第二讲：水头损失的根源及分类

水力分析与计算主讲人：肖婷婷水头损失的根源及分类提出问题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?

一、产生水头损失的原因

理想液体：运动时没有相对运动，流速是均匀分布，无流速梯度和粘性切应力，因而，也不存在能量损失。一、产生水头损失的原因实际液体:实际液体具有粘性，液体质点会粘附在壁面上，从而引起流速在壁面法向上较大的变化梯度，相邻流层之间产生摩擦切应力。通过摩擦剪切的作用，高速流层受到低速流层的摩擦阻力，做功后造成液体的部分机械能转化为热能而散失。在我们的实际学习和工作中，应坚持唯物辩证的方法去看待问题，才能得出全面的结论。一、产生水头损失的原因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。其中，液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。二、水头损失的分类固体边壁作为液流的边界条件会显著地影响这一系统的机械能与热能的转化过程。按固体边壁沿流程变化的不同，可将水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失两大类。1.沿程水头损失𝒉𝒇当固体边壁沿程不变（边壁形状、尺寸、流动方向均无变化），液流做均匀流时，在液流内部以及液流与固体边壁之间产生的沿程不变的切应力，称为沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程水头损失，以𝒉𝒇表示。由于沿程水头损失沿流程均匀分布，大小与流程长度成正比，因而沿程水头损失的大小也与流程长度成正比。二、水头损失的分类2.局部水头损失hj当固体边壁沿流程急剧改变，使液流内部的流速重新分布，质点间进行剧烈动量交换而产生的阻力称为局部阻力。克服局部阻力引起的能量损失称为局部水头损失，以hj表示。二、水头损失的分类局部水头损失一般集中发生在很短的流段内，如转弯、突然放大、突然收缩、闸阀等处。二、水头损失的分类3.沿程水头损失与局部水头损失的区别沿程水头损失hf局部水头损失hj发生边界平直的固体边界水道中产生漩涡的局部范围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二、水头损失的分类水头损失hw

∑hf

——整个流程中各均匀流段或渐变流段的沿程水头损失之和。∑hj——整个流程中各种局部水头损失之和。三、液流边界几何条件对水头损失的影响

1.液流边界横向轮廓的形状和尺寸对水头损失的影响液流边界横向轮廓的形状和尺寸对水头损失的影响，可用水力要素（过水断面积A、湿周χ、水力半径R）表示。水流过水断面与固体周边接触的周界称为湿周χ，水流过水断面与湿周的比值称为水力半径R。三、液流边界几何条件对水头损失的影响

（2）矩形渠道，水力半径为：bh（1）对于圆管，水力半径为：d:管道直径三、液流边界几何条件对水头损失的影响2.液流边界纵向轮廓的对水头损失的影响边界纵向轮廓不同，水流有均匀流和非均匀流。（1）均匀流只有沿程水头损失；（2）非均匀渐变流局部水头损失可忽略不计；（3）非均匀急变流两种水头损失均存在。案例分享液体流经管道时的沿程损失包括四段：hf1hf2hf3hf4图1案例分享液体经过时的局部损失包括五段：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图2小结一、水头损失产生的根源主要是由于实际液体具有粘滞性二、水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失两类三、液流边界横向轮廓和纵