流动阻力和水头损失
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Tianjin Institute of Urban Construction
第4章 流动阻力和水头损失
能源与机械工程系
2020/10/25
给排水工程
【教学重点】
Tianjin Institute of Urban Construction
1．实际流体的两种流动型态的判别 ； 2．均匀流的基本方程； 3．圆管层流与紊流的流速分布； 4．沿程阻力系数及沿程水头损失的计算; 5. 局部水头损失的计算 。
（2） 2000 kd ＝＞
k 0.105 m s
2020/10/25
水力学
给排水工程
四、 紊流的成因
Tianjin Institute of Urban Construction
22002200//1100//2255
流水体力力学学
给设排备水和工热程动
Tianjin Institute of Urban Construction
Hinze：紊流是一个相当熟悉的概念，但至今仍不能给 出一个很好的定义，使其能评价其特征。
杨本洛: 对一个以不规则作为必要条件写出的现象，试图 寻找它的规则的研究是永远不会成功的。
为什么雷诺数可以作为判别流态的一般准则?
层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，扰动就 受到粘性的阻滞而衰减下来，层流就是稳定的。当扰动占上 风时，粘性的稳定作用无法克服使扰动衰减下来，于是扰动 便变为紊流。因此，流动呈现何流动状态，取决于扰动的惯 性作用和粘性的稳定作用相互斗争的结果。
2020/10/25
水力学
给排水工程
2、水头损失的分类
沿程损失hf
hf 1
hf 2
Tianjin Institute of Urban Construction
hf 3
hf 4
沿程都有并随沿程长度而增加的能量损失，称作沿程水头损
失，常用hf表示。
2020/10/25
水力学
给排水工程
局部损失 进口 突然放大 突然缩小
2020/10/25
水力学
给排水工程
雷诺数反映了惯性力和粘滞力的对比关系。
Tianjin Institute of Urban Construction
2020/10/25
水力学
给排水工程
第四节 圆管中的层流运动Tianjin Institute of Urban Construction
2）由于固体边界的影响，液流内部质点间产生相对运动。
（外因）
y
切应力分布
τ
2020/10/25
水力学
流速分布
u
给排水工程
液体经过时的局部损失包括五段：
Tianjin Institute of Urban Construction
进口、突然放大、突然缩小、弯管和闸门。
进口 突然放大 突然缩小
弯管
闸门
雷诺数： Re Vd
临界雷诺数： Rek
Vk d
对于圆管：
22002200//1100//2255
流水体力力学学
给设排备水和工热程动
明渠
Tianjin Institute of Urban Construction
A (b mh)h R
b 2h 1 m 2
m
h
b
Re ρ vR μ
沿程损失与局部损失的特征，当量粗糙度、当量直径 的概念，紊流沿程阻力系数的计算
2020/10/25
水力学
给排水工程
第一节
水头损失的概念及分类 Tianjin Institute of Urban Construction
一、水流阻力与水头损失
1. 水头损失产生的原因：
du
dy
1）液体具有粘滞性；（内因）
运动轨迹极不规则，各部分 流体剧烈掺混－紊（湍）流
2020/10/25
水力学
给排水工程
二、h与f V 之间的关系
Tianjin Institute of Urban Construction
OABD：流速由小 到大。
EDCAO：流速由 大到小。
2020/10/25
水力学
给排水工程
Tianjin Institute of Urban Construction
Tianjin Institute of Urban Construction
弯管
闸门
流动急剧调整产生的流动阻力为局部阻力；
总的水头损失为：
2020/10/25
水力学
给排水工程
二 、 能量损失的计算公式
Tianjin Institute of Urban Construction
1. 沿程水头损失
（1） 在OA段，V Vk， m1 1.0 。
hf V 1.0 （2）在DE段，V Vk， m2 1.75 ~ 2.0
hf V 1.75~ 2.0
（3) 在AD段，流动状态不稳定，为过渡区。
2020/10/25
水力学
给排水工程
Tianjin Institute of
三. 流态的判别—雷诺数(Reynolds nUurbman Cbonestrr)uction
2020/10/25
水力学
给排水工程
Tianjin Institute of
一、层流与紊流( Laminar and TurbulenUt rfblaonwC)onstruction
各液层之间毫不相混，这种 分层有规律的流动－层流
2020/10/25
水力学
给排水工程
Tianjin Institute of Urban Construction
hfБайду номын сангаас
l
d
v2 2g
2. 局部水头损失
hj
v2 2g
或
pf
l d
v 2
2
或
pj
v 2
2
！关键是各种流动条件下无因次系数 和 的 计算。
2020/10/25
水力学
给排水工程
第二节
雷诺实验
层流与紊流 Tianjin Institute of Urban Construction
大量的实践表明，沿程损失的规律与流体运动状态密切 相关，雷诺（Reynolds）通过大量实验研究后，发现 实际流体运动存在着两种不同的状态，即层流 （laminar flow）和紊（湍）流（Turbulent flow） 两种流动类型。两种流动类型中沿程损失规律大不相同。 下面来介绍雷诺是如何发现流体运动的这两种流态的。
＝Re > Rek ＝ 500 紊流
2020/10/25
水力学
给排水工程
Tianjin Institute of Urban Construction
【 例4-1 】 已知：d 0.025m ， 1.0 m s ，
1.31106 m2 s
求：（1）判别流态;
（2）求临界速度k ?
