水力学局部水头损失
局部水头损失心得体会
局部水头损失心得体会这学期开始进行实验学习。
通过自己的实验来观察现象，验证公式的过程。
以前做过物理实验和化学实验，基本上都是验证以前所学过的理论知识的过程。
实验现象和实验结果基本上也是很明显，实验的误差也都在接受范围之内。
所以在做水力学实验之前，我想象也应该和前面一样。
实验的结果和现象应该很清晰，公式应该也很容易验证。
但事实好像并不是这样。
虽然每次做实验的时候，所得现象和自己所学所了解的很相似，但是有不少实验的现象也不是很明显，在验证公式的时候发现自己实验所得的结果好像无法验证出公式。
在为期八周的水力学实验学习中我还是学习到了很多东西。
首先便是让自己在上学期所学习的水力学课程有了巩固，并且有了更进一步的了解，对于抽象的只是有了具体的印象。
然后在做实验的过程中，我们自己还是要注意许多问题。
在做实验前必须预习一下该实验，回顾一下该实验所涉及到的知识点，了解该试验所做的是什么，所要验证的是什么知识或是什么现象。
如果没有预习好，那么做实验的时候就只能边看书边做了。
那样照着书的步骤做实验一点意思都没有，根本没有自己的想法，所以在做每一个实验之前预习是非常必要的，这样既能复习又能了解其中的实验核心思想，然后自己再来做实验的事后就能有自己的体会和发现了。
在具体实验操作的时候，还是有很多地方要注意的。
在每次做实验之前，老师都会讲该试验过程中应该注意的细节和他们的体会。
老师讲的地方尤其应该注意，做的时候要细心，慢，要稳定。
我们一共做了八个实验。
像前面刚开始做的静水压强实验就是观看现象的实验，这个实验只要没什么大差错就能很明显的观看到想要的现象。
像后面的动量方程实验、能量方程实验就是验证公式的了，这些都是将本来存在的规律通过转嫁到具体的现象来得出结果。
做这些实验的时候就要细心，慢慢的否则得出的数据就会产生比较的偏差，让实验结果失真。
在做水力学实验的时候，有两个原则几乎是都要遵守的。
由于水力学本身就是水的力学，所以每次在做试验之前，水管中的空气必须排除干净，否则水中就掺有大气了，所得的结果肯定有问题。
第4章 水头损失 ppt课件
消耗一部分液流机械能，转化为热能而散失。
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第4章 水头损失
7
水头损失hw
物理性质—— 粘滞性
固体边界——
相对运动
d d
u y
产生水 流阻力
水头损失的分类
沿程水头损失hf 局部水头损失hm
损耗机
械能hw
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第4章 水头损失
8
沿程水头损失hf
当限制液流的固体壁沿流动方向不变时，液流形 成均匀流，即过水断面上流速分布沿流动方向不变， 其水头损失与沿程长度成正比，总水头线呈下降直线； 这种水头损失叫做称沿程水头损失。
hw
图4-1
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第4章 水头损失
19
2. 过流断面的水力要素
液流边界几何条件对水头损失的影响 产生水头损失的根源是实际液体本身具
有粘滞性，而固体边界的几何条件（轮 廓形状和大小）对水头损失也有很大的 影响。（p54）
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第4章 水头损失
20
液流横向边界对水头损失的影响
外在原因 液体运动的摩擦阻力 边界层分离或形状阻力
大小
hf ∝ s
与漩涡尺度、强度, 边 界形状等因素相关
耗能方式
通过液体粘性将其能量耗散
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第4章 水头损失
15
总水头损失
hw
各种局部水头损失的总和
hw hf＋hm
各分段的沿程水头损失的总和
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第4章 水头损失
16
12
管道中的闸门局部开启
漩涡区
问题 管道中的闸门全部开启是什么水头损失？
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《水力学》第三章 液流型态及水头损失.
