨界雷諾數(shù)第4章-水頭損失課件粘性底層厚度：——運(yùn)動粘性系數(shù)——沿程阻力系數(shù)——雷諾數(shù)——斷面平均流速粘性底層厚度：——運(yùn)動粘性系數(shù)當(dāng)：

粗糙區(qū)淹沒在黏性底層中，紊流內(nèi)核與管壁被黏性底層隔開，粗糙度對紊流內(nèi)核基本沒有影響，水流類似于在光滑的管壁流動，稱為“水力光滑管區(qū)”。當(dāng)：

粗糙突出度伸入到紊流流核，稱為漩渦的策源地，加劇紊流的脈動作用，水頭損失較大，稱為“水力粗糙管區(qū)”。當(dāng)：

“光滑管區(qū)”與“水力粗糙管區(qū)”的過渡區(qū)。當(dāng)：粗糙區(qū)淹沒在黏性底層中，紊流內(nèi)核與管壁被黏性底層柯列勃洛克公式：式中：——絕對粗糙度——沿程阻力系數(shù)——管徑——雷諾數(shù)柯列勃洛克公式：式中：——絕對粗糙度四、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)四、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)1、層流區(qū)（Re<2300）

此時管道管壁相對粗糙度對沿程損失系數(shù)沒有影響，只與Re有關(guān)。這時的計(jì)算公式為：2、過渡區(qū)（層流與紊流）（2300<Re<4000）現(xiàn)在人們研究較少，沒有計(jì)算公式，但這區(qū)域范圍較窄。結(jié)論：管道的流動可以分為這五個區(qū)域：1、層流區(qū)（Re<2300）2、過渡區(qū)（層流與紊流）（230

此時沿程阻力系數(shù)與相對粗糙度無關(guān)，只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，的計(jì)算使用經(jīng)驗(yàn)公式（布拉休斯公式）：3、紊流光滑管區(qū)[4000<Re<26.98]4、紊流粗糙管的過渡區(qū)[26.98<Re<4160]

該區(qū)復(fù)雜沒有人提出成熟的計(jì)算公式，一般采用柯列勃洛克公式。此時沿程阻力系數(shù)與相對粗糙度無關(guān)，只與雷諾數(shù)Re有關(guān)5、紊流區(qū)粗糙管區(qū)[Re>4160]

