西北农林科技大学：《水力学》课程教学课件（打印版）第四章 液流型态及水头损失 Type of flow and head loss

Hydraulics 水力学 第四章液流型态及水头损失 Type of flow and head loss 吕宏兴

§4.液流型态及水头损失 前一章讨论了理想液体和实际液体的能量方 程，方程中有一项为能量损失。 产生能量损失的原因在于：水流有粘滞性。当 水流运动时，会产生粘性阻力，水流克服阻力就要 消耗一部分机械能，转化为热能而散失，造成能量 损失。 水头损失与液流型态和边界特征密切相关。 本章首先对实际液体在不同边界条件下的液流 特征进行剖析，认清水头损失的物理概念。 在此基础上，介绍水头损失变化规律及其计算 方法

§4.1水头损失的分类及边界对水头损失的影响 物理性质兰兰粘滞性 产生水 消耗机 固体边界一相对运动」流阻动办二 械能h 沿程水头损失h 水头损失的分类 局部水各种局部水头损失的总和 ( 某一流段的总水头损失： h=∑h+∑h 各分段的沿程水头损失的总和

一、沿程水头损失(Frictional Head Loss) 当水流在固体边界形状和大小沿程不变的顺直的流道中流动 时，单位重量液体从一断面流到另一断面为克服阻力作功而损失 的能量称为沿程水头损失。水头损失沿程都有，并与流程长度 成正比。 造成沿程损失的原因是液体的粘性，因而沿程损失的大小与 液体的流动状态（层流或紊流)有密切关系。在较长的直管道和 明渠中是以沿程水头损失h为主的流动。 沿程水头损失用符号h。来表示。 流线 流速分布 流线 流速分布 a 理想液体 实际液体

二、局部水头损失(Local Head Loss) 当运动液体由于局部边界形状和大小的改变，液体在局部范 围内单位重量液体为克服阻力作功而损失的能量称作局部水头损 失。 局部水头损失用符号h:来表示 水常 旋涡 裁涡区 的区 域部 只耍局部流段边界的形状或大小改变，液流内部结构就耍急 刷调整，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

液体在下图中管道流动时的局部损失包括五段： 进口、突然放大、突然缩小、弯管和闸阀。 ∑h,=h1+h2+h3+h4+hs 进口 突然放大突然缩小 弯管 闸 门

液体在下图中管道流动时的沿程损失包括四段： ∑h=hn+h2+ha+h4 全管道中总水头损失： hn=∑h,+∑h h;4 hi

管道总水头损失是各分段沿程水头损失和局 部水头损失的叠加 二水头线 测压管水头线 fAB hc WAE=2h+ 总水头损失：h=∑m,+∑h

三、液流边界几何条件对水头损失的影响 产生水头损失的根源是实际液体本身具有粘滞 性，而固体边界的几何条件（轮廓形状和大小）对 水头损失也有很大的影响。 ●液流横向边界对水头损失的影响 过水断面面积 过水断面面积是一个因素，但过水断面面积尚不足表 征过水断面几何形状和大小对水流的影响

湿周 液流过水断面与固体边界接触的周界线称为湿 周，是过水断面的重要水力要素之一。其值越大， 水流与边界的接触面积就越大，边界对水流的阻力 和水头损失也就越大。 两个过水断面的湿周相同，形状不同，过水断 面面积一般不相同，水头损失也就不同。 因此，仅靠湿周也不能表征断面几何形状的影响