液流形态水头损失hxlVIP专享VIP免费

水力水力学学HydraulicsHydraulics水力水力学学HydraulicsHydraulics第三章液流型态及水头第三章液流型态及水头损失损失主要内容水头损失的物理概念及分类液流边界几何条件对水头损失的影响均匀流沿程水头损失与切应力的关系液体运动的两种型态圆管中层流运动及其沿程水头损失计算紊流的特征沿程阻力系数的变化规律谢才公式局部水头损失221112221222wpVpVZZhgggg§3.1水头损失的物理概念及分类)(1122vvQF连续方程能量方程动量方程水头损失2211AvAvQ1、水流阻力：液体与固体之间、液体内部有相对运动的各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流的运动方向相反。2、水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。其中边界是外因，粘滞性是内因。水流阻力与水头损失根据边界条件的不同，水头损失分为两类：水头损失的分类水头损失hw沿程水头损失hf局部水头损失hj沿程水头损失理想液体流线实际液体流线流速分布流速分布当固体边界的形状和尺寸沿程不变(或缓慢变化）时，液流在长直流段中的水头损失称为沿程水头损失，用hf表示。（与长度成正比）一般，在均匀流和渐变流情况下产生的水头损失只有沿程水头损失。局部水头损失当固体边界的形状、尺寸或两者之一沿流程急剧变化时所产生的水头损失称为局部水头损失，用hj表示。产生水头损失的条件1、液体具有粘滞性（决定作用）2、由于固体边界的影响，液流内部质点之间产生相对运动总水头损失某一流段的总水头损失：wfjhhh各种局部水头损失的总和各分段的沿程水头损失的总和§3.2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过水断面的水力要素：过水断面的面积A：面积相同，形状不同？湿周：湿周相等，形状不同？水力半径R液流过水断面与固体边界接触的周界线AR例题11、直径为d的圆管，当充满液流时，求其水力半径？24dAd244dAdRd例题21、一矩形明渠，底宽为b，水深为h，求其水力半径？Abh2bh2AbhRbh2、液流边界纵向轮廓水头损失的影响边界纵向轮廓不同均匀流非均匀流1）根据均匀流定义，沿水流长度方向上各过水断面的水力要素及断面平均流速不变，所以均匀流只有沿程水头损失，且单位长度上的沿程水头损失也相等，总水头线为一直线。又因各过水断面平均流速相等，所以各过水断面上的流速水头也相等，均匀流总水头线和测压管水头线相互平行。2）非均匀流沿水流长度方向上各过水断面的形状及大小是不相等的，各过水断面上的流速也是不相等的，所以非均匀流单位长度上的水头损失也不相等，总水头线和测压管水头线是相不平行的曲线。均匀流无局部水头损失，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均有。§3.3均匀流沿程水头损失与切应力的关系1122LαOOZ1Z2FP1=Ap1τ0τ0G=ρgALFP2=Ap2取一段均匀总流分析：长度L，过水断面面积A，与水平面成α角。p1和p2是两断面的形心压强，z1和z2是两断面形心距基准面的高度。1122LαOOZ1Z2FP1=Ap1τ0τ0G=ρgALFP2=Ap211ApP22ApPsinsinAlG0lT受力有：动水压力，及重力分力摩擦阻力总流边界上的平均切应力沿流动方向力的平衡0sin21TGPP0sin021lAlApAp1122LαOOZ1Z2FP1=Ap1τ0τ0G=ρgALFP2=Ap20sin021lAlApAplzz21sin02211)()(Apzpzfhpzpz)()(2211能量方程00RlAlhfRJ0均匀总流的水力坡度fhJlRJ0均匀流沿程水头损失与切应力的关系对均匀流中任一流束RJRR//0对管道对宽浅明渠00//rr0)/1(hy圆管均匀流过水断面上切应力按直线分布，圆管中心的切应力为0，沿半径方向逐渐增大，到管壁处为0宽浅的明渠均匀流过水断面上切应力按直线分布，水面上的切应力为0，离渠底为y处的切应力为，至渠底为0208V)(Re,RfgVRlhf242gVdlhf22由量纲分析可得：，对管道：Darcy公式沿程阻力系数雷诺数evRR§3....