此時隨著雷諾數(shù)的增大，沿程水頭損失系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)，只與相對粗糙度有關(guān)。該區(qū)水頭損失只與流速平方成正比，又稱阻力平方區(qū)，沿程阻力系數(shù)計(jì)算公式也可用柯列勃洛克公式?？偨Y(jié)：實(shí)際水力計(jì)算中1、圓管層流：2、圓管紊流：5、紊流區(qū)粗糙管區(qū)[Re>4160]五、工業(yè)管道試驗(yàn)五、工業(yè)管道試驗(yàn)六、經(jīng)驗(yàn)公式1、舍維列夫公式：過渡區(qū)（）：阻力平方區(qū)（）：六、經(jīng)驗(yàn)公式1、舍維列夫公式：過渡區(qū)（）2、謝才公式：達(dá)西公式為：變?yōu)椋簽橹x才系數(shù)2、謝才公式：達(dá)西公式為：變?yōu)椋簽橹x才系數(shù)謝才系數(shù)的確定：曼寧公式：——粗糙系數(shù)——水力半徑巴甫洛夫斯基公式：謝才系數(shù)的確定：曼寧公式：——粗糙系數(shù)巴甫洛夫斯基公式：設(shè)有一恒定有壓均勻管流。已知管徑d＝200mm，絕對粗糙度△＝0.2mm，水的運(yùn)動粘度,流量Q＝5L/s.試求管流的沿程阻力系數(shù)值和每米管長的沿程損失。例：設(shè)有一恒定有壓均勻管流。已知管徑d＝200mm，絕對粗糙度△解：首先判別流態(tài)雷諾數(shù)Re=21333——紊流在紊流流態(tài)的哪個區(qū)？——紊流光滑區(qū)用布拉休斯公式計(jì)算解：首先判別流態(tài)雷諾數(shù)Re=21333——紊流在紊流流態(tài)的4.5局部水頭損失水頭損失沿程水頭損失局部水頭損失：紊流水頭損失沿程紊流水頭損失沿程層流水頭損失4.5局部水頭損失水頭損失沿程水頭損失局部水頭損失：紊流進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門層流段邊界層：紊流段層流段邊界層：紊流段邊界層分離：邊界層分離：擾流阻力：——擾流阻力系數(shù)——迎水面面積擾流阻力：——擾流阻力系數(shù)圓管液流突然擴(kuò)大的局部水頭損失管徑d1增至d2的圓管：基準(zhǔn)面圓管液流突然擴(kuò)大的局部水頭損失管徑d1增至d2的圓管：基準(zhǔn)面圓管突然擴(kuò)大的局部水頭損失：圓管突然擴(kuò)大的局部水頭損失：液流流入斷面很大的容器或流入大氣：通用公式：——下游流速液流流入斷面很大的容器或流入大氣：通用公式：——下游流速管道配件的局部水頭損失1、管路突然縮小2、漸擴(kuò)管，管道配件的局部水頭損失1、管路突然縮小2、漸擴(kuò)管，3、彎管——彎管直徑——彎管管軸曲率半徑——彎管中心角4、折管——折角3、彎管——彎管直徑4、折管——折角4、管路進(jìn)口圓角進(jìn)口：直角進(jìn)口：內(nèi)插進(jìn)口：5、管路配件局部阻力系數(shù)見課本表4-24、管路進(jìn)口圓角進(jìn)口：5、管路配件局部阻力系數(shù)見課本表4三、水頭損失的疊加三、水頭損失的疊加水從以水箱經(jīng)兩段水管流入另一水箱，水箱尺寸很大，箱內(nèi)水位恒定。例：計(jì)算沿程及局部水頭損失，試求水流過管道的流量。水從以水箱經(jīng)兩段水管流入另一水箱，水箱尺寸很大，箱內(nèi)水位恒定解：對1-1,2-2,0-0建立伯努利方程，略去箱中流速。管路突然縮?。汗苈吠蝗粩U(kuò)大：管路突然擴(kuò)大：解：對1-1,2-2,0-0建立伯努利方程，略去箱中流速。管第4章-水頭損失課件水從封閉容器A徑直徑d＝25mm，長度L＝10m管道流入容器B，容器A水面上的相對壓強(qiáng)為2個大氣壓，局部阻力系數(shù)

＝0.5。沿程阻力系數(shù)＝0.025。求通過的流量Q。

例：已知：水從封閉容器A徑直徑d＝25mm，長度L＝10m管道流入容器解：列容器A、B的伯努利方程，過流斷面為1-1,2-2。

設(shè)管道中流速為V解：列容器A、B的伯努利方程，過流斷面為1-1,2-2。

設(shè)有一串聯(lián)鑄鐵管路，d1=150mm，d2=125mm，d3=100mm，L1=25mL2=10m，沿程阻力系數(shù)：λ1=0.030，λ2=0.032局部阻力系數(shù)：ζ1=0.1，ζ2=0.15，ζ3=0.1，ζ4=2.0問：①通過Q=25L/s時，需要H為多少？②若水頭H不變，但不計(jì)損失，則流量將變成多少？例：有一串聯(lián)鑄鐵管路，d1=150mm，d2=125mm，d3=解：①對1-1、3-3列能量方程，設(shè)V1=0解：①對1-1、3-3列能量方程，設(shè)V1=0第4章-水頭損失課件②H=2.67m不變，但hw1-3=0，對1-1、3-3列能量方程：

②H=2.67m不變，但hw1-3=0，對1-1、3-3列能沿程水頭損失:固體壁沿流動方向不變，過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾蛔?因克服各流層之間產(chǎn)生的摩擦力而損失的能量稱為沿程水頭損失，用

表示，沿程水頭損失與液流長度成正比。局部水頭損失:固體壁局部區(qū)段急劇變化，使液體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、流速分布沿程發(fā)生急劇變化而形成局部阻力，因克服阻力而引起的能量損失稱為局部水頭損失，用

表示。第四章水頭損失沿程水頭損失:固體壁沿流動方向不變，過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾蛔?4.2層流和紊流的兩種形態(tài)雷諾試驗(yàn)

