第四章液流型態(tài)及水頭損失

1、 水利與生態(tài)工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院 張張 強(qiáng)強(qiáng) 復(fù)習(xí)第三章復(fù)習(xí)第三章1、描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法、描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法2、液體運(yùn)動(dòng)的一些基本概念、液體運(yùn)動(dòng)的一些基本概念4、恒定總流的能量方程、恒定總流的能量方程3、恒定總流的連續(xù)性方程、恒定總流的連續(xù)性方程5、恒定總流的動(dòng)量方程、恒定總流的動(dòng)量方程主要內(nèi)容：水頭損失的物理概念及其分類水頭損失的物理概念及其分類均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系液體運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)液體運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及其沿程水頭損失的計(jì)算圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及其沿程水頭損失的計(jì)算湍流的特征湍流的特征沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律沿程阻力系數(shù)的變化

2、規(guī)律計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式謝齊公式謝齊公式局部水頭損失局部水頭損失液流邊界幾何條件對(duì)水頭損失的影響液流邊界幾何條件對(duì)水頭損失的影響粘滯性粘滯性相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)dudy物理性質(zhì)物理性質(zhì)固體邊界固體邊界產(chǎn)生水產(chǎn)生水流阻力流阻力損耗機(jī)損耗機(jī)械能械能h hw w一、水頭損失的物理概念及其分類一、水頭損失的物理概念及其分類水頭損失的分類水頭損失的分類沿程水頭損失沿程水頭損失hf局部水頭損失局部水頭損失hj1 1、沿程水頭損失、沿程水頭損失 這種水頭損失是沿程都有并隨沿程長(zhǎng)度增加而增加，這種水頭損失是沿程都有并隨沿程長(zhǎng)度增加而增加，常用常用h hf f表示。表示。2 2、局部

3、水頭損失、局部水頭損失： 局部區(qū)域內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大局部區(qū)域內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大能量損失。常用能量損失。常用 表示表示。jh常見(jiàn)的發(fā)生局部水頭損失區(qū)域常見(jiàn)的發(fā)生局部水頭損失區(qū)域 只要局部地區(qū)邊界的形狀或大小改變，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就只要局部地區(qū)邊界的形狀或大小改變，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要急劇調(diào)整，流速分布進(jìn)行改組，流線發(fā)生彎曲，并產(chǎn)生旋渦，要急劇調(diào)整，流速分布進(jìn)行改組，流線發(fā)生彎曲，并產(chǎn)生旋渦，在這些局部地區(qū)就有局部水頭損失。在這些局部地區(qū)就有局部水頭損失。jfwhhhfhjh3、液流產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)條件、液流產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)條件(1) (1) 液體具有粘滯性。液體具有粘滯性。(

4、2) (2) 由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。液體具有粘滯性是主要的，起決定性作用。液體具有粘滯性是主要的，起決定性作用。4、液流的總水頭損失液流的總水頭損失式中：式中：代表該流段中各分段的沿程水頭損失的總和；代表該流段中各分段的沿程水頭損失的總和；代表該流段中各種局部水頭損失的總和。代表該流段中各種局部水頭損失的總和。AR 442dddAR二、液流邊界幾何條件對(duì)水頭損失的影響二、液流邊界幾何條件對(duì)水頭損失的影響1 1、液流邊界橫向輪廓的形狀和大小對(duì)水頭損失、液流邊界橫向輪廓的形狀和大小對(duì)水頭損失的影響的影響 可用過(guò)水?dāng)嗝娴乃?/p>

5、力要素來(lái)表征，如過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e可用過(guò)水?dāng)嗝娴乃σ貋?lái)表征，如過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣eA A、濕、濕周周 及水力半徑及水力半徑R R 等。等。濕周濕周：液流過(guò)水?dāng)嗝媾c固體邊界接觸的周界線。液流過(guò)水?dāng)嗝媾c固體邊界接觸的周界線。水力半徑水力半徑：對(duì)圓管：對(duì)圓管：2均勻流2 2、液流邊界縱向輪廓對(duì)水頭損失的影響、液流邊界縱向輪廓對(duì)水頭損失的影響 因邊界縱向輪廓的不同，可有兩種不同形式的液流： 均勻流與非均勻流。2非 均勻流 均勻流時(shí)無(wú)局部水頭損失，非均勻漸變流時(shí)局部水頭損失可忽略不計(jì)，非均勻急變流時(shí)兩種水頭損失都有。三、沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系三、沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系 在管道或明渠均勻流中，任意取出一