均 匀 流
均匀流时，无局部水头损失 8
非均匀 流
非均匀渐变流时，局部水头损失可忽略不计； 非均匀急变流时，两种水头损失都有。
9
3-3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系
在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析
，作用在该总流段上有下列各力。
一、压力
1-1断面 FP1 Ap1
2
局部水头损失（hj） ：发生在流动状态 急剧变化的急变流中的水头损失。是主要由 流体微团的碰撞、流体中的涡流等造成的损 失。
3
液流产生水头损失的两个条件
(1) 液体具有粘滞性。 (2) 由于固体边界的影响，液流内部质点之间
产生相对运动。 液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。
4
液流的总水头损失hw
hw hf hj
式中：hf 代表该流段中各分段的沿程水头损
失的总和；
hj 代表该流段中各种局部水头损失的
总和。
5
3-2 液流边界几何条件对水头损失的影响
一、液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失 的影响
可用过水断面的水力要素来表征，如过水断面的面积 A、湿周及力半径R等。
湿周： 液流过水断面与固体边界接触的周界线。
对浅宽明渠：
R h y
0 R
h
在宽浅的明渠均匀流中，过水
断面上的切应力也是按直线分
布的。水面上的切应力为零，离
渠底为y处的切应力为
13
hf
l
A
0 g
l R
0 g
由实验研究或量纲分析知： 0
8
2
由此得
hf
水力学基础：4水头损失课堂练习题
9.当管道尺寸及粗糙度一定时，随着流量的 不断加大，液流最终必达到（ ） Ａ．层流 Ｂ．紊流光滑区 Ｃ．紊流过渡粗糙区 Ｄ．紊流阻力平方区
10.尼古拉兹试验主要是研究（ ） Ａ．层流与紊流流态 Ｂ．沿程阻力系数的变化规律 Ｃ．渐变流与急变流流态 Ｄ．动水压强分布规律
液体运动产生水头损失的根本原因是液体具有 性。
➢沿程阻力系数λ的变化规律 ➢沿程水头损失通用计算公式、谢齐公式、局部水
头损失的通用计算公式等公式的应用
1.局部水头损失主要发生在（ ） Ａ．顺直管道中 Ｂ．顺直河段中 Ｃ．均匀流中 Ｄ．边界有变化的地方
2.能直观演示出水流的层流与紊流流态的试 验是（ ） A．普朗特试验 Ｂ．牛顿试验 Ｃ．尼古拉兹试验 Ｄ．雷诺试验
3.圆管水流的下临界雷诺数为（ ） A．200 Ｂ．2000 Ｃ．4000 Ｄ．10000
4.沿程水头损失与断面平均流速一次方成正 比的水流为（ ）
A. 层流 B. 紊流光滑区 C. 紊流过渡区 D. 紊流粗糙区
5.紊流断面上的流速分布（ ） Ａ．为抛物线型 Ｂ．比层流均匀 Ｃ．没有层流均匀 Ｄ．极不规则
按水流运动的固体边界情况，将水头损失分为沿程水
头损失和
损失两类。
水头损失可分为沿程水头损失和局部水头损失。均匀
流时，只有
水头损失。
单位流程上的水头损失称为
。
紊流时，水流各点的流速、压强等运动要素随时间出现
时大时小的波动现象，称为
现象。
可以用
数来判别水流是层流还是紊流。
紊流粗糙区的沿程水头损失与断面平均流速的
3.如图所示的有压涵管，其管长L=10m，管径 d=1.0m，上、下游水位差H=0.2m，涵管沿程阻 力系数λ=0.02，进口的局部阻力系数ζ1=0.5，出 口的局部阻力系数ζ2=1.0m，各系数均对应于涵管 中的水流断面平均流速V，上、下游河渠中的流速
第4章 水头损失
2. 过流断面的水力要素
液流边界几何条件对水头损失的影响 产生水头损失的根源是实际液体本身具有粘滞性，而固
体边界的几何条件（轮廓形状和大小）对水头损失也 有很大的影响。（p54）
20
3 工程第项4目章 管水理头规损划失
液流横向边界对水头损失的影响
过水断面的面积 ω：过水断面的面积是一个因素 ，但仅靠过水断面面积尚不足表征过水断面几 何形状和大小对水流的影响。
R
22
3 工程第项4目章 管水理头规损划失
例 子：
管道
d2
d
R 4 d
d 4
23
3 工程第项4目章 管水理头规损划失
矩形断面明渠
R bh b 2h
h b
24
3 工程第项4目章 管水理头规损划失
梯形断面明 渠
a
(b 2mh b)h (b mh)h
2
m=tgθ
a h
b
b 2 h2 (hm)2 b 2h 1 m2
雷诺：O.Osborne Reynolds (1842～1912) 英国力学家、物理学家和工程师，杰出实验科学家
1867年-剑桥大学王后学院毕业
1868年-曼彻斯特欧文学院工程学教授
1877年-皇家学会会员
1888年-获皇家勋章
1905年-因健康原因退休
第4章 水头损失
30
3 工程项目管理规划
雷诺兴趣广泛，一生著述很多，近70篇论文都有很 深远的影响。论文内容包括
§4.1 沿程水头损失及局部水头损失
1. hf & hm
理想液体的运动是没有能量损失的，而实际液 体在流动的中为什么会产生水头损失 ?
