水力学第5章资料
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起始状态和有无扰动等因素有关。
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
雷诺在观察现象的同时，测量hf和v。 并绘制hf - v（或hf - lgv）的关系曲线。
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雷诺实验
第5章 管流损失和水力计算
沿程损失与流动状态有关
流速由低到高升高时 OABCD 流速由高到低降低时 DCAO
lg hf lg k n lg v hf kvn
第5章 管流损失和水力计算
第5 章 管流损失和水力计算
1
第5章 管流损失和水力计算
实际流体都是有粘性的。 粘性流体流经固体壁面时，紧贴固体壁面的流体质点将粘附在固体壁
面上，它们之间的相对速度等于零，这一点与理想流体不同。 既然质点要粘附在固体壁面上，在固体壁面和流体的主流之间必定有
一个由固体壁面的速度过渡到主流速度的流速变化区域；倘若固体壁 面是静止不动的，则要有一个由零到主流速度的流速变化区域。
R层e 流2000 R紊e 流2000
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Fra Baidu bibliotek
第5章 管流损失和水力计算
【例5-1】水在内径d=100mm的管中流动，流速v=0.5m/s，水的运动粘
度ν=1×10-6m2/s。试问水在管中呈何种流动状态？倘若管中的流体是 油，流速不变，但运动粘度ν’=31×10-6m2/s。试问油在管中又呈何种
整个管道单位重量流体能量损失
hw hf hj hw的量纲为长度 亦称水头损失
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第5章 管流损失和水力计算
5.2 粘性流体的两种流动状态
10
第5章 管流损失和水力计算 5.2 粘性流体的两种流动状态
雷诺实验
1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，提 出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。
本章内容
5.1 粘性流体管内流动的能量损失 5.2 粘性流体的两种流动状态 5.3 管道进口段中粘性流体的流动 5.4 圆管中粘性流体的层流流动 5.5 粘性流体的紊流流动 5.6 沿程损失的实验研究 5.7 非圆形管道沿程损失的计算 5.8 局部损失 5.9 管道流动的水力计算 5.10 几种常用的技术装置 5.11 液体出流
度更低的下临界速度 vcr (vcr 时v，cr )原先处于紊流状态的流动便会稳
定地转变为层流状态。
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
粘性流体存在两种流动状态——层流和紊流
当流速超过上临界速度 vc时r ，层流转变为紊流。 当流速低于下临界速度 vc时r ，紊流转变为层流。 当流速介于 vc、r v之cr 间时，流动可能是层流或紊流，与实验的
实验条件：液面高度恒定 水温恒定
11
第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
当水流速较低时
明晰的细小着色流束
不与周围的水混合 管内的整个流场呈一簇互相平行的流线
层流
12
第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
水的流速逐渐增大
开始时着色流束仍呈清晰的细线。 流速增大到一定数值，着色流束开始振荡，处于不稳定状态。
k、n由实验确定
v vcr n 1 v vcr n 1.75 ~ 2
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第5章 管流损失和水力计算
5.2 粘性流体的两种流动状态
靠临界流速来判别流体的流动状态和整理实验资料很不方便。
因为随着流体的粘度、密度以及流道线性尺寸的不同，临界流速也不 同。
要保证在粘滞力作用下的流动相似，两流动的雷诺数必须相等。
本章重点
沿程阻力（水头）损失计算 局部阻力（水头）损失计算
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第5章 管流损失和水力计算
5.1 粘性流体管内流动的能量损失
5
第5章 管流损失和水力计算 5.1.1 沿程能量损失
简称沿程损失
是发生在缓变流整个流程中的能量损失 是由流体的粘滞力造成的损失 这种损失的大小与流体的流动状态有着密切的关系
2
第5章 管流损失和水力计算
在同样的通道中流动的理想流体和粘性流体，它们沿截面的速度分布 是不同的。
对于流速分布不均匀的粘性流体，在流动的垂直方向上出现速度梯度， 在相对运动着的流层之间必定存在切向应力，形成阻力。
要克服阻力，维持粘性流体的流动，就要消耗机械能，并不可逆地转 化为热能。
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第5章 管流损失和水力计算
6
第5章 管流损失和水力计算
5.1.1 沿程能量损失
单位重量流体的沿程损失
hf
L d
v2 2g
