1、主主要要內內容容：v水頭損失的分類水頭損失的分類v液體運動的兩種流態（層流和紊流）液體運動的兩種流態（層流和紊流）v均勻流基本方程均勻流基本方程v層流運動層流運動v沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式v紊流運動及紊流的流速分布紊流運動及紊流的流速分布v沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）v謝才公式謝才公式v局部水頭損失局部水頭損失圓管均勻層流圓管均勻層流 圓管層流理論是哈根（圓管層流理論是哈根（G.H.L.Hagen)和泊肅葉和泊肅葉(J.L.M.Poiseuille)分別于分別于1839年和年和1841年提出的。年提出的。1.流速分布流

2、速分布由牛頓內摩擦定律由牛頓內摩擦定律du/drdu/dr和均勻流基本方程和均勻流基本方程= =gRJ = gRJ = grJ/2grJ/2聯立聯立分離變量并整理得：分離變量并整理得：rdrgJdu2積分得：積分得：crrgJu)(422020max4rgJu 2.流量Q 取半徑為r處的環形面積為微分面積，dA=2rdr，則通過dA的流量為 則總流的流量為3.斷面平均流速v rdrrrgJudAdQ2)(4220404022012882)(40dgJrgJrdrrrgJQrmax20218urgJAQv4.沿程水頭損失hf及沿程水頭損失系數由平均流速的關系式得：從理論上再一次證明管流層流時的沿

3、程水頭損失與流速的1次方成比例。將上式改寫成標準型：及沿程水頭損失系數說明圓管層流的沿程水頭損失系數僅與雷諾數Re有關。 vgdlhf232gvdlvdhf2642gvdlhf22eR645.動能校正系數和動量校正系數將流速表達式代入動能校正系數的表達式則有：圓管均勻層流的動量校正系數的表達式為：22)8()(43203200220330rdrrrgJrrgJAvdAurA342)8()(42202200220220rdrrrgJrrgJAvdAurA圓管圓管均勻層流均勻層流v1.流速分布流速分布v2. 流量流量Qv3.斷面平均流速斷面平均流速Vv4.沿程水頭損失沿程水頭損失hf及沿程水頭損失

4、系數及沿程水頭損失系數022()4gJurr20max4rgJu4401288dgJrgJQ20max182QgJVruA232flhVgd22fl VhdgeR64明渠明渠均勻層流均勻層流v1.流速分布流速分布v2.單寬流量單寬流量qv3.斷面平均流速斷面平均流速Vv4.沿程水頭損失沿程水頭損失hf及沿程水頭損失系數及沿程水頭損失系數)5 . 0(2yHygJu2max2HgJu33HgJq2max233QgJVHuA23flhVgH242fl VhRgeR24主主要要內內容容：v水頭損失的分類水頭損失的分類v液體運動的兩種流態（層流和紊流）液體運動的兩種流態（層流和紊流）v均勻流基本方程均

5、勻流基本方程v層流運動層流運動v沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式v紊流運動及紊流的流速分布紊流運動及紊流的流速分布v沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）v謝才公式謝才公式v局部水頭損失局部水頭損失沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式 管流管流的沿程水頭損失的沿程水頭損失： 明渠明渠的沿程水頭損失的沿程水頭損失：22fl Vhdg為沿程水頭損失系數，與流態、壁面狀態以及斷面特性有關。為沿程水頭損失系數，與流態、壁面狀態以及斷面特性有關。242fl VhRg主主要要內內容容：v水頭損失的分類水頭損失的分類v液體運動的兩種流態（層流

6、和紊流）液體運動的兩種流態（層流和紊流）v均勻流基本方程均勻流基本方程v層流運動層流運動v沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式v紊流運動及紊流的流速分布紊流運動及紊流的流速分布v沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）v謝才公式謝才公式v局部水頭損失局部水頭損失紊流的脈動現象和時均概念定義:把運動要素隨時間作不規則急劇變化的現象稱為脈動或稱紊動。 uuu紊流運動要素的瞬時值可分解為時均值和脈動值。紊流運動要素的瞬時值可分解為時均值和脈動值。紊流的切應力紊流的切應力 由于紊流的質點互相混摻由于紊流的質點互相混摻,紊流切應力除了粘滯切應力紊流切應

7、力除了粘滯切應力以外以外,還有由質點混摻引起的附加切應力還有由質點混摻引起的附加切應力-雷諾應力雷諾應力,即即 式中粘滯切應力由牛頓內摩擦定律表達。許多學者探式中粘滯切應力由牛頓內摩擦定律表達。許多學者探討了紊流附加切應力與流速梯度的關系，其中應用較廣討了紊流附加切應力與流速梯度的關系，其中應用較廣的是的是L.Prandtl于于1925年提出的混合長理論。年提出的混合長理論。L.Prandtl動量傳遞理論動量傳遞理論紊流切應力：紊流切應力：l=ky紊流的粘滯底層紊流的粘滯底層 在紊流中，壁面附近粘滯切應力起主要作用的液在紊流中，壁面附近粘滯切應力起主要作用的液層稱為粘滯底層層稱為粘滯底層:紊流

8、光滑面、過渡粗糙面和粗糙面紊流光滑面、過渡粗糙面和粗糙面紊流核心區紊流核心區 ：令：令：為摩阻流速為摩阻流速管道紊流流速分布管道紊流流速分布渠道紊流流速分布渠道紊流流速分布近壁面處近壁面處 ：l=ky主主要要內內容容：v水頭損失的分類水頭損失的分類v液體運動的兩種流態（層流和紊流）液體運動的兩種流態（層流和紊流）v均勻流基本方程均勻流基本方程v層流運動層流運動v沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式v紊流運動及紊流的流速分布紊流運動及紊流的流速分布v沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）v謝才公式謝才公式v局部水頭損失局部水頭損失沿程水頭損失