5
3 工程第项4目章 管水理头规损划失
水力学 局部水头损失量测实验
水力学局部水头损失量测实验水力学是研究水流流动特性的学科，它旨在研究和分析水的流动机理，以便系统和准确地描述水的流动过程。
水头损失（水头损耗）是指水流穿过管道时，由于中间的障碍（包括水力阀、排污阀等）而产生的纵向阻力，致使水体所带来的机械能（抽水机提升的能量）减少所拥有的水头，这就是水头损失所指的含义。
局部水头损失量测实验是水力学专业研究的一个基本实验，其目的是为了研究设立的管道中的流体的流变属性，它能够反映在流线方向上的变化和弯半径变化，观测流体动力学参数的变化情况，从而为提高大型水工结构的效率提供科学依据。
它主要分为直管内流测试和阀体内流测试，其原理大致相同。
实验首先安装实验装置，将直管和阀体安装在垂直安装，装置包括液体填充管、正压值表、胸管、水池和控制器等，将实验水体从水池中泵出穿行其中，实验过程采用液体温度和压力的定时记录和比较，计算出不同的参数值，用来检验水头损失的大小。
经过实验，此种装置能够很好地检测出管道中水头损失的大小，可以改善水力学模型以及水力结构的设计。
本实验中，我们在设计水工结构MyCompany制造的水池处，进行局部水头损失量测实验，首先将水池罩体（此处用以安装阀体）安装完毕后，将水填充至下料管中，打开压力表，检查压力变化。
随后，安装完成的阀体依次加入，当装置安装完成后，系统会自动开启流量计，以观察水头损失的变化。
在实验过程中，我们经过重新检查参数，得出结论：原告安装完成后，液体填充和排水阀理想运转情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。
在实验过程中，我们也可以观测流线的变化的变化趋势，并根据实验室的数据，研究出来的结果除了对水力学领域的新发现之外，还可以作为其他设计和制造水工结构的参考依据。
总的来说，局部水头损失量实验是一种能够反映管道内水头损失大小的实验和装置，能够提高大型水工结构的效率并得出新的研究发现。
而在MyCompany制造的水池处，我们完成了局部水头损失量实验，得出结论：在此安装完成后，液体填充和排水阀运行情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。
水力坡度计算公式水头损失
水力坡度计算公式水头损失水力坡度是指水流在一定长度内的高度变化，它是水力学中非常重要的参数之一。
在水利工程中，我们经常需要计算水流在一定长度内的水头损失，以便合理设计水利工程，保证水流的稳定和有效利用。
本文将介绍水力坡度计算公式和水头损失的相关知识，希望能对相关领域的工程师和研究人员有所帮助。
水力坡度计算公式。
水力坡度是指单位长度内水位的变化，通常用Δh/L来表示，其中Δh是水流的高度变化，L是水流的长度。
水力坡度的计算公式为：S = Δh/L。
其中，S表示水力坡度，单位为米/米。
在实际工程中，通常需要根据具体情况来计算水力坡度，以便合理设计水利工程。
水头损失。
水头损失是指水流在流动过程中由于各种因素导致的水位降低，是水力学中一个重要的概念。
水头损失通常包括摩擦损失、局部阻力损失和其他附加损失等。
摩擦损失是水流在管道或河道中流动时，由于水流与管道或河床之间的摩擦力而导致的水位降低。
摩擦损失与水流的流速、管道或河床的粗糙度等因素有关，通常可以根据经验公式或实验数据来计算。
局部阻力损失是指水流在流经管道弯头、突变、收缩等地方时由于流动的不均匀而导致的水位降低。
局部阻力损失通常需要根据具体的工程情况来计算，可以通过模型试验或数值模拟等方法来获得。
其他附加损失包括出流损失、入流损失等，这些损失通常是由于水流与空气接触、水流与水体接触等因素导致的水位降低。
这些附加损失通常需要根据具体情况来计算，可以通过实验或经验公式来获得。
水头损失的计算。
水头损失的计算通常需要考虑各种因素的综合影响，根据具体情况来确定各种损失的大小。
在实际工程中，通常可以通过以下步骤来计算水头损失：1. 确定水流的流速和流量。
水流的流速和流量是计算水头损失的基础，通常可以通过实验或测量来获得。
2. 确定水流的摩擦损失。
摩擦损失通常可以通过经验公式或实验数据来计算，根据水流的流速、管道或河床的粗糙度等因素来确定摩擦损失的大小。
3. 确定水流的局部阻力损失。
《水力学》——水头损失
2.局部水头损失 2.局部水头损失 定义：由于液流局部边界的急剧改变所引起的阻力，从而引起流速的急剧变化， 流速的急剧变化 定义：由于液流局部边界的急剧改变所引起的阻力，从而引起流速的急剧变化，
加剧液流之间相互摩擦和碰撞而导致的附加阻力，称为局部阻力。 加剧液流之间相互摩擦和碰撞而导致的附加阻力，称为局部阻力。 局部阻力 单位质量液体克服局部阻力所损失的水头称为局部水头损失。 表示。 单位质量液体克服局部阻力所损失的水头称为局部水头损失。用hj表示。 局部水头损失
产生的物理原因：尽管局部阻力产生的原因各异， 产生的物理原因：尽管局部阻力产生的原因各异，但是其物理原因都是由于液体
