1、,5 液流形态与水头损失,5.1 水头损失及其分类,5.2 均匀流沿程水头损失与水流阻力关系,5.3 流动的两种形态与雷诺实验,5.4 层流运动,5.5 紊流运动,5.6 紊流的沿程水头损失,5.7 局部水头损失,5.1 水头损失及其分类,5.2 均匀流沿程水头损失与水流阻力关系,5.3 流动的两种形态与雷诺实验,5.4 层流运动,5.5 紊流运动,5.6 紊流的沿程水头损失,5.7 局部水头损失,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻
2、力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,由本章各节可知，沿程阻力系数的规律，除了层流已知外，对于紊流到目前为止，尚没有沿程阻力系数的理论公式。 尼古拉兹为了探求沿程阻力系数的规律，进行了一系列试验研究，揭示了沿程水头损失的规律。 下面介绍这一重要的试验研究成果。,管道 人工粗糙面：将大小一致的均匀砂粒粘贴在管壁上 注意：这种粗糙面和天然粗糙面完全不同 相对粗糙度：/r0 相对光滑度： r0 /,试验条件,沿程阻力系数的试验装置,hf,l,方法,对于一系列相对光滑度、测量流速和水头损失hf ，反算沿程阻力系数，得到不同相对光滑度r0/r、Re与沿程阻力系数的试验关系曲线。,r0 /,层
3、流区： Re 2320 (lg Re = 3.30)，沿程阻力系数与Re的关系为直线，而与光滑度无关，其方程为: 64 /Re,层流到紊流的过渡区 2320 Re 4000 (3.3 lgRe 4000 ( lg Re 3.60) ） 沿程阻力系数决定于粘性底层厚度0与绝对粗糙度之间的关系，可分为三个区域,管壁越光滑，直线下移的距离越长，保持在直线上的距离越长，离开直线时的雷诺数越大。,过渡区：直线与直线之间的区域，是光滑管到粗糙管的过渡区。该区 ，且壁面越光滑，阻力系数越小。,过渡区：直线和直线之间的区域，是光滑管到粗糙管的过渡区。该区 ，且壁面越光滑，阻力系数越小。,粗糙区：直线以右区域：
4、不同相对光滑度的试验曲线近似为直线，表明沿程阻力系数与Re关系不大，而只与r0 /有关。,粗糙区：直线以右区域：不同相对光滑度的试验曲线近似为平行于x轴的直线，这表明沿程阻力系数与Re关系不大，只与r0 /有关。,由达西公式 可知，该区水头损失与断面平均流速的二次方成正比，故该区又称阻力平方区。,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,条件：明渠，人工粗糙面,试验方法：同上,明渠沿程阻力系
5、数规律和管道中相同,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,5.6.2 谢才公式,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,以上所得出的沿程阻力系数的规律，除了层流可以直接用于水力计算外，其他都是在人工粗糙面的条件下得出的规律，无法应用于实际计算。 原因：实际管道，或明渠边壁的绝对粗糙度在形状、排列和分布上都不同于人工粗糙面。,1944，英国人Moody 对各种工业管道进行了试验研究。试验用的管道非常广泛，有：玻璃管、混凝土管、钢
6、管、铜管、木管等。试验条件是自然管道，其壁面就是天然管壁，非人工粗糙面。,试验成果的处理：将试验得到的沿程阻力系数和人工加糙的结果进行对比，把具有相同沿程阻力系数值的砂粒绝对粗糙度作为管道的当量粗糙度，仍用原符号（绝对粗糙度）。 管壁的相对光滑度用/d 表示 ，其他与以上试验相同。 注意：当量粗糙度不是绝对粗糙度。,各种壁面当量粗糙度值,Moody图,沿程阻力系数的变化规律与尼古拉兹试验的基本相同,主要差别 紊流光滑区是曲线 紊流过渡粗糙区曲线规律不同 （一个沿程增加，另一沿程降低）,由该图得到的沿程阻力系数与实际情况较符合。,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图
7、,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,层流,紊流三区,（1） （管道）,柯尔勃洛克公式适合管道紊流三区,5.1 水头损失及其分类,5.2 均匀流沿程水头损失与水流阻力关系,5.3 流动的两种形态与雷诺实验,5.4 层流运动,5.5 紊流运动,5.6 紊流的沿程水头损失,5.7 局部水头损失,5.6.1 实验研究,尼古拉兹试验,蔡克士大的试验,Moody 图,沿程阻力系数的水力计算,5.6 沿程阻力系数的变化规律,5.6.2 谢才公式,上面所讲到的沿程阻力系数的变化规律是近四十年来的研究成果。要用到该成果，必须已知管道当量粗糙度，对于明渠当量糙度资料较少尚且无法应用,早在20
8、0百多年前，人们在生产实践中总结出一套计算沿程水头损失的公式。这些公式建立在大量实际资料的基础上，并在一定范围内曼足生产需要，故至今在工程实际中仍被采用。,1769年谢才总结了明渠均匀流的实测资料，提出了计算均匀流（紊流）的经验公式，称谢才公式,C: 谢才系数R: 水力半径 J: 水力坡度,式中，C 称为谢才系数；R 水力半径； J 水力坡度。,达西公式,谢才公式与达西公式是统一的,适用条件：谢才公式可用于不同流区，只是谢才系数是根据阻力平方区的紊流实测资料求得的。因此，谢才公式只适用于阻力平方区的紊流（管流或明渠流）。,单位：（m1/2/s）,量纲：C = L1/2/T,曼宁公式（1890年，Manning）,式中，n 粗糙系数,n 粗糙系数,巴普洛夫斯基公式,