达西－魏斯巴赫公式
λ——沿程损失系数，与流体的粘度、流速、管道内径以及管壁粗糙 度等有关；
L ——管道长度； v2/2g ——单位重量流体的动压头（速度水头）。
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第5章 管流损失和水力计算
5.1.2 局部能量损失
过渡流
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
水的流速增大到一定数值
振荡的流束突然破裂，在进口段的一定距离内完全消失，与周 围的流体混合。
流体质点作复杂的无规则运动。
紊流（湍流）
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
由层流过渡到紊流的速度极限值称为上临界速度 vc。r
继续增大流速，进一步增加流动的紊乱程度。 管内流速自高于上临界速度逐渐降低，当速度降低到比上临界速
雷诺数是判别流体流动状态的准则数 Re vd vd
Recr
vcr d
vcr d
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第5章 管流损失和水力计算
5.2 粘性流体的两种流动状态
不论流体的性质和管径如何变化，下临界雷诺数 Recr ,2上32临0 界
雷诺数
Re，cr 甚1至38更00高。
当 Re R时e，cr 流动为层流。
当 Re R时e，cr 流动为紊流。 当 Recr Re时 ，Re可cr 能是层流或紊流，处于极不稳定状态。
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第5章 管流损失和水力计算 5.2 粘性流体的两种流动状态
上临界雷诺数在工程上没有实用意义 把下临界雷诺数Recr作为判别层流和紊流的准则 对于工业管道，一般取圆管的临界雷诺数 Recr 2000
简称局部损失
是发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失。 是在管件附近的局部范围内主要由流体速度分布急剧变化、流体微团
的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。
管道流动单位重量流体的局部能量损失
hj
v2 2g
ζ——局部损失系数，是一个零量纲系数，由实验确定。
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第5章 管流损失和水力计算 5.1 粘性流体管内流动的能量损失
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
雷诺在观察现象的同时，测量hf和v。 并绘制hf - v（或hf - lgv）的关系曲线。
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雷诺实验
第5章 管流损失和水力计算
沿程损失与流动状态有关
流速由低到高升高时 OABCD 流速由高到低降低时 DCAO
lg hf lg k n lg v hf kvn
第5章 管流损失和水力计算
第5 章 管流损失和水力计算
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第5章 管流损失和水力计算
实际流体都是有粘性的。 粘性流体流经固体壁面时，紧贴固体壁面的流体质点将粘附在固体壁
面上，它们之间的相对速度等于零，这一点与理想流体不同。 既然质点要粘附在固体壁面上，在固体壁面和流体的主流之间必定有
一个由固体壁面的速度过渡到主流速度的流速变化区域；倘若固体壁 面是静止不动的，则要有一个由零到主流速度的流速变化区域。
R层e 流2000 R紊e 流2000
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第5章 管流损失和水力计算
【例5-1】水在内径d=100mm的管中流动，流速v=0.5m/s，水的运动粘
度ν=1×10-6m2/s。试问水在管中呈何种流动状态？倘若管中的流体是 油，流速不变，但运动粘度ν’=31×10-6m2/s。试问油在管中又呈何种
整个管道单位重量流体能量损失
hw hf hj hw的量纲为长度 亦称水头损失
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第5章 管流损失和水力计算
5.2 粘性流体的两种流动状态
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第5章 管流损失和水力计算 5.2 粘性流体的两种流动状态
雷诺实验
1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，提 出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。
本章内容
5.1 粘性流体管内流动的能量损失 5.2 粘性流体的两种流动状态 5.3 管道进口段中粘性流体的流动 5.4 圆管中粘性流体的层流流动 5.5 粘性流体的紊流流动 5.6 沿程损失的实验研究 5.7 非圆形管道沿程损失的计算 5.8 局部损失 5.9 管道流动的水力计算 5.10 几种常用的技术装置 5.11 液体出流