存在粘滞性 任何断面形状的改变，都将引起流速的重新分布，改变了流体的流速。 粘滞性， 存在粘滞性，任何断面形状的改变，都将引起流速的重新分布，改变了流体的流速。
产生的条件：急变流区域。例如通过管道进口、突然扩大、突然收缩、 产生的条件：急变流区域。例如通过管道进口、突然扩大、突然收缩、
Rec＝2320
因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。如管径为d 管中流速为v 因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。如管径为d，管中流速为v，液体的 以下临界雷诺数作为判别流态的标准 运动粘滞系数为ν 则相应的雷诺数 雷诺数为 运动粘滞系数为ν，则相应的雷诺数为
由于临界流速有两个，故临界雷诺数也有两个， 由于临界流速有两个，故临界雷诺数也有两个，即 上临界雷诺数 下临界雷诺数 试验发现上临界雷诺数易受外界干扰，数值不稳定。 =12000， 试验发现上临界雷诺数易受外界干扰，数值不稳定。有的得到 =12000，有的 上临界雷诺数易受外界干扰 =20000。如在试验前将水静止几天后再做试验， 值可达到40000 50000。 40000～ 得到 =20000。如在试验前将水静止几天后再做试验， 值可达到40000～50000。 而下临界雷诺数却是个比较稳定的数值，试验得到管流的下临界雷诺 下临界雷诺数为 而下临界雷诺数却是个比较稳定的数值，试验得到管流的下临界雷诺数为
水力学 局部水头损失量测实验
= ( A2 A1
− 1)2
v22 2g
≡ζ2
v22 2g
，
或
hj
=
(v2 − v1)2 2g
= (1 −
A1 )2 A2
v12 2g
≡
ζ1
v12 2g
.
可见
ζ1
= (1 −
A ( A2 A1
− 1)2 .
z 突扩圆管局部水头损失之所以能够导出上述解析表达式是因为：①我们假设 1-1 断面上
2． 掌握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管 的实测值与经验值比较。
3． 学习用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。
实验步骤
1． 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2． 查阅用测压管量测压强和用体积法（手工、自动）量测流量的原理和步骤。 3． 对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动抽水机，打开进
实验数据记录
仪器编号：
有关常数：d1 = mm，d2 =
mm
测
测管液面高程读数
次
∇ 1 ∇ 2 ∇ 3 ∇ 4 ∇ 5 ∇ 6 ∇ 7 ∇ 8 ∇ 9 ∇ 10 ∇ 11 ∇ 12 ∇ 13 ∇ 14 ∇ 15
1
2
#
测次
测管液面高程读数
∇ 16
∇ 17
∇ 18
∇ 19
∇ 20
∇ 21
1
2
#
流量
Δt
ΔV
应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。经过测量两断面的测管
水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头损失。
z 局部水头损失系数是局部水头损失折合成速度水头的比例系数，即
流体力学 水力学 流动阻力和水头损失
控制流体流速：通过调节阀门、泵等设备控制流体的流速避免过高的流速导致阻力增大。
控制流体压力：通过调节阀门、泵等设备控制流体的压力避免过高的压力导致阻力增大。
避免压力波动：通过安装压力调节器、缓冲器等设备避免流体压力的波动减少阻力和水头损失。
采用低阻力管道：选择低阻力的管道如光滑的管道、低阻力的弯头、阀门等减少阻力和水头损 失。
质量守恒方程：描述流体 的质量变化
动量守恒方程：描述流体 的动量守恒
能量守恒方程：描述流体 的能量守恒
流体：液体和气体统称为流体
水力学：研究水流运动规ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的科学
流体力学：研究流体运动规律的科学
流体运动：流体在力的作用下产生的运 动
流动阻力：流体在运动过程中受到的阻 力
水头损失：水流在流动过程中损失的能 量
采用低压降流体处 理技术如采用低压 降泵、低压降阀等
采用高效流体处理 技术如采用高效过 滤器、高效换热器 等
采用节能流体处理 技术如采用节能泵、 节能阀等
采用智能流体处理 技术如采用智能控 制阀、智能流量计 等
流动阻力和水头损 失的应用实例
流动阻力：在给排水工程中流动阻力主要来源于管道的摩擦和弯道、阀门等设备的阻力
压力：流体压力越大流动阻力越大 水头损失越大
流体密度：流体密度越大流动阻力 越大水头损失越大
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
温度：流体温度越高流动阻力越大 水头损失越大
流体粘度：流体粘度越大流动阻力 越大水头损失越大
流动阻力和水头损 失的控制和减小方 法