6、段總流來(lái)分析。在管道或明渠均勻流中，任意取出一段總流來(lái)分析。作用在該總流段上有下列各力：作用在該總流段上有下列各力：1、動(dòng)水壓力動(dòng)水壓力1-11-1斷面斷面 2-22-2斷面斷面11ApFP22ApFP2、重力重力gAlG3、摩擦阻力摩擦阻力0lF 因?yàn)榫鶆蛄鳑](méi)有加速度，所以因?yàn)榫鶆蛄鳑](méi)有加速度，所以( (力平衡方程或動(dòng)量方程力平衡方程或動(dòng)量方程) )0sin21FGFFPP即即0sin021lagAlApAp將將 代入上式，各項(xiàng)用代入上式，各項(xiàng)用 除之，整理后得除之，整理后得lzza21singAgAlgpzgpz02211)()( 因斷面因斷面1-11-1及及2-22-2的流速水頭相等，則

7、能量方程為的流速水頭相等，則能量方程為 有有因因 故上式可寫成故上式可寫成上式就是均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式上式就是均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式。在均勻流。在均勻流中任意取一流束按上述同樣方法可求得：中任意取一流束按上述同樣方法可求得：gRJ0JgRfhgpzgpz)()(2211gRlgAlhf00Jlhf 所以所以 ( ( 明渠流明渠流 ) ) 由實(shí)驗(yàn)研究和量綱分析知：由實(shí)驗(yàn)研究和量綱分析知： 由此得由此得 （達(dá)西公式）（達(dá)西公式） 對(duì)圓管來(lái)說(shuō)對(duì)圓管來(lái)說(shuō) 00rrRR208gRlhf2424dR gdlhf22式中式中 稱為稱為沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)，表征沿程阻力大小。，表

8、征沿程阻力大小。0hy-1四、液體運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)四、液體運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)1、雷諾試驗(yàn)、雷諾試驗(yàn)顏色水顏色水顏色水（表明液體有層流與湍流兩種不同型態(tài)的運(yùn)動(dòng)）（表明液體有層流與湍流兩種不同型態(tài)的運(yùn)動(dòng)）層流層流：當(dāng)流速較小時(shí)，各流層當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊地運(yùn)動(dòng)，的液體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊地運(yùn)動(dòng)，互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做層流。做層流。湍流（紊流）湍流（紊流）：當(dāng)流速較大，當(dāng)流速較大，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過(guò)程中，互相混摻，這在流動(dòng)過(guò)程中，互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做湍流（紊種型態(tài)的流動(dòng)叫做湍流（紊流）。流）。 線段線段ACAC

9、及及EDED都是直線，都是直線， 用用 表示表示 即即 層流時(shí)適用直線層流時(shí)適用直線ACAC， ，即，即m m1 1。 湍流時(shí)適用直線湍流時(shí)適用直線DEDE， ，m m1.751.752 2。下臨界方向：下臨界方向：EDBAEDBA上臨界方向：上臨界方向：ACDEACDElglglgmkhfmfkh01450245 2 2、液流型態(tài)的判別、液流型態(tài)的判別 雷諾數(shù)：雷諾數(shù)： 下臨界雷諾數(shù)：液流型態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)變時(shí)的雷諾數(shù)。下臨界雷諾數(shù)：液流型態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)變時(shí)的雷諾數(shù)。 對(duì)圓管：對(duì)圓管： （有的書上為（有的書上為23002300） 對(duì)明渠及天然河道：對(duì)明渠及天然河道： 也可以統(tǒng)一用也可以統(tǒng)一用ddRe200

10、0Recr500ReRcr500ReRcr 判別液流型態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)際雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)判別液流型態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)際雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)時(shí)就是紊流，小于下臨界雷諾數(shù)時(shí)一定是層流。時(shí)就是紊流，小于下臨界雷諾數(shù)時(shí)一定是層流。例例3-1 3-1 有一圓形水管，其直徑有一圓形水管，其直徑d d為為100mm100mm，管中水流，管中水流的平均流速的平均流速為為1.0m/s1.0m/s，水溫為，水溫為10100 0C C，試判別管中水流的，試判別管中水流的型態(tài)。型態(tài)。解解：當(dāng)水溫為：當(dāng)水溫為100C時(shí)查得水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)時(shí)查得水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v v0.0131cm0.0131cm2 2/s/s，管中

