第四章-液流型态与水头损失

2020/4/101第四章第四章液流型态与水头损失液流型态与水头损失2020/4/102我们在第三章中，有意回避了液体在流动过程中的能量损失，即水头损失hw，而hw在实际工程中又是必须要解决的，欲求能量损失必须要知道液流的内部结构和外部边界特征。因此，液流型态与水头损失是本章的理论重点。§1水流阻力与水头损失水流阻力水流阻力按其作用面分为两类：一类是水流与其固体边界之间的外摩擦力外摩擦力，另一类是水流内部各液层间流速不同而产生的内摩擦力内摩擦力（切应力）。液体要想运动，必须克服这些阻力，而克服阻力的过程就是能量损耗的过程。因此，水流阻力与水头损失是前因后果的关系。由于液流边界特征不同，由此产生的阻力和造成的能量损失各异。2020/4/103例如在图4-1中，管道AB段边界顺直，水流平顺，水流内外阻力的大小沿流程稳定少变，而在管道B点、C点、闸门D和弯曲处E的地方，边界急剧改变，并产生漩涡区，水流阻力和水头损失急剧增加，因此，应分别对它们进行研究。2020/4/104一、沿程水流阻力与沿程水头损失在平顺的边界约束下，水流作均匀流或渐变流运动，由此而产生的水流内部的摩擦力称为沿程水流沿程水流阻力阻力，克服沿程水流阻力做功而消耗的能量称为沿程水头损失程水头损失，常用hf表示，其大小与沿程长度有关，距离越长，hf越大，且均匀地产生，故图4-1中AB段的总水头线呈直线下降，到B点下降了hfAB。二、局部水流阻力与局部水头损失在固体边界突然变化处，流速分布急剧改变，并出现与主流分离的漩涡区，而漩涡的出现极大地影响了水流运动，由此产生的阻力称为局部阻力局部阻力。局部阻力的范围虽小，但这个范围内的水流极度波动和振动，漩涡撞击、分裂再形成，使漩涡与主流间形成很大的流速差，导致液层间切应力急剧增大。2020/4/105因此，局部阻力远远大于沿程阻力局部阻力远远大于沿程阻力。我们把克服局部阻力做功而消耗的能量称为局部水头损失局部水头损失，用hj表示。虽然hj是发生在边界急变的局部范围内，但在实际分析与计算hj时，通常把它看成是发生在通常把它看成是发生在突变的横断面上突变的横断面上，与沿程水头损失相互独立和相互与沿程水头损失相互独立和相互叠加叠加，故有局部水头损失的地方，总水头线突然降落。因此，某一流段内总水头损失hw可按下式计算：jifiwhhh