解：
（1） Re d 19100 2000 （紊流）
第4章 流动阻力和水头损失
能源与机械工程系
2020/10/25
给排水工程
【教学重点】
Tianjin Institute of Urban Construction
1．实际流体的两种流动型态的判别 ； 2．均匀流的基本方程； 3．圆管层流与紊流的流速分布； 4．沿程阻力系数及沿程水头损失的计算; 5. 局部水头损失的计算 。
（2） 2000 kd ＝＞
k 0.105 m s
2020/10/25
水力学
给排水工程
四、 紊流的成因
Tianjin Institute of Urban Construction
22002200//1100//2255
流水体力力学学
给设排备水和工热程动
Tianjin Institute of Urban Construction
Hinze：紊流是一个相当熟悉的概念，但至今仍不能给 出一个很好的定义，使其能评价其特征。
杨本洛: 对一个以不规则作为必要条件写出的现象，试图 寻找它的规则的研究是永远不会成功的。
为什么雷诺数可以作为判别流态的一般准则?
层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，扰动就 受到粘性的阻滞而衰减下来，层流就是稳定的。当扰动占上 风时，粘性的稳定作用无法克服使扰动衰减下来，于是扰动 便变为紊流。因此，流动呈现何流动状态，取决于扰动的惯 性作用和粘性的稳定作用相互斗争的结果。
2020/10/25
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2、水头损失的分类
沿程损失hf
hf 1
hf 2
Tianjin Institute of Urban Construction
hf 3
hf 4
沿程都有并随沿程长度而增加的能量损失，称作沿程水头损
失，常用hf表示。
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局部损失 进口 突然放大 突然缩小
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水力学
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雷诺数反映了惯性力和粘滞力的对比关系。
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给排水工程
第四节 圆管中的层流运动Tianjin Institute of Urban Construction
2）由于固体边界的影响，液流内部质点间产生相对运动。
（外因）
y
切应力分布
τ
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水力学
流速分布
u
给排水工程
液体经过时的局部损失包括五段：
Tianjin Institute of Urban Construction
进口、突然放大、突然缩小、弯管和闸门。
进口 突然放大 突然缩小
弯管
闸门
雷诺数： Re Vd
临界雷诺数： Rek
Vk d
对于圆管：
22002200//1100//2255
流水体力力学学
给设排备水和工热程动
明渠
Tianjin Institute of Urban Construction
A (b mh)h R
b 2h 1 m 2
m
h
b
Re ρ vR μ
沿程损失与局部损失的特征，当量粗糙度、当量直径 的概念，紊流沿程阻力系数的计算
2020/10/25
水力学
给排水工程
第一节
水头损失的概念及分类 Tianjin Institute of Urban Construction
一、水流阻力与水头损失
1. 水头损失产生的原因：
du
dy
1）液体具有粘滞性；（内因）
运动轨迹极不规则，各部分 流体剧烈掺混－紊（湍）流
2020/10/25
水力学
给排水工程
二、h与f V 之间的关系
Tianjin Institute of Urban Construction
OABD：流速由小 到大。
EDCAO：流速由 大到小。
2020/10/25
水力学
给排水工程
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Tianjin Institute of Urban Construction
弯管
闸门
流动急剧调整产生的流动阻力为局部阻力；
总的水头损失为：
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水力学
给排水工程
二 、 能量损失的计算公式
Tianjin Institute of Urban Construction
1. 沿程水头损失
（1） 在OA段，V Vk， m1 1.0 。
hf V 1.0 （2）在DE段，V Vk， m2 1.75 ~ 2.0
hf V 1.75~ 2.0
（3) 在AD段，流动状态不稳定，为过渡区。
2020/10/25
水力学
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三. 流态的判别—雷诺数(Reynolds nUurbman Cbonestrr)uction
2020/10/25
水力学
给排水工程
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一、层流与紊流( Laminar and TurbulenUt rfblaonwC)onstruction
各液层之间毫不相混，这种 分层有规律的流动－层流
2020/10/25
水力学
给排水工程
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hfБайду номын сангаас
l
d
v2 2g
2. 局部水头损失
hj
v2 2g
或
pf
l d
v 2
2
或
pj
v 2
2
！关键是各种流动条件下无因次系数 和 的 计算。
2020/10/25
水力学
给排水工程
第二节
雷诺实验
层流与紊流 Tianjin Institute of Urban Construction
大量的实践表明，沿程损失的规律与流体运动状态密切 相关，雷诺（Reynolds）通过大量实验研究后，发现 实际流体运动存在着两种不同的状态，即层流 （laminar flow）和紊（湍）流（Turbulent flow） 两种流动类型。两种流动类型中沿程损失规律大不相同。 下面来介绍雷诺是如何发现流体运动的这两种流态的。
＝Re > Rek ＝ 500 紊流
2020/10/25
水力学
给排水工程
Tianjin Institute of Urban Construction
【 例4-1 】 已知：d 0.025m ， 1.0 m s ，
1.31106 m2 s
求：（1）判别流态;
（2）求临界速度k ?
解：
（1） Re d 19100 2000 （紊流）