管道材料：选择 具有低摩擦系数、 耐腐蚀、耐磨损 的材料如不锈钢、 聚乙烯等
水力学基本原理
水力学定义：研究液体和气体在运动状态下的力学规律 研究对象：液体和气体在运动状态下的力学规律 研究内容：包括流体静力学、流体动力学、流体热力学等 应用领域：水利工程、船舶工程、航空工程、环境工程等
第四章 水头损失
Lg（100λ）
r0 15 r0 15 r0 15 r0 15 r0 15
lgRe
观察上图， λ 与Re、Δ /d的关系可分为几个区说明：
①层流区间
Re 2300
λ 只与Re有关，与Δ /d无关。为一直线，理论 与实验相符。hf kv ②过渡区间
3、同样粗糙度的管道，直径小，Δ 影响大，直径大， Δ 影响小，因此粗糙度的影响通过Δ /d反映出来。 hf ∝ Δ /d ——相对粗糙度 4、实验表明：阻力与动压头成正比 hf ∝v2/2g
因此，由以上分析，可得： 2 L v hf f Re, d 2g d 令 f (Re ， ) ——沿程阻力系数 d L v2 所以 h f d 2 g ——达西公式 由达西公式可看出，要确定沿程水头损失，关键 任务在于确定沿程阻力系数λ 。
采用柯列勃洛克公式计算λ值
1 2.51 0.6 105 2 lg( ) 2 lg(1.35104 ) 3.7d Re
采用迭代公式法（试算法），使等式两边相等， 解得近似值λ2=0.0178
3）计算沿程水头损失
4Q 4 0.1 V 1.415 m / s 2 2 d 0.3
解： 1）判断流态
4Qd 4 0.1 Re 2 4.2 10 5 d 0.3 1.01 10 6 vd
0.15 0.0005 d 300
2）据Re、Δ/d确定λ a.查P57图4-8得λ1=0.018
b.用公式计算
1000d/Δ=1000×300/0.15=2×106 10d/Δ=10×300/0.15=2×104 故10d/Δ<Re<1000d/Δ,在紊流过度区.
水力学与泵站实验—局部水头损失
对于突然缩小的局部阻力系数为:h f(v i V 2)22g或h f1)2V 2 2g2 V22 -2g 或 h f(1A 1)2 V 1A 2)2g2 V12g0.5(1 A 2)A《流体力学、泵与泵站综合实验》实验报告开课实验室：流体力学实验室评 语一、实验目的1. 掌握三点法、四点法测量局部水头损失与局部阻力系数的技能。
2. 验证圆管突然扩大局部阻力系数公式及突然缩小局部阻力系数经验公式。
3.加深对局部水头损失机理的理解。
二、实验原理由于流动边界急剧变化所产生的阻力称局部阻力，克服局部阻力引起的水头损失称局部水头 损失。
为满足工程需要，使断面形状、面积大小和流动方向改变，从而流动边界产生各种各样的 空变，这些突变甚至还可能是它们的某几种变化的综合形式。
从内部机理上，局部阻力或是由于边界面积大小变化引起的边界层分离现象产生，或是流动方向改变时形成的螺旋流动造成，或者两者都存在造成的局部阻力因此，很难能用一个公式表示。
通常，局部水头损失用局部阻力系数E 和流速水头的乘积表示，即v 2 2g绝大多数的局部阻力系数E 只能通过实验测定，不同的边界开关局部阻力系数E 不同，只有 少数局部阻力系数可以用理论分析得出。
如突然扩大的局部水头损失与阻力系数：课程名称流体力学与水泵实验实验项目局部水头损失实验成绩年 月曰教师签名：年 月曰h f三、使用仪器、材料1.自循环供水器2.实验台3.可控硅无级调速器4.恒压水箱5.溢流板6.稳水孔板7突然扩大实验管段8.测压计9.滑动测量尺10.测压管11.突然收缩实验管段12.实验力量调节阀四、实验步骤1）熟悉实验仪器，记录有关参数。
2）打开电源供水，待水箱溢流恒定后全开流量调节阀，排除实验管道内气体管道内气体排净后关闭流量调节阀，检查测压管液面是否齐平。
3）全开流量调节阀，待流量稳定后，采用时间体积法测算流量，并计算通过各管段的流速，同时读取测压管液面高度。
4）调节流量调节阀开度，逐级放大流量，重复步骤3,测试5组流量，记录数据到计算表中。
水力学课件 第4章层流和紊流、液流阻力和水头损失
实验结果——关于流态
1. vc΄> vc 2. v< vc 为层流
v > vc΄ 为紊流 3. vc <v< vc΄ 为过渡区
14
实验结果——关于hf与v的关系 lg hf lg k m lg v
取反对数得：hf kvm
AB段 (层流)：
m 1(1 45 ) ; hf ~ v1
DE段 (紊流)：
（2）紊流过渡粗糙区 （ , Re)
d
结论：
① 沿程水头损失系数既和Re有关也 和相对粗糙度有关
4.9.1人工粗糙管的试验研究— 尼古拉兹试验
3紊流区 lg Re 3.6
(3)紊流粗糙区
()
d
结论：
① λ和Re无关，只和相对粗糙度有关； ② hf是v的2次方
讨论
紊流分区与壁面分类关系:
Re vd
——雷诺数
Rec
vc d
为下临界雷诺数；
Rec
vcd
为上临界雷诺数。
G
对于圆管，临界雷诺数相对稳定：
Rec 2300
17
雷诺数的物理意义：惯性力与粘性力的比
F
V
dv dt
L3 U T
