第四章水流形态与水头损失PPT课件

1、能量损失在工程中的应用（二）水利工程中的输水渠道水利工程中的输水渠道第1页/共28页市政工程中的管网水力计算市政工程中的管网水力计算能量损失在工程中的应用（三）第2页/共28页农田水利中的节水灌溉管网农田水利中的节水灌溉管网喷灌系统喷灌系统能量损失在工程中的应用（四）第3页/共28页学习要点学习要点1 1理解水头损失产生原因和分类。理解水头损失产生原因和分类。2 2掌握液体运动两种形态和判别方法。理解掌握液体运动两种形态和判别方法。理解雷诺数雷诺数ReRe的物理意义。的物理意义。3 3掌握沿程水头损失变化规律和确定方法。掌握沿程水头损失变化规律和确定方法。重点掌握达西公式。重点掌握达西公式。4

2、 4掌握局部水头损失的计算方法。掌握局部水头损失的计算方法。第4页/共28页第5页/共28页沿程阻力：沿程阻力：边界顺直，水边界顺直，水流稳定，水流内摩擦力流稳定，水流内摩擦力沿流程不变。我们将沿沿流程不变。我们将沿程均匀分布的水流内摩程均匀分布的水流内摩擦力称为沿程阻力擦力称为沿程阻力。沿程水头损失：沿程水头损失：克服沿程克服沿程阻力做功而引起的能量阻力做功而引起的能量损失称为沿程水头损失。损失称为沿程水头损失。二、能量损失的分类：二、能量损失的分类：1.1.沿程阻力和沿程水头损失沿程阻力和沿程水头损失录像第6页/共28页第7页/共28页常见的局部水头损失录像第8页/共28页总水头损失总水头

3、损失h hw w= =沿程损失沿程损失h hf f+ +局部损失局部损失h hj jfabhbcfhcdfhjahbjhc jhgv221gv222abfh第9页/共28页第10页/共28页第11页/共28页第12页/共28页第13页/共28页第14页/共28页1. 1. 沿程水头损失计算公式沿程水头损失计算公式gvRlhf242圆管：圆管：处于不同流态和边界条件，水流的处于不同流态和边界条件，水流的值不同。值不同。四、沿程四、沿程水头损失的计算水头损失的计算第15页/共28页沿程水头损失系数的变化规律沿程水头损失系数的变化规律尼古拉兹实验：尼古拉兹实验：第16页/共28页 1 1）层流状态）

4、层流状态(Re(Re2000)2000)层流的层流的仅是仅是ReRe的函数，而且水头损失的函数，而且水头损失h hf f与流与流速速v v的一次方成正比。的一次方成正比。64Re 2 2）过渡区）过渡区(2000(2000ReRe4000)4000) 过渡区过渡区仅与仅与ReRe有关，而与相对光滑度有关，而与相对光滑度无关。无关。2.2.沿程水头损失系数的变化规律：沿程水头损失系数的变化规律：第17页/共28页 紊流光滑区：紊流光滑区：类似于层流，类似于层流，只与只与ReRe有关而与有关而与相对粗糙度相对粗糙度/d/d无关。无关。 紊流粗糙区：紊流粗糙区：与与ReRe无关，只与相对粗糙度无关，

5、只与相对粗糙度/d/d有关有关 ，而且水头损失，而且水头损失h hf f与流速与流速v v的二次方成正的二次方成正比，所以紊流粗糙又称为阻力平方区。比，所以紊流粗糙又称为阻力平方区。 紊流过渡区：紊流过渡区：既与既与ReRe有关，也与有关，也与/d/d有关。有关。 3 3）紊流状态）紊流状态(Re(Re4000)4000) 3.3.沿程水头损失系数的变化规律：沿程水头损失系数的变化规律：第18页/共28页4.4.紊流沿程水头损失系数的确定：紊流沿程水头损失系数的确定：（1 1）紊流光滑区）紊流光滑区伯拉修斯经验公式：伯拉修斯经验公式：尼古拉兹公式：尼古拉兹公式：（2 2）紊流过渡区）紊流过渡区