度更低的下临界速度 vcr (vcr 时v，cr )原先处于紊流状态的流动便会稳
定地转变为层流状态。
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
粘性流体存在两种流动状态——层流和紊流
当流速超过上临界速度 vc时r ，层流转变为紊流。 当流速低于下临界速度 vc时r ，紊流转变为层流。 当流速介于 vc、r v之cr 间时，流动可能是层流或紊流，与实验的
实验条件：液面高度恒定 水温恒定
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
当水流速较低时
明晰的细小着色流束
不与周围的水混合 管内的整个流场呈一簇互相平行的流线
层流
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
水的流速逐渐增大
开始时着色流束仍呈清晰的细线。 流速增大到一定数值，着色流束开始振荡，处于不稳定状态。
k、n由实验确定
v vcr n 1 v vcr n 1.75 ~ 2
18
第5章 管流损失和水力计算
5.2 粘性流体的两种流动状态
靠临界流速来判别流体的流动状态和整理实验资料很不方便。
因为随着流体的粘度、密度以及流道线性尺寸的不同，临界流速也不 同。
要保证在粘滞力作用下的流动相似，两流动的雷诺数必须相等。
本章重点
沿程阻力（水头）损失计算 局部阻力（水头）损失计算
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第5章 管流损失和水力计算
5.1 粘性流体管内流动的能量损失
5
第5章 管流损失和水力计算 5.1.1 沿程能量损失
简称沿程损失
是发生在缓变流整个流程中的能量损失 是由流体的粘滞力造成的损失 这种损失的大小与流体的流动状态有着密切的关系
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第5章 管流损失和水力计算
在同样的通道中流动的理想流体和粘性流体，它们沿截面的速度分布 是不同的。
对于流速分布不均匀的粘性流体，在流动的垂直方向上出现速度梯度， 在相对运动着的流层之间必定存在切向应力，形成阻力。
要克服阻力，维持粘性流体的流动，就要消耗机械能，并不可逆地转 化为热能。
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第5章 管流损失和水力计算
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第5章 管流损失和水力计算
5.1.1 沿程能量损失
单位重量流体的沿程损失
hf
L d
v2 2g
达西－魏斯巴赫公式
λ——沿程损失系数，与流体的粘度、流速、管道内径以及管壁粗糙 度等有关；
L ——管道长度； v2/2g ——单位重量流体的动压头（速度水头）。
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第5章 管流损失和水力计算
5.1.2 局部能量损失
过渡流
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第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
水的流速增大到一定数值
振荡的流束突然破裂，在进口段的一定距离内完全消失，与周 围的流体混合。
流体质点作复杂的无规则运动。
紊流（湍流）
14
第5章 管流损失和水力计算 雷诺实验
由层流过渡到紊流的速度极限值称为上临界速度 vc。r
继续增大流速，进一步增加流动的紊乱程度。 管内流速自高于上临界速度逐渐降低，当速度降低到比上临界速
雷诺数是判别流体流动状态的准则数 Re vd vd
Recr
vcr d
vcr d
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第5章 管流损失和水力计算
5.2 粘性流体的两种流动状态
不论流体的性质和管径如何变化，下临界雷诺数 Recr ,2上32临0 界
雷诺数
Re，cr 甚1至38更00高。
当 Re R时e，cr 流动为层流。
当 Re R时e，cr 流动为紊流。 当 Recr Re时 ，Re可cr 能是层流或紊流，处于极不稳定状态。
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第5章 管流损失和水力计算 5.2 粘性流体的两种流动状态
上临界雷诺数在工程上没有实用意义 把下临界雷诺数Recr作为判别层流和紊流的准则 对于工业管道，一般取圆管的临界雷诺数 Recr 2000
简称局部损失
是发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失。 是在管件附近的局部范围内主要由流体速度分布急剧变化、流体微团
的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。
管道流动单位重量流体的局部能量损失
hj
v2 2g
ζ——局部损失系数，是一个零量纲系数，由实验确定。
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第5章 管流损失和水力计算 5.1 粘性流体管内流动的能量损失