1、管流損失和水力計(jì)算實(shí)際流體都是有粘性的。粘性流體流經(jīng)固體壁面時(shí)，緊貼固體壁面的流體質(zhì)點(diǎn)將粘附在固體壁面上，它們之間的相對(duì)速度等于零，這一點(diǎn)與理想流體不同。既然流體質(zhì)點(diǎn)要粘附在固體壁面上，在固體壁面和流體的主流之間必定有一個(gè)由固體壁面的速度過渡到主流速度的流速變化區(qū)域；倘若固體壁面是靜止不動(dòng)的，則要有一個(gè)由零到主流速度v的流速變化區(qū)域。由此可見，在同樣的通道中流動(dòng)的理想流體和粘性流體，它們沿截面的速度分布是不同的。對(duì)于流速分布不均勻的粘性流體，在流動(dòng)的垂直方向上出現(xiàn)速度梯度，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的層流之間必定存在切向應(yīng)力，形成阻力。要克服阻力、維持粘性流體的流動(dòng)，就要消耗機(jī)械能，并不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能。

2、關(guān)于管流的能量損失，除少數(shù)問題可以用理論分析法加以計(jì)算外，多數(shù)實(shí)際問題因?yàn)楝F(xiàn)象復(fù)雜，數(shù)學(xué)分析上遇到很大困難，要依靠實(shí)驗(yàn)研究解決。一、粘性流體管內(nèi)流動(dòng)的能量損失粘性流體在通道中流動(dòng)的能量損失有兩大類。（一）沿程能量損失簡稱沿程損失，是發(fā)生在緩變流整個(gè)流程中的能量損失，是由流體的粘滯力造成的損失。這種損失的大小于流體的流動(dòng)狀態(tài)有密切的關(guān)系。通常管道流動(dòng)單位重量流體的沿程損失為：式中的沿程損失系數(shù)與流體的粘度、流速、管道的內(nèi)徑以及管壁粗糙度等有關(guān)，是一個(gè)零量綱系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。L為管道長度，d為管道內(nèi)徑，為單位重量流體的動(dòng)壓頭（速度水頭）。由上式可以看出，在同等條件下，管道越長，損失的能量越大，這是

3、沿程損失的特征。（二）局部能量損失流體在管道中流動(dòng)時(shí)的能量損失不僅有沿測(cè)長度方向的沿程能量損失，而且還有出現(xiàn)在局部管段的局部能量損失。局部能量損失主要是由于通流截面、流動(dòng)方向的急劇變化，引起速度場的迅速改變，增大流體間的摩擦、碰撞以及形成漩渦等原因造成的，通常管道流動(dòng)單位重量流體的局部能量損失表示為：式中為局部損失系數(shù)，是一個(gè)無量綱系數(shù)。局部損失系數(shù)除少數(shù)管件可用分析方法求得外，大部分管件都是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。 由于單位重量流體能量損失的量綱為長度，也稱它為水頭損失。下面分別介紹幾種常用管件的局部損失。圖1 管道截面突然擴(kuò)大(1) 管道截面突然擴(kuò)大如圖1所示，流體從小直徑的管道流往大直徑的管道，由

4、于流體有慣性，它不可能按照管道的形狀突然擴(kuò)大，而是離開小管后逐漸地?cái)U(kuò)大。因此，便在管壁拐角與流束之間形成漩渦，漩渦靠主流束帶動(dòng)著旋轉(zhuǎn)，主流束把能量傳遞給漩渦，漩渦又把得到的能量消耗在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，變成熱而散逸。另外，從小直徑管道中流出的流體有較高的速度，必然要碰撞大直徑管道中流速較低的流體，產(chǎn)生碰撞損失。管道截面突然擴(kuò)大時(shí)流體的局部能量損失可以用分析方法加以推算。為此，取圖1中1-1、2-2兩緩變流截面以及它們之間的管壁為控制面，計(jì)算液體流過該控制面的能量變化和動(dòng)量變化，從而求出損失的能量。根據(jù)連續(xù)方程有 （a）根據(jù)動(dòng)量方程有 （b）式中是作用于擴(kuò)大管凸肩圓環(huán)上的壓力。實(shí)驗(yàn)證明，于是上式可寫為對(duì)