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：流速小時，水頭損失與流速呈正比關(guān)系；流速大時，水頭損失與流速的平方近似成正比。1883年英國物理學(xué)家雷諾（O﹒Reynolds），通過試驗(yàn)率先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是因?yàn)橐毫鬟\(yùn)動存在著內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)完全不同的兩種形態(tài)。4.2層流和紊流的兩種形態(tài)雷諾試驗(yàn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：流速小時，水雷諾：O.OsborneReynolds(1842～1912)

英國力學(xué)家、物理學(xué)家和工程師，杰出實(shí)驗(yàn)科學(xué)家

1867年-劍橋大學(xué)王后學(xué)院畢業(yè)

1868年-曼徹斯特歐文學(xué)院工程學(xué)教授

1877年-皇家學(xué)會會員

1888年-獲皇家勛章

1905年-因健康原因退休雷諾：O.OsborneReynolds(1842～19

雷諾興趣廣泛，一生著述很多，近70篇論文都有很深遠(yuǎn)的影響。論文內(nèi)容包括

力學(xué)熱力學(xué)電學(xué)航空學(xué)蒸汽機(jī)特性等雷諾興趣廣泛，一生著述很多，近70篇論文都有很深遠(yuǎn)的

雷諾實(shí)驗(yàn)

雷諾試驗(yàn)裝置

顏色水hfl雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾試驗(yàn)裝置顏色水hfl顏色水hfl打開下游閥門，保持水箱水位穩(wěn)定顏色水hfl打開下游閥門，保持水箱水位穩(wěn)定顏色水hfl再打開顏色水開關(guān)，則紅色水流入管道層流：紅色水液層有條不紊地運(yùn)動，紅色水和管道中液體水相互不混摻顏色水hfl再打開顏色水開關(guān)，則紅色水流入管道層流：紅色水液顏色水hfl下游閥門再打開一點(diǎn)，管道中流速增大

紅色水開始顫動并彎曲，出現(xiàn)波形輪廓顏色水hfl下游閥門再打開一點(diǎn)，管道中流速增大紅色水開始顫

紅顏色水射出后，完全破裂，形成漩渦，擴(kuò)散至全管，使管中水流變成紅色水。這一現(xiàn)象表明：液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動中會形成渦體，各渦體相互混摻。顏色水hfl

下游閥門再打開一點(diǎn)，管中流速繼續(xù)增大紅顏色水射出后，完全破裂，形成漩渦，擴(kuò)散至全管，使管顏色水hfl層流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊運(yùn)動，相互之間互不混雜。

顏色水hfl層流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊運(yùn)動，顏色水hfl紊流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動過程中，互相混雜。

顏色水hfl紊流：各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，試驗(yàn)結(jié)果：

如果試驗(yàn)以相反程序進(jìn)行，而當(dāng)管內(nèi)水流已經(jīng)處于紊流狀態(tài)，逐漸關(guān)小閥門C，當(dāng)管內(nèi)流速降至下臨界流速Vc時，有色液體恢復(fù)為界限分明的直線流速，即水流內(nèi)紊流變?yōu)閷恿鳌Ａ鲃有螒B(tài)轉(zhuǎn)變時，水流的斷面平均流速為臨界流速。

層流→紊流→上臨界流速Vc′紊流→層流→下臨界流速VcVc<Vc′

實(shí)驗(yàn)表明：在不同的溫度下，Vc穩(wěn)定，而Vc′易受干擾，不穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果：如果試驗(yàn)以相反程序進(jìn)行，而當(dāng)管內(nèi)水流已經(jīng)處試驗(yàn)結(jié)果：沿程水頭損失與流速的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果：沿程水頭損失與流速的關(guān)系cd段：流速較小，屬于層流，實(shí)驗(yàn)得知，水頭損失與流速的一次方成比例。ab段：流速較大，屬于紊流，水頭損失大概與流速的平方成比例。bce段：流速屬于層流與紊流的過渡區(qū)。cd段：流速較小，屬于層流，實(shí)驗(yàn)得知，水頭損失與流速的一次方層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)

臨界流速隨著管徑d（邊界條件）、運(yùn)動粘性系數(shù)而變化：——臨界雷諾數(shù)

