ABD
BD：层流向紊流过度区
DE：紊流区 m = 1.75- 2.0(q2 > 45o)
V > Vc , hf ? V 1.75: 2.0
流速由小至大 流速由大至小
lgV
3.流态的判别——雷诺数
下临界雷诺数 上临界雷诺数
Rek
=
Vcd n
Re'k
=Leabharlann Vc'd nn ——运动粘滞系数
n= m r
上临界雷诺数不稳定，故工程中采用下临界雷诺数作为层流、紊 流的判别标准，且偏安全。
2 Z2
τ0 P1=Ap1
τ0
O
O
在均匀流中，任取一段总流进行受力分析：
T = Lc t 0 P2=Ap2
G=ρgAL
1）两端断面上动水压力： P1=Ap1 P2=Ap2 2）侧面上动水压力：垂直于流束； 3）侧面上的切力： T = Lc t 0 Lx—流束侧面表面积
4）重力：
G = r gAL
均匀流加速度为零，液流处于平衡状态，故：
hf 4
闸hj
门
各分 种段 局的 部沿 水程 头水 损头 失损的失总的和总和
雷诺实验
1.雷诺实验
颜色水
颜不色再水保呈 直持直 线线 逐形 渐，状 弯交， 曲错不 、散与 动乱周荡运围，动的但，水仍向流保四相持周混直扩。线散。
颜色水
1提8出83了年流英h体国f 运物动理存学在家两雷种诺形对态粘：性层流颜流体色和进水紊行流实。验，
2.沿程水头损失hf与平均流速v的关系
雷诺实验 流速由小到大：ACDE
lghf
E
C对应的流速：层流→紊流
（上临界流速 Vc' ）
流速由大到小：EDBA
B对应的流速：紊流→层流
A
（下临界流速 Vc ）
O
AB：层流区， m = 1(q1 = 45o)
D θ2
C θB1
Vc Vc¢
V < Vc , hf ? V1.0
难点：沿程损失和局部损失计算。
第四章 水流阻力与水头损失
主要内容：
@水头损失的分类 @液体运动的两种流态 @沿程水头损失与切应力的关系 @圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算 @紊流特征 @沿程阻力系数的变化规律 @沿程水头损失经验公式——谢才公式 @局部水头损失
水头损失的分类
1.水头损失的产生原因
Lc ? t 0 A rg
断面1-1、2-2能量方程：
Z1 +
p1 rg
+
a V12 2g
=
Z2 +
p2 rg
+
a V22 2g
+
hf
V1 = V2
沿程水头损失： hf
=
Lc ? t 0 A rg
Lc ?t 0 Ag
不变，临界雷诺数只取决于水流边界形状，即水流的过水 断面形状。 思考6：雷诺数与哪些因数有关？当管道流量一定时，随管径的加 大，雷诺数是增大还是减小？
雷诺数与流体的粘度、流速及水流的边界形状有关。随d增 大，Re减小。
切应力与沿程水头损失的关系
1. 切应力与沿程水头损失的关系
1 2
1 Z1
α L
内因——实际液体的粘滞性
du
外因——固体边界对水流的阻力，内部质点产生相对运动 dy
产生水流阻力
损耗机械能hw
流线
流速分布
流线
流速分布
理想液体
实际液体
2.水头损失的分类
1）沿程水头损失hf 固体边界的形状及尺寸沿程不变时，在长直流段中的水头损失。
特点：产生沿程水头损失的流段中，流线彼此平行，主流不脱离
用下临界雷诺数Rek来判别。当雷诺数Re<Rek时，流动为层 流，Re>Rek时，流动为紊流。
思考4：为何不能直接用临界流速作为判别流态的标准？
因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径（当为圆 管流时）或水力半径（当为明渠流时）有关。
4.思考题
思考5：当管流的直径由小变大时，其下临界雷诺数如何变化？
sin a = z1 - z2 L
p1 A - p2 A + r gAL sin a - Lc t 0 = 0
1. 切应力与沿程水头损失的关系
pp11AA--
pp22 AA++
rrggAALLzs1i-n az2--
L
LLcctt 00 ==
00
(Z1 +
p1 ) rg
(Z2 +
p2 ) = rg
教学目的与任务
1.了解雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点，熟练掌握流态判 别标准；
2.掌握圆管层流基本规律； 3.了解尼古拉兹实验和Moody图的使用，掌握阻力系数的 确定方法； 4.理解流动阻力的两种形式，掌握管路沿程损失和局部损失的计算；
重点与难点
重点：雷诺数及流态判别，圆管层流运动规律，沿程阻力系数的确 定，沿程损失和局部损失计算。
雷诺数：
Re = Vd （适用于管流） Re = VR （适用非管流）
n
n
下临界雷诺数
Rek » 2320 Re<Rek，水流为层流 Re>Rek，水流为紊流
Rek » 580
3.流态的判别——雷诺数
雷诺数：
Re = VR n
R= A x
R(水力半径)：过水断面面积A与湿周x的比值。
x(湿周)：过水断面中液体与固体边壁的接触长度。
颜色水
层流：流速较小时，各流层的液体质点是以平行而不互相混杂的方 式运动。
紊流：流速较大时，各流层的液体质点是相互混掺的无序无章流动。
1.雷诺实验
颜色水
l
hf
下 射紊游出层流阀后流：不门，：无流互下红再再完流打速序相游色打打全速开较无混阀水开开破较下大章杂门 开颜一裂小游时流的再 始色点 ，时阀，动方打 颤水， 形，门各。式开 动开管 成各，流运一 并关中 漩流保层动点 弯，流 涡层持的。， 曲则速 ，的水液管 ，红继 扩液箱体道 出色续 散体水质中 现水增 至质位点流 波流大 全点稳是速 形入， 管是定相增 轮管红 ，以。互大 廓道颜 使平混，。色管行掺水中而的 水流变成红色水。
边壁，进无口漩涡h产f 突1生然，放均大匀h流f 2突及然渐缩变小流一h般f 3只产生沿弯程管水头损失。
2）局部水头损失hj 固体边界的形状及尺寸沿程急剧变化时所产生的水头损失。
特点：产生局部水头损失的局部范围内，流线彼此不平行，主流
与边界分离并产生漩涡。 发生在平直的固体边界水道中
邋 某一流段的总发水生头在损产失生：漩涡的hw局=部范围hf +
pd2 R= A= 4 = d
x pd 4
d
4.思考题
思考1：变直径管流中，细断面直径d1，粗断面直径d2=2d1，则粗细 断面雷诺数关系是 Re1=2Re2
思考2：有两个圆形管道，管径不同，输送的液体也不同，则流态判别数 （雷诺数）不相同。
A、正确
B、错误
思考3：怎样判别粘性流体的两种流态——层流和紊流？