11、水流的雷諾數(shù)，管中水流的雷諾數(shù) 因此管中水流為湍流（紊流）。因此管中水流為湍流（紊流）。2000763360131. 010100Red3、湍流形成過(guò)程的分析、湍流形成過(guò)程的分析選定流層y流速分布曲線干擾FFFFFFFFFFFF升力渦 體湍流形成條件湍流形成條件渦體的產(chǎn)生渦體的產(chǎn)生雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值（或渦體的運(yùn)動(dòng)）（或渦體的運(yùn)動(dòng)） 渦體的形成并不一定形成湍流，渦體的形成并不一定形成湍流，只有當(dāng)慣性作用與粘滯作用相比強(qiáng)大只有當(dāng)慣性作用與粘滯作用相比強(qiáng)大到一定程度是，才可能形成到一定程度是，才可能形成湍流湍流。 所以所以雷諾數(shù)是表征慣性力與粘滯雷諾數(shù)是表征慣性力與粘滯力的比值

12、。力的比值。五、圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及其沿程水頭損失的計(jì)算五、圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及其沿程水頭損失的計(jì)算切應(yīng)力：切應(yīng)力：xdudr 根據(jù)均勻流沿程水頭損根據(jù)均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)的關(guān)系有：失與切應(yīng)的關(guān)系有：2grJJgR所以所以drdugrJx-2積分整理得積分整理得CrgJux24當(dāng)當(dāng)r=rr=r0 0時(shí)，時(shí)，u ux x=0=0，代入得，代入得204rgJC將將C C代入，得代入，得流速分布公式流速分布公式)(4220rrgJux拋物線形分布拋物線形分布圓管層流的斷面平均流速為圓管層流的斷面平均流速為22322gdlgdlhf則有則有232AudAgJVdA故故232gdlhJf或或232gdl

13、hf上式就是計(jì)算圓管層流沿程水頭損失的公式。上式就是計(jì)算圓管層流沿程水頭損失的公式。若用達(dá)西公式表示沿程水頭損失，則有若用達(dá)西公式表示沿程水頭損失，則有Re64 圓管層流中沿程阻力系數(shù)圓管層流中沿程阻力系數(shù)僅系雷諾數(shù)的函數(shù)，且與僅系雷諾數(shù)的函數(shù)，且與雷諾數(shù)成反比。雷諾數(shù)成反比。 思思 考考 題題1 1、雷諾數(shù)具有什么物理意義？、雷諾數(shù)具有什么物理意義？2 2、如何判別層流和湍流？、如何判別層流和湍流？3 3、雷諾數(shù)如何影響粘性底層厚度？、雷諾數(shù)如何影響粘性底層厚度？4 4、液流產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)條件是什么？、液流產(chǎn)生水頭損失的兩個(gè)條件是什么？5 5、沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系是什么？、沿程水頭

14、損失與切應(yīng)力的關(guān)系是什么？六、湍流的特征六、湍流的特征 湍流的基本特征是許許多多大小不等的渦體相互混摻湍流的基本特征是許許多多大小不等的渦體相互混摻前進(jìn)，它們的位置、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不斷地變化。前進(jìn)，它們的位置、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不斷地變化。 1 1、運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)、運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)時(shí)間平均流速時(shí)間平均流速可表示為：可表示為：TxxdtuTu01瞬時(shí)流速與時(shí)間平均流速之差叫做瞬時(shí)流速與時(shí)間平均流速之差叫做脈動(dòng)流速，脈動(dòng)流速，用用 表示。表示。xxxuuuxu即即xxxuuu脈動(dòng)流速的時(shí)間平均：脈動(dòng)流速的時(shí)間平均：0111000 xxTTxxTxxuudtuTdtuTdtuTu其它運(yùn)動(dòng)要素如動(dòng)水

15、壓強(qiáng)也可用同樣方法來(lái)表示：其它運(yùn)動(dòng)要素如動(dòng)水壓強(qiáng)也可用同樣方法來(lái)表示：ppp1221dyudx1222)(dyudlxdydu22)(dyduldyduxx2 2、湍動(dòng)產(chǎn)生附加切應(yīng)力、湍動(dòng)產(chǎn)生附加切應(yīng)力層流運(yùn)動(dòng)粘滯切應(yīng)力：層流運(yùn)動(dòng)粘滯切應(yīng)力： 紊動(dòng)時(shí)均切應(yīng)力紊動(dòng)時(shí)均切應(yīng)力 看作是由兩部分所組成：第一部分看作是由兩部分所組成：第一部分為由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切為由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力應(yīng)力 ；第二部分為純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)；第二部分為純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)力力 。故有故有式中式中 稱為稱為混摻長(zhǎng)度混摻長(zhǎng)度。l3 3、紊流中存在