層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)臨界流速隨著管徑d（邊界條件）、運(yùn)動粘雷諾選用反映水流強(qiáng)度（斷面平均流速V）、邊界條件（管徑d）和液體的粘滯特性（運(yùn)動粘滯系數(shù)）的三個物理量組成無量綱的綜合指標(biāo)——雷諾數(shù)Re，來判別圓管液流的流態(tài)。雷諾選用反映水流強(qiáng)度（斷面平均流速V）、邊界條件（管1、對圓管：（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）層流出現(xiàn)條件：顯然（紊流）：

1、對圓管：（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）層流出現(xiàn)條件：顯然（紊流）：2、對于非圓管，雷諾數(shù)中的d（邊界條件）應(yīng)用另一表征水流過水?dāng)嗝娴奶卣鏖L度R（水力半徑）。（層流）

（紊流）

2、對于非圓管，雷諾數(shù)中的d（邊界條件）應(yīng)用另一表征水流過水（有壓圓管——充滿液體）:

——過水?dāng)嗝婷娣e——是固體壁與水流接觸的周長，稱為濕周（有壓圓管——充滿液體）:——過水?dāng)嗝婷娣e——是固體壁與水例：

矩形斷面的排水溝，水深h=15cm、底寬b=20cm、流速v=0.15m/s，水溫15℃，試判斷水流形態(tài)。例：矩形斷面的排水溝，水深h=15cm、底寬b=（當(dāng)t=15℃，=1.139×10-6m2/s）解：其雷諾數(shù)計(jì)算公式為或用經(jīng)驗(yàn)公式：為紊流（當(dāng)t=15℃，=1.139×10-6m2/s）解：其4.3恒定均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系

均勻流時，沿程各過水?dāng)嗝嫘螤睢⒋笮?、斷面平均流速都不變，水頭損失只有沿程水頭損失。其產(chǎn)生的原因由于內(nèi)摩擦力做功而引起的?；鶞?zhǔn)面4.3恒定均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系均勻流的基本方程:均勻流的基本方程:圓管均勻流：半徑r0為處的圓管，r0的切應(yīng)力為：分布規(guī)律是線性分布，管軸處（r=0）的切應(yīng)力為零。

圓管均勻流：半徑r0為處的圓管，r0的切應(yīng)力為：分布規(guī)律是線4.4沿程水頭損失一、達(dá)西(H.Darcy)公式

實(shí)驗(yàn)證明，均勻流管壁切應(yīng)力與斷面平均流速、管徑、液體密度、液體粘度、絕對粗糙度有關(guān)系。絕對粗糙度：粗糙突出的平均高度，單位m據(jù)量綱分析法：4.4沿程水頭損失一、達(dá)西(H.Darcy)公式定義：由均勻流基本方程：得到：圓管：定義：由均勻流基本方程：得到：圓管：定義：達(dá)西公式：定義：達(dá)西公式：二、層流時沿程阻力系數(shù)的確定摩阻流速：二、層流時沿程阻力系數(shù)的確定摩阻流速：圓管層流液層間的切應(yīng)力：圓管某點(diǎn)：圓管層流液層間的切應(yīng)力：圓管某點(diǎn)：第4章-水頭損失課件斷面平均流速：

斷面平均流速：第4章-水頭損失課件第4章-水頭損失課件三、紊流時沿程阻力系數(shù)的確定（Re>2300時）

紊流管壁附近液層由于管壁的作用，流速梯度很大，黏滯力起主導(dǎo)作用，流動為層流，這一薄層稱為粘性底層，其之外的液流為紊流內(nèi)核。粘性底層厚度：三、紊流時沿程阻力系數(shù)的確定（Re>2300時）紊流：某一雷諾數(shù)：某一雷諾數(shù)：某一臨界雷諾數(shù)：某一臨界雷諾數(shù)第4章-水頭損失課件粘性底層厚度：——運(yùn)動粘性系數(shù)——沿程阻力系數(shù)——雷諾數(shù)——斷面平均流速粘性底層厚度：——運(yùn)動粘性系數(shù)當(dāng)：

