1、第4章 水流形态与水头损失,主讲老师：柳素霞,水利工程中的泄洪,能量损失在工程中的应用（一）,能量损失在工程中的应用（二）,水利工程中的输水渠道,市政工程中的管网水力计算,能量损失在工程中的应用（三）,农田水利中的节水灌溉管网喷灌系统,能量损失在工程中的应用（四）,学习要点,1理解水头损失产生原因和分类。2掌握液体运动两种形态和判别方法。理解雷诺数Re的物理意义。3掌握沿程水头损失变化规律和确定方法。重点掌握达西公式。4掌握局部水头损失的计算方法。,一、能量损失产生的原因,水头损失：液体在流动过程中单位重量液体克服阻力做功所消耗的能量。,沿程阻力：边界顺直，水流稳定，水流内摩擦力沿流程不变。我
2、们将沿程均匀分布的水流内摩擦力称为沿程阻力。沿程水头损失：克服沿程阻力做功而引起的能量损失称为沿程水头损失。,二、能量损失的分类：,1.沿程阻力和沿程水头损失,录像,二、能量损失的分类：,局部水头损失： 克服局部阻力做功而引起的能量损失称为局部水头损失。,2.局部阻力和局部水头损失,局部阻力：在固体边界急剧变化的局部流动区域出现较集中的阻力，这种阻力称为局部阻力。,录像,常见的局部水头损失,录像,总水头损失hw=沿程损失hf+局部损失hj,三、水流型态和判别标准,雷诺实验：,录像,层流:流速较小时，水流质点作有条不紊的线状运动，水流各层质点互不混掺。,1. 水流型态层流和紊流,三、水流型态和判
3、别标准,紊流:流速较大时，水流质点的运动轨迹互相混杂，极不规则，没有确定的规律性。,圆管水流：,流速,直径,运动粘滞系数,1）雷诺数,2、水流型态的判别雷诺数,明渠水流：,流速,水力半径,运动粘滞系数,1）雷诺数,2、水流型态的判别雷诺数,临界雷诺数 Rek ：层流和紊流流态转化时的雷诺数称为临界雷诺数。 管流： Rek=2000 明槽： Rek=500,2)流态判别标准：,2、水流型态的判别雷诺数,录像,1. 沿程水头损失计算公式,圆管：,处于不同流态和边界条件，水流的值不同。,四、沿程水头损失的计算,沿程水头损失系数的变化规律,尼古拉兹实验：,1）层流状态(Re2000)层流的仅是Re的函
4、数，而且水头损失hf与流速v的一次方成正比。,2）过渡区(2000Re4000) 过渡区仅与Re有关，而与相对光滑度无关。,2.沿程水头损失系数的变化规律：,紊流光滑区：类似于层流，只与Re有关而与相对粗糙度/d无关。,紊流粗糙区：与Re无关，只与相对粗糙度/d有关 ，而且水头损失hf与流速v的二次方成正比，所以紊流粗糙又称为阻力平方区。,紊流过渡区：既与Re有关，也与/d有关。,3）紊流状态(Re4000),3.沿程水头损失系数的变化规律：,4.紊流沿程水头损失系数的确定：,（1）紊流光滑区伯拉修斯经验公式：尼古拉兹公式：,（2）紊流过渡区柯-怀公式：,（3）紊流粗糙区尼古拉兹公式：,明流,
5、管流,明流,管流,五、沿程水头损失的经验公式,1.明渠均匀流的流速计算公式：,C舍齐系数R水力半径J水力坡度V断面平均流速,n粗糙系数,舍齐公式,五、沿程水头损失的经验公式,1.明渠均匀流的流速计算公式：,2.水头损失的计算公式：,C舍齐系数R水力半径J水力坡度n粗糙系数,舍齐公式,公式使用条件：紊流粗糙区（阻力平方区）,六、局部水头损失的计算,1.局部水头损失产生的原因,局部水头损失产生于边界发生明显改变的地方，使水流形态发生了很大的变化。其特点为能耗大、能耗集中。,2.局部水头损失计算公式,3.其它常用的局部水头损失系数(规范),本章重点,1.产生水头损失的原因：内因、外因2.熟练掌握流态
6、判别标准：雷诺数Re3.熟练掌握沿程损失和局部损失的计算方法：4.理解沿程阻力系数的确定方法：尼古拉兹实验5.理解局部阻力系数的确定方法：查表 6.掌握舍齐公式计算明渠的流速和水头损失：,例1：管道直径 d = 2.5cm，通过流量 Q = 0.25L/s，水温T100C。试判断管中水流流态。,典型例题,例2：有一混凝土衬砌的引水隧洞，糙率n=0.014，洞径d=2.0m，洞长 L=1000m，求引水隧洞通过流量Q=5.65m3/s时的沿程水头损失。,解：,例3：从水池接出一管路，布置如图所示。若已知：d1=150mm、ll=25m、1=0.03；d2=100mm、l2=10m、2=O.04，需要输送流量Q=25Ls，求沿程水头损失hf。,