9、系數的試驗研究沿程水頭損失系數的試驗研究人工粗糙管道沿程水頭損失系數的試驗研究人工粗糙管道沿程水頭損失系數的試驗研究 _尼古拉茲實驗尼古拉茲實驗一、一、 層流區層流區: 2320,不同不同粗糙度的實驗值粗糙度的實驗值落于同一直線落于同一直線ab上上, 與與 無關無關,僅與僅與 有關有關:二、過渡區二、過渡區: 2320 4000 , 情況復情況復雜雜,不詳細分析不詳細分析.三、三、 紊流區紊流區:1.紊流光滑區紊流光滑區2.紊流過渡區紊流過渡區3.紊流粗糙區紊流粗糙區實用管道沿程水頭損失系數的試驗研究實用管道沿程水頭損失系數的試驗研究 Ks為當量粗糙度為當量粗糙度 主主要要內內容容：v水頭損失

10、的分類水頭損失的分類v液體運動的兩種流態（層流和紊流）液體運動的兩種流態（層流和紊流）v均勻流基本方程均勻流基本方程v層流運動層流運動v沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式v紊流運動及紊流的流速分布紊流運動及紊流的流速分布v沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）v謝才公式謝才公式v局部水頭損失局部水頭損失謝才公式謝才公式 1769年法國工程師謝才對明渠均勻流進行研究，年法國工程師謝才對明渠均勻流進行研究，總結出總結出v與與J的經驗公式：的經驗公式： RJCv RJCAQ 式中：式中：R為水力半徑，為水力半徑，J為水力坡度，為水力坡度，C為謝

11、才系數為謝才系數 RnC6/11n為糙率為糙率JKQ lKQhf22K為流量模數或特征流量。為流量模數或特征流量。RCAK 主主要要內內容容：v水頭損失的分類水頭損失的分類v液體運動的兩種流態（層流和紊流）液體運動的兩種流態（層流和紊流）v均勻流基本方程均勻流基本方程v層流運動層流運動v沿程水頭損失的一般公式沿程水頭損失的一般公式v紊流運動及紊流的流速分布紊流運動及紊流的流速分布v沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）沿程水頭損失系數的實驗研究（尼古拉茲試驗）v謝才公式謝才公式v局部水頭損失局部水頭損失212()2jVVhg22121112(1)22AVVgAg22222221(1)22A

12、VVgAg22jVhg局部水頭損失（通式）局部水頭損失（通式）管道管道突然突然擴大擴大管道管道突然突然收縮收縮2222210.5(1)22jVAVhgAg管道管道直角直角進口進口22220.522jVVhgg管道管道出口出口（出口（出口淹沒在水面下）淹沒在水面下）22111.022jVVhgg22112212()()22jpvpvhzzgggg1112122221()cos()p Ap AAp AgA lQ vv2212cos()gA lgA zz其中：其中：111122221221()()()p Ap AAp AgA zzQ vv上式兩邊除以上式兩邊除以 得：得：2gA1222112()()

13、()ppv vvzzggg2222211212()()222jv vvvvvvhgggg突然擴大：突然擴大：局部水頭損失局部水頭損失2211222221(1)2(1)2jAvhAgAvAg212()2jvvhg1212221()()()ppzzggv vvg通用公式：通用公式：為局部水頭損失系數為局部水頭損失系數不同下墊面對應的糙率取值不同下墊面對應的糙率取值下墊面下墊面村莊村莊樹叢樹叢旱田旱田水田水田道路道路空地空地河道河道糙率糙率0.070.0650.060.050.0350.0350.025-0.035例例1.有一水平管道，直徑有一水平管道，直徑d=12cm，取管段，取管段L=10m，

14、在管段兩端接一水銀壓差計，如圖，在管段兩端接一水銀壓差計，如圖，h=10cm。求：水流作用于管壁的切應力求：水流作用于管壁的切應力0。例例2.有一輸油管，管長有一輸油管，管長L=50m,管徑管徑d=0.1m。已知油的密度已知油的密度油油=930kg/m3，動力粘滯系數，動力粘滯系數=0.072Ns/m2，當輸油管的流量當輸油管的流量Q=0.003m3/s時，時，求輸油管的沿程水頭損失求輸油管的沿程水頭損失hf、管軸處的最大流速管軸處的最大流速Umax管壁處切應力管壁處切應力0例例3.水箱從左水箱經水管流入右水箱，管道為尖銳邊緣入口，水箱從左水箱經水管流入右水箱，管道為尖銳邊緣入口，該水管包括兩段：管段該水管包括兩段：管段1的管徑的管徑d1=30cm，管長，管長L1=600m，沿程水頭損失系數沿程水頭損失系數1=0.02；管段；管段2的管徑的管徑d2=15cm，管長，管長L2=450m，沿程水頭損失系數，沿程水頭損失系數2=0.025；進口局部水頭損失；進口局部水頭損失系數系數1=0.5，出口局部水頭損失系數，出口局部水頭損失系數2=1.0。兩水箱水面高。兩水箱水面高差差h=10m。假設水箱尺寸很大，水箱內水面不變。假設水箱尺寸很大，水箱內水面不變。試求水管流量