粗糙區(qū)淹沒在黏性底層中，紊流內(nèi)核與管壁被黏性底層隔開，粗糙度對紊流內(nèi)核基本沒有影響，水流類似于在光滑的管壁流動，稱為“水力光滑管區(qū)”。當(dāng)：

粗糙突出度伸入到紊流流核，稱為漩渦的策源地，加劇紊流的脈動作用，水頭損失較大，稱為“水力粗糙管區(qū)”。當(dāng)：

“光滑管區(qū)”與“水力粗糙管區(qū)”的過渡區(qū)。當(dāng)：粗糙區(qū)淹沒在黏性底層中，紊流內(nèi)核與管壁被黏性底層柯列勃洛克公式：式中：——絕對粗糙度——沿程阻力系數(shù)——管徑——雷諾數(shù)柯列勃洛克公式：式中：——絕對粗糙度四、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)四、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)1、層流區(qū)（Re<2300）

此時管道管壁相對粗糙度對沿程損失系數(shù)沒有影響，只與Re有關(guān)。這時的計(jì)算公式為：2、過渡區(qū)（層流與紊流）（2300<Re<4000）現(xiàn)在人們研究較少，沒有計(jì)算公式，但這區(qū)域范圍較窄。結(jié)論：管道的流動可以分為這五個區(qū)域：1、層流區(qū)（Re<2300）2、過渡區(qū)（層流與紊流）（230

此時沿程阻力系數(shù)與相對粗糙度無關(guān)，只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，的計(jì)算使用經(jīng)驗(yàn)公式（布拉休斯公式）：3、紊流光滑管區(qū)[4000<Re<26.98]4、紊流粗糙管的過渡區(qū)[26.98<Re<4160]

該區(qū)復(fù)雜沒有人提出成熟的計(jì)算公式，一般采用柯列勃洛克公式。此時沿程阻力系數(shù)與相對粗糙度無關(guān)，只與雷諾數(shù)Re有關(guān)5、紊流區(qū)粗糙管區(qū)[Re>4160]

此時隨著雷諾數(shù)的增大，沿程水頭損失系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)，只與相對粗糙度有關(guān)。該區(qū)水頭損失只與流速平方成正比，又稱阻力平方區(qū)，沿程阻力系數(shù)計(jì)算公式也可用柯列勃洛克公式。總結(jié)：實(shí)際水力計(jì)算中1、圓管層流：2、圓管紊流：5、紊流區(qū)粗糙管區(qū)[Re>4160]五、工業(yè)管道試驗(yàn)五、工業(yè)管道試驗(yàn)六、經(jīng)驗(yàn)公式1、舍維列夫公式：過渡區(qū)（）：阻力平方區(qū)（）：六、經(jīng)驗(yàn)公式1、舍維列夫公式：過渡區(qū)（）2、謝才公式：達(dá)西公式為：變?yōu)椋簽橹x才系數(shù)2、謝才公式：達(dá)西公式為：變?yōu)椋簽橹x才系數(shù)謝才系數(shù)的確定：曼寧公式：——粗糙系數(shù)——水力半徑巴甫洛夫斯基公式：謝才系數(shù)的確定：曼寧公式：——粗糙系數(shù)巴甫洛夫斯基公式：設(shè)有一恒定有壓均勻管流。已知管徑d＝200mm，絕對粗糙度△＝0.2mm，水的運(yùn)動粘度,流量Q＝5L/s.試求管流的沿程阻力系數(shù)值和每米管長的沿程損失。例：設(shè)有一恒定有壓均勻管流。已知管徑d＝200mm，絕對粗糙度△解：首先判別流態(tài)雷諾數(shù)Re=21333——紊流在紊流流態(tài)的哪個區(qū)？——紊流光滑區(qū)用布拉休斯公式計(jì)算解：首先判別流態(tài)雷諾數(shù)Re=21333——紊流在紊流流態(tài)的4.5局部水頭損失水頭損失沿程水頭損失局部水頭損失：紊流水頭損失沿程紊流水頭損失沿程層流水頭損失4.5局部水頭損失水頭損失沿程水頭損失局部水頭損失：紊流進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門層流段邊界層：紊流段層流段邊界層：紊流段邊界層分離：邊界層分離：擾流阻力：——擾流阻力系數(shù)——迎水面面積擾流阻力：——擾流阻