L2U 2
UL
T A du L2 U LU
dy
L
对于非圆管：
Re vR
过 水 断 面 上 ， 水 流 与 固 体 边 界 接 触 的 长 度 ， 称 为 湿 周 ， 用 表 示 。
l
( z1
p1 g
)
(z2
p2 g
)
'
l
gA' gR'
( z1
p1 g
)
水力学实验报告(管道局部水头损失实验)
1 638 5.07 125.84 21.96 80.59 26.70 25.70
2 849 7.35 115.51 20.16 73.97 27.70 26.70
3 922 9.78 94.27 16.45 60.37 29.50 28.70
4 556 10.40 53.46 9.33 34.24 31.80 31.60
实验测得的局部水头损失系数为 0.56，理论计算得水头损失系数为 0.53,误差为 5.6%。 实验所得损失系数偏大，原因是操作过程中的一些误差导致了额外的水头损失，具体有： （1） 管道存在沿程水头损失，造成额外的水头损失。 （2） 管道中可能有一些未彻底排净的气体，对水流造成影响。 （3） 转动阀门后，应待水流稳定后才可测量，不适当的时机测量可能会导致误差。 （4） 由于测压管读数需将尺垂直放置，测量时没有校正工具，可能导致尺子倾斜，测压管读 数偏大。 七、 回答实验指导书中有关问题
一、
实验的目的
1. 掌握测定管道局部水头损失系数 ζ的方法。 2. 将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。 3. 观测管经突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况和水流情况，以及其他各种边界突变
情况下的测压管水头线的变化情况。 二、 实验原理和装置 由于边界形状的急剧改变，水流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而 消耗一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是水头损失。 边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。 局部水头损失常用流速水头与与系列的乘积表示。 ������������ = ������ 式中： ������ 为局部水头损失系数。 系数 ������ 是流动形状与边界形状的函数， 即 ������ = ������（Re， 边界形状） 。一般水流 Re 数足够大时， 可认为系数 ������ 不再随 Re 数而变化，而看作常数。 管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析，并可得出足够精确的结果。其他情 ������ 2 2g
水力学 液流形态和水头损失
第三章 液流形态和水头损失考点一 沿程水头损失、局部水头损失及其计算公式1、沿程水头损失和局部水头损失计算公式（1）水头损失的物理概念定义：实际液体运动过程中，相邻液层之间存在相对运动。
由于粘性的作用，相邻流层之间就存在内摩擦力。
液体运动过程中，要克服这种摩擦阻力就要做功，做功就要消耗一部分液流的机械能，转化为热能而散失。
这部分转化为热能而散失的机械能就是水头损失。
分类：液流边界状况的不同，将水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失。
（2）沿程水头损失：在固体边界平直的水道中，单位重量的液体自一个断面流至另一个断面损失的机械能就叫做该两个断面之间的水头损失，这种水头损失是沿程都有并随沿程长度增加而增加的，所以称作沿程水头损失，常用h f 表示。
沿程水头损失的计算公式为达西公式对于圆管 gv d L h f 22λ= 对于非圆管 gv R L h f 242λ= 式中，λ为沿程阻力系数，其值与液流的流动形态和管壁的相对粗糙度d /∆有关，其中∆称为管壁的绝对粗糙度，)(Re,df ∆=λ； L 为管长；d 为管径；v 为管道的断面平均流速；R 为水力半径； v 为断面平均流速。
（3）局部水头损失：当液体运动时，由于局部边界形状和大小的改变，液体产生漩涡，或流线急剧变化，液体在一个局部范围之内产生了较大的能量损失，这种能量损失称作局部水头损失，常用h j 表示。
局部水头损失的计算公式为 gv h j 22ζ= 式中，ζ为局部阻力系数；其余符号同前。
（4）总水头损失对于某一液流系统，其全部水头损失h w 等于各流段沿程水头损失与局部水头损失之和，即 ∑∑+=ji fi w h h h2、湿周、水力半径（1）湿周χ：液流过水断面与固体边界接触的周界线，是过水断面的重要的水力要素之一。
其值越大，对水流的阻力和水头损失越大。
（2）水力半径R : 过水断面面积与湿周的比值，即 χAR =单靠过水断面面积或湿周，都不足以表明断面几何形状和大小对水流水头损失的影响。
局部水头损失实验
根据实测，建立B点突缩前后两端面能量方程：
又由突缩断面局部水头损失旳经验公式有：