6、柯柯-怀公式：怀公式：（3 3）紊流粗糙区）紊流粗糙区尼古拉兹公式：尼古拉兹公式：25. 0Re316. 0398. 0)lg(Re21)7 . 3Re51. 2lg(21d8 . 0)lg(Re212)7 . 3lg(21d2)5 .11lg(21R明流管流明流管流第19页/共28页五、沿程水头损失的经验公式五、沿程水头损失的经验公式1.1.明渠均匀流的流速计算公式：明渠均匀流的流速计算公式：V=C R JC舍齐系数R水力半径J水力坡度V断面平均流速n粗糙系数舍齐公式舍齐公式第20页/共28页五、沿程水头损失的经验公式五、沿程水头损失的经验公式1.1.明渠均匀流的流速计算公式：明渠均匀流的流

7、速计算公式：V=C R J2.2.水头损失的计算水头损失的计算公式：公式：C舍齐系数R水力半径J水力坡度n粗糙系数J =LhfC=R1/6n舍齐公式舍齐公式hf=V2LC2RgC8公式使用条件：紊流粗糙区（阻力平方区）公式使用条件：紊流粗糙区（阻力平方区）第21页/共28页六、局部水头损失的计算六、局部水头损失的计算1.1.局部水头损失产生的原因局部水头损失产生的原因 局部水头损失产生于边界发生明显改变的地局部水头损失产生于边界发生明显改变的地方，使水流形态发生了很大的变化。其特点为能方，使水流形态发生了很大的变化。其特点为能耗大、能耗集中。耗大、能耗集中。 2.局部水头损失计算公式局部水头损

8、失计算公式22hjg第22页/共28页3.3.其它常用的局部水头损失系数其它常用的局部水头损失系数( (规范规范) )突然扩大突然缩小闸阀三通汇流管道弯头管道进口分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区第23页/共28页本章重点本章重点1.1.产生水头损失的原因：内因、外因产生水头损失的原因：内因、外因2.2.熟练掌握流态判别标准：雷诺数熟练掌握流态判别标准：雷诺数ReRe3.3.熟练掌握沿程损失和局部损失的计算方法：熟练掌握沿程损失和局部损失的计算方法：4.4.理解沿程阻力系数的确定方法：理解沿程阻力系数的确定方法：尼古拉兹实尼古拉兹实验验5.5.理解局部阻力系数的确定方法：查表理解局部阻

9、力系数的确定方法：查表 6.6.掌握舍齐公式计算明渠的流速和水头损失：掌握舍齐公式计算明渠的流速和水头损失：gvdlhf2222hjgV=C R Jhf=V2LC2Rjfwhhh第24页/共28页例例1 1：管道直径管道直径 d d = 2.5cm= 2.5cm，通过流量，通过流量 Q Q = 0.25L/s = 0.25L/s，水温水温T T10100 0C C。试判断管中水流流态。试判断管中水流流态。典型例题典型例题解：解：已知已知水温水温T T10100 0C C，查表得水的运动粘滞系数查表得水的运动粘滞系数 = 1.31x10= 1.31x106 6m m2 2/s/s。2244dQd

10、QAQv2000Re97241031. 1105 . 214. 31025. 044Re623kdQvd管内流速：管内流速：雷诺数：雷诺数：结论：紊流结论：紊流第25页/共28页例例2 2：有一混凝土衬砌的引水隧洞，糙率有一混凝土衬砌的引水隧洞，糙率n=0.014n=0.014，洞径洞径d=2.0md=2.0m，洞长，洞长 L=1000mL=1000m，求引水隧洞通过流量，求引水隧洞通过流量Q=5.65mQ=5.65m3 3/s/s时的沿程水头损失。时的沿程水头损失。解：解：lRvnlRCvhf342222mdAR5 . 04smdQAQv/8 . 1214. 365. 54422mlRvnhf625. 110005 . 08 . 1014. 034223422第26页/共28页 例例3 3：从水池接出一管路，布置如图所示。若已知：从水池接出一管路，布置如图所示。若已知：d d1 1=150mm=15