5、截面1-1,2-2列能量方程（取動(dòng)量修正系數(shù)1） 將式（a）（b）代入上式，稍加整理得意即管道截面突然然過大的能量損失等于損失速度的速度頭。有 顯然，按小截面流速與按大截面流速計(jì)算的局部損失系數(shù)分別為圖2 管道出口 圖2所示 當(dāng)管道與大面積的水池相連時(shí)， 管道出口的能量損失，即管道中水流的速度頭完全消散于池水之中。 （2） 管道截面突然縮小圖3 管道截面突然縮小如圖3所示，流體從大直徑的管道流往小直徑的管道時(shí)，流線必須彎曲，流束必定收縮。當(dāng)流體進(jìn)入小直徑管道后，由于流體有慣性，流體將繼續(xù)收縮直至縮徑的最小截面，而后又逐漸擴(kuò)大，甚至充滿整個(gè)小直徑截面。在縮徑附近的流束與管壁之間有一充滿小漩渦的低

6、壓區(qū)，在大直徑截面與小直徑截面連接的凸肩處，也常有漩渦形成。所有漩渦運(yùn)動(dòng)都要消耗能量；在流線彎曲、流體的加速和減速過程中，流體質(zhì)點(diǎn)碰撞、速度分布變化等也都要造成能量損失。由于流體沿突然縮小管道的流動(dòng)是先收縮后擴(kuò)散，故它的能量損失也應(yīng)由兩部分組成。將該損失表示為令，稱流束的收縮系數(shù)。根據(jù)連續(xù)方程，由上式可得根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)，于是，足見其收縮損失很小，當(dāng)時(shí)，為等直管道，沒有收縮與擴(kuò)展，故，假設(shè)隨著比由0.118線性地減小到0,則由式（5-42）便可求得截面突然縮小管道的局部損失系數(shù)的近似值。收縮系數(shù)和局部損失系數(shù)的實(shí)測(cè)值列于表1.圖4 管道入口 如圖4所示，大面積的水池與管道相連時(shí)，管道截面突然縮小

7、的問題便成為管道入口的問題。由實(shí)驗(yàn)已知，管道入口的能量損失系數(shù)。（3）彎管圖5 流體在彎管中流動(dòng)的損失由三部分組成，一部分是由切應(yīng)力產(chǎn)生的沿程損失，特別是在流動(dòng)方向改變、流速分布變化中產(chǎn)生的這種損失；另一部分是形成漩渦所產(chǎn)生的損失；第三部分是由二次流形成的雙螺旋流動(dòng)所產(chǎn)生的損失。 如圖5a所示，當(dāng)流體沿彎管流動(dòng)時(shí)，彎管外側(cè)的壓強(qiáng)高，內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)低。流體由直管進(jìn)入彎管前，在截面處的壓強(qiáng)是均一的。流體進(jìn)入彎管后，外側(cè)由A到B的流動(dòng)為增壓過程（壓強(qiáng)梯度為正），B點(diǎn)壓強(qiáng)最高，從B到，壓強(qiáng)逐漸下降；內(nèi)側(cè)由到C，壓強(qiáng)逐漸下降，C點(diǎn)壓強(qiáng)最低，從C到D的流動(dòng)為增壓過程，直至進(jìn)入直管的截面處，壓強(qiáng)又趨于均一。在AB和CD這兩段增壓過程中，都有可能因邊界層能量被粘滯力消耗而出現(xiàn)邊界層分離，形成漩渦，造成損失。圖5b所示為矩形截面彎管內(nèi)的流動(dòng)，靠近上壁面ef和下壁面gh的流體因粘滯力的作用而流速降低，由上、下壁至中心線bc流速將逐漸增高。流體在彎管中流動(dòng)時(shí)，流速高的離心慣性大，所以沿中心線cb的壓強(qiáng)增量將大于沿ef和gh線的壓強(qiáng)增量。這樣，b處的壓強(qiáng)將大于f和g處的壓強(qiáng)，流體將自b處流向f和g處，而c處的流體也將靠離心慣性不斷地往b處流動(dòng)，這樣，c處的壓強(qiáng)將小于e和h處的壓強(qiáng)，二次流便在管道截面內(nèi)發(fā)生，其旋轉(zhuǎn)方向如圖中所示。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與主流相結(jié)合，便產(chǎn)生了雙螺