三、试验措施与环节
1. 开启开关，待水箱内出现溢流后，关闭流量调整阀。
2.排气。 ① 打开排气阀，排除管内气体（流量调整阀处于关闭状
态）； ② 局部气泡旳排除：打开流量调整阀或用洗耳球向侧压
局部水头损失试验
水力学试验教学课件
一、试验目和要求
掌握三点法、四点法量测局部水头阻力系数旳技能； 经过对圆管突扩局部阻力系数旳涉及达西公式和突缩
局部阻力系数旳经验公式旳试验验证与分析，熟悉用 理论分析法和经验法建立函数式旳途径； 加深对局部水头损失机理旳了解
二、试验原理
试验管道由 小→大→ 小三种管道 构成，共设 有六个测压 孔，测孔1-3 和3-6分别测 量突扩和突 缩旳局部阻 力系数。
二、试验原理
写出局部阻力前后两断面旳能量方程，根据推导条件， 扣除沿程水头损失可得： 1、突扩断面 采用三点法计算，测点1-2点间旳距离为2-3点间旳距 离旳二分之一，故
hf 12 hf 23 / 2
根据实测，建立1-1，2-2两端面能量方程。
即： 理论值：
2、突缩断面 本试验采用四点法计算。4-B点间距与3-4点间距相等； B-5点间距与5-6点间距相等。 故：
架内加气，可排除管道内局部气体（1管除外）。
三、试验措施与环节
3．检验测压管液面是否齐平（流量调整阀处于关闭状 态）；不然，需排气调平。
4.开始试验 打开流量调整阀至流量Q最大，而且在测量 范围内（即测压管读数在可读范围内），统计流量、 测压管读数；变化流量Q，反复上述试验。
四、试验统计
1．统析与讨论
局部水头损失计算系数
管道及明渠各种局部水头损失系数第一部分 1、突然扩大ζ1)112(-=A A 2ζ2)211(A A -= 22、逐渐扩大ζ值见下表3、突然缩小ζ=0.5)121(A A -4、逐渐缩小ζ值见右图5、进口斜角进口ζ=0.5+0.3cosa+0.2cos 2 aa 为倾角度圆角进口圆管 0.2方管切角进口内插进口直角进口喇叭口6、出口ζ值见下表A1/A2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 ζ0.81 0.64 0.49 0.36 0.25 0.16 0.09 0.04 0.01 7、弯管ζ=（0.131+0.1632（d/ρ）3..5）(a/90o)0..58、折管ζ=0.94sin2a/2+2.05sin4a/29、岔管甲、普通Y型对称分岔管乙、圆锥状对称分岔管（分叉开始后形成逐渐收缩的圆锥形）10、闸板或阀门ζ值见下表a/d 0 0.125 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0ζ∞97.3 35.0 10.0 4.6 2.06 0.98 0.44 0.17 0.06 011、蝶形阀甲、部分开启ζ值见下表a 5o10o15o20 o25o30o35o40o45o50o55o60o65o70o 90 ζ0.24 0.52 0.9 1.54 2.51 3.91 6.22 0.8 18.7 32.6 58.8 118 256 751∞乙、全开ζ值见下表a/d 0.10 0.15 0.20 0.25ζ0.05~0.10 0.10~0.16 0.17~0.24 0.25~0.3612、截止阀全开4.3~6.1 13、平板门槽全开0.2~0.414、弧形闸门门槽全开0.215、滤水网甲、无底阀2~3无底阀乙、有底阀d/mm 40 50 75 100 150 200 250 300 350 400 500 750ζ 12.0 10.0 8.5 7.0 6.0 5.2 4.4 3.7 3.4 3.1 2.5 1.6第二部分：明渠中的各种局部水头损失 16、拦污栅ζ=βsina(t/b)4/3 式中t 为格栅厚度，b 为格栅净间距，a 为格栅倾角，β为格栅的断面形状系数，其值见下图。
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p1 1
p1'
1θ
G
3
z1
2
p2 v2 x
z2 2
0
0
过流断面中， 1-1 部分与原管道重合，可以认为
是渐变流，而扩大后的侧部 1-3 是漩涡区，假定为渐变流
v1 p1' 3
p1 1
p1'
1θ
G
3
z1
2
p2 v2 x
z2 2
0
0
因此，入流断面近似为渐变流； 2-2 断面为渐变流断面。
对这两个断面应用能量方程，并忽略沿程能量损失，则
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
应用理论求解局部水头损失是较为困难的
原因：急变流条件下，固体边界上的动水压强 不好确定。目前，只有断面突然扩大的 情况可用理论求解，其他情况通过试验定。
2v2 2
? 2v1v2 2g
?
( v12 2g
?
v22 ) 2g
hj
?
(v1
? v2 )2 2g
hj
?
(v1 ? v2 )2 2g
??
v1 ?
A2 v2 A1
，v2
?
A1v1 A2
hj
?
?1
v12 2g
?
?2
v22 2g
?2
?
( A2 A1
? 1)2
?1
?
(1 ?
