水头损失及其分类.ppt

5液流形态与水头损失 前一章讨论了理想液体和实际液体的能量方程 方程中有一项为水头损失 本章首先对理想液体和实际液体 在不同边界条件下的液流特征进行剖析 认清水头损失的本质 在此基础上 重点介绍水头损失变化规律及其计算方法 水头损失变化规律及其计算方法 5 1水头损失及其分类 5 1 1水流阻力与水头损失 5 1 2横纵断面水力要素对水头损失的影响 5 1水头损失及其分类 5 1 1水流阻力与水头损失 5 1 2横纵断面水力要素对水头损失的影响 理想液体的运动是没有能量损失的 而实际液体流动为什么会产生水头损失 理想液体 运动时没有相对运动 流速均匀分布 无流速梯度和粘性切应力 因而 不存在能量损失 实际液体 具有粘性 过水断面上流速分布不均匀 相邻液层间有相对运动 也就存在内摩擦力 液体要运动 就要克服摩擦阻力 水流阻力 做功 消耗一部分液流机械能 转化为热能而散失 水流阻力就是粘性切应力 用单位液重的能量损失hw表示水流的能量损失 水头损失 依据边界条件以及作用范围 沿程损失hf 局部损失hj hw 沿程水头损失hf hf s 在平直的固体边界水道中 单位液重的液体从一个断面流至另一个断面的机械能损失 这种水头损失随沿程长度的增加而增加 故称沿程水头损失 局部水头损失hj 用圆柱体绕流说明局部水头损失hj 局部水头损失hj 液体绕圆柱体流动 分析通过圆心的一条流线 图中红线 通过圆心的红线是一条流线 液体质点流向圆柱体时 流线间距逐渐增大 流速逐渐降低 由能量方程可知 压强必然逐渐增加 A C 理想液体 沿柱面两侧边壁附近的流动 A C B C A C B C 由于液体绕流运动无能量损失 因此 液体从A B时 A和B点的流速和压强相同 其他流线情况类似 实际液体绕圆柱流动 A C B C 近壁液体从C B运动时 液体动能一部分用于克服摩擦阻力 另一部分用于转化为压能 越用越少 以至于没有足够动能完全恢复为压能 理想液体全部恢复 在柱面B以上的某一位置D 流速降低为零 不再继续下行 D点以上的液体就要改变流向 沿另一条流线运动 使主流脱离圆柱面 形成分离点 D D 漩涡区 D 漩涡区 D 漩涡区 漩涡体形成 运转 经过一段时间后 逐渐消失 漩涡区中产生了较大的能量损失 D 流速分布急剧变化 漩涡区中产生了较大的能量损失 D 漩涡区中产生了较大的能量损失 漩涡的形成 运转和分裂 流速分布急剧变化 都使液体产生较大的能量损失 这种能量损失产生在局部范围之内 叫局部水头损失hj 突然管道缩小 产生漩涡的局部范围 局部水头损失 沿程水头损失 hf s 发生边界 平直的固体边界水道中 大小 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 外在原因 液体运动的沿程阻力 边界层分离 水头损失 沿程损失hf 局部损失hj 液体以下管道时的沿程损失包括四段 5 1水头损失及其分类 5 1 1水流阻力与水头损失 水头损失 沿程损失hf 局部损失hj 5 1水头损失及其分类 5 1 1水流阻力与水头损失 5 1 2横纵断面水力要素对水头损失的影响 液流横向边界对水头损失的影响 A 过水断面的面积 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 由于两个因素都不能完全反映横向边界对水头损失的影响 将过水断面的面积和湿周结合起来 用R表示 全面反映横向边界对水头损失影响 R越大 则水头损失越小 水力半径R 液流纵向边界对水头损失的影响 液流纵向边界的水力要素包括 底坡 局部障碍 断面形状沿程发生变化等 这些要素对水头损失的综合效果表现为液流产生渐变流 还是急变流 急变流会增加液流的水头损失 均匀流 沿程水头损失非均匀流渐变流 沿程水头损失非均匀急变流 沿程和局部水头损失 均匀流 A R v沿程不变 液流只有沿程水头损失 测压管水头线和总水头线是平行的 l z1 P1 P2 z2 v1 v2 hf p1 p2 1 1 2 2 v1 v2 0 0 总水头线J 测压管水头线Jp 均匀流 A R v沿程不变 液流只有沿程水头损失测压管水头线和总水头线是平行的 非均匀流 A R v沿程改变 液流有沿程和局部水头损失 测压管水头线和总水头线是不平行的曲线 非均匀渐变流 局部水头损失可忽略 沿程水