A1 )2 A2
式中，ζ称作局部阻力系数
本节以圆管突然扩大的局部水头损失为例介绍
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3
p2 v2
z1 x
z2 2
0
0
圆管突然扩大的局部水头损失
v1 p1' 3
p1 1
p1'
1θ
G
3
z1
2
p2 v2 x
z2 2
0
0
圆管的断面从 A1突然扩大至 A2，液流自小断面进
入大断面，四周形成漩涡。
v1 p1' 3
? ?Q(? 2v2 ? ? 1v1 ) ? p1 A2 ? p2 A2 ? γA2( z1 ? z2 )
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3
θ
p2 v2
z1 x
?Q(? 2v2 ? ?1v1 ) ? p1 A2 ? p2 A2 ? G sin ?
G sin ? ? γA2 L sin ? ? γA2 (z1 ? z2 )
? hj
hj
? (z1 ?
z2
)
?
(
p1 γ
?
p2 ) ? (α1v12 γ 2g
?
α2v22 ) 2g
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
考虑水流的向动量方程，则
z2 2
0
0
? Q(? 2v2 ? ?1v1) ? p1A2 ? p2 A2 ? G sin ?
G sin ? ? γA2 Lsin ? ? γA2 (z1 ? z2 )
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
z2 2
0
0
z1 ?
p1 ? γ
α1 v1 2 2g
＝z2
?
p2 γ
?
α 2v2 2 2g
?
hj
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
z2 2
0
0
z1 ?
p1 γ
?
α1v12 2g
＝z2
?
p2 ? α2v22 γ 2g
2
z2
0? ?Q(? 2v2 ? ?1v1 ) ? p1 A2 ? p2 A2 ? γA2 (z1 ? z2 )
0
化简得到
( z1
?
z2 )
?
(
p1 γ
?
p2 ) ? γ
? 2v22 ? ? 1v1v2
g
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
z2 2
0 hj
?
( z1
?
z2
)?
? ? Q(? 2v2 ? ? 1v1) ? p1A2 ? p2 A2 ? γA2 (z1 ? z2 )
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
z2 2
0
0
?Q(? 2v2 ? ? 1v1) ? p1A2 ? p2 A2 ? G sin ?
G sin ? ? γA2 L sin ? ? γA2( z1 ? z2 )
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
z2 2
0
0
流股脱离固体边界，四周形成漩涡，然后流股逐渐扩
大，经过距离约 (5~8)D 后才与大断面吻合。
v1 p1' 3
p1 1
p1'
1θ
G
3
z1
2
p2 v2 x
z2 2
0
0
为了求出流股在经过突然扩大的水头损失，考
察进流断面和 2－2出流过水断面。
v1 p1' 3
A1
D
v1
A2
θ
v2 d
hj
?
ζ2
v22 2g
hj
?ζ
v2 2g
H
l1
l2
0
d1
d2 0
水从水箱流入到一管径不同的管道，管道连接如图
已知
d1=150mm; l1=25m; λ1= 0.037 d2= 125mm; l2=10m; λ2= 0.039
H
l1
l2
0
d1
v1
d2 0 v2
ζ1=0.5（进口）；ζ2=0.15；ζ3=2.0 （流速水头相应于局部水头损失后的流速） （一）沿程水头损失； （二）局部水头损失； （三）保持流量为25000cm3/s 所需要的水头
H
l1
l2
0
d1
v1
hf1
?
?1
l1 d1
v12 2g
?
0.63m
hf 2
?
?2
l2 d2
v2 2 2g
?
0.663m
hj
?
?1
v12 2g
??2
v22 2g?ຫໍສະໝຸດ ?3v2 2 2g
?
0.506m
以0-0为基准，写出1-1和2-2断面的能量方程
d2 0 v2
H
?
v2 2
2g
?
hw
(
p1 γ
?
p2 ) ? ( α1v12 ?
γ
2g
α2v2 2 ) 2g
0
( z1
?
z2
)
?
(
p1 γ
?
p2 ) ? γ
?
v2
22
?
? 1v1v2
g
v1 p1' 3
p1 1
2
p1'
1θ
G
3 p2 v2
z1 x
z2 2
0
0
hj
?
?
v2
22
? ?1v1v2
g
?
( α1v12 2g
?
α2v22 ) ? 2g
A1
A1
A2
v1
v2
ζ ? 0.5 （1? A2）??? A1
hj
?
ζ2
v22 2g
A2 A1
d
v1
θ
v2
D
hj
?
ζ2
v22 2g
ζ2
?
k ( A2 A1
? 1) 2
? ? 8 ? 10 ? 12 ? 15 ? 20 ? 25 ?
k ? 0 .14 0.16 0.22 0.30 0.42 0.62
一般情况，局部水头损失可表为
h ? ? v2
j
2g
式中，ζ可由试验确定可查表；
v 为发生局部损失上游，或下游断面的平均流速， 见表5-3（P86）局部水头损失系数表。
A1 v1
A2 v2
ζ 1＝（1 ?
A1 ）2 ?? A2
?
hj
?ζ1
v12 2g
ζ
2＝（
A2 A1
－1）2 ??
?
hj
?ζ2
v2 2 2g