16、粘性底層、紊流中存在粘性底層 紊流中緊靠固體邊界紊流中緊靠固體邊界附近地方，脈動(dòng)流速很小，附近地方，脈動(dòng)流速很小，由脈動(dòng)流速產(chǎn)生的附加由脈動(dòng)流速產(chǎn)生的附加切應(yīng)力也很小，而流速切應(yīng)力也很小，而流速梯度卻很大，所以粘滯梯度卻很大，所以粘滯切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其流態(tài)基本屬層流。流態(tài)基本屬層流。 因此湍流中緊靠固體邊界表面有一層極薄的層流層存因此湍流中緊靠固體邊界表面有一層極薄的層流層存在，該層流層叫在，該層流層叫粘性底層粘性底層。在粘性底層以外的液流才是湍。在粘性底層以外的液流才是湍流。流。dydux0dyduux00000udydux002000uuuNuu6 .11,*0NuN

17、粘性底層的切應(yīng)力按粘性底層的切應(yīng)力按層流來(lái)計(jì)算層流來(lái)計(jì)算其流速按拋物線規(guī)律其流速按拋物線規(guī)律分布，但粘性底層很薄，分布，但粘性底層很薄，其流速分布可看作是按其流速分布可看作是按直線變化。故有直線變化。故有即即 推得推得則有式中式中u u* *為為摩阻流速（摩阻流速（ ）0*uRe80NdRe8 .320d2088*udRe因因故有故有則有則有式中雷諾數(shù)式中雷諾數(shù) 若采用若采用N=N=11.611.6，有，有上式就是上式就是粘性底層厚度的公式。粘性底層厚度的公式。4 4、紊動(dòng)使流速分布均勻化、紊動(dòng)使流速分布均勻化 紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞

18、，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面流速分布的均了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面流速分布的均勻化。勻化。nmxryuu)(0Cyuuxlg75. 5目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式：目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式：（1 1）流速的分布的指數(shù)公式）流速的分布的指數(shù)公式當(dāng)當(dāng)ReRe10105 5, ,n n=1/7,=1/7,流速分布的七分之一次方定律流速分布的七分之一次方定律。當(dāng)當(dāng)ReRe10105 5 , ,n n=1/8,1/9=1/8,1/9，1/10 1/10 視具體情況而定。視具體情況而定。（2 2）流速的分布的對(duì)數(shù)公式）流速的分布的對(duì)數(shù)公式58lg75.

19、5.yuux5 . 5lg75. 5yuuux（3 3）尼庫(kù)拉茲管道流速分布公式）尼庫(kù)拉茲管道流速分布公式：光滑管光滑管粗糙管粗糙管斷面平均流速為斷面平均流速為751lg75. 50.uru斷面平均流速為斷面平均流速為75. 4lg75. 50ru七、沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律七、沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 尼庫(kù)拉茲尼庫(kù)拉茲為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，用不同粒徑的人工砂粘貼在不同直徑的管道的內(nèi)用不同粒徑的人工砂粘貼在不同直徑的管道的內(nèi)壁上，用不同的流速進(jìn)行一系列試驗(yàn)。壁上，用不同的流速進(jìn)行一系列試驗(yàn)。為為砂粒直徑砂粒直徑（均勻砂）（均勻砂）0r為為管道半徑管道半徑0r為

20、為相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度0r為為相對(duì)光滑度相對(duì)光滑度沿程水頭損失公式沿程水頭損失公式22flhdg對(duì)層流對(duì)層流Re64對(duì)紊流無(wú)理論公式對(duì)紊流無(wú)理論公式242flhRg或或尼庫(kù)拉茲沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖尼庫(kù)拉茲沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖尼庫(kù)拉茲試驗(yàn)結(jié)果表明：尼庫(kù)拉茲試驗(yàn)結(jié)果表明：1 1、當(dāng)、當(dāng)ReRe20002000時(shí)，時(shí)， 與與ReRe的關(guān)系為直線的關(guān)系為直線 ， 與相對(duì)光與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān)。滑度無(wú)關(guān)。 2 2、當(dāng)、當(dāng)20002000ReRe40004000時(shí)，為層流進(jìn)入湍流的過(guò)渡區(qū)，時(shí)，為層流進(jìn)入湍流的過(guò)渡區(qū)， 僅與僅與ReRe有關(guān)，而與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān)。范圍窄，實(shí)用意義不大。有關(guān)，而與相對(duì)光

21、滑度無(wú)關(guān)。范圍窄，實(shí)用意義不大。Re643 3、當(dāng)、當(dāng) 40004000時(shí)，時(shí)， 決定于決定于 與與 的關(guān)系：的關(guān)系：Re0（1 1）當(dāng)）當(dāng)ReRe較小時(shí)，較小時(shí)， 較厚，可以淹沒(méi)較厚，可以淹沒(méi) ，管壁就是，管壁就是水力光水力光滑管滑管。0e),(Rf與與 無(wú)關(guān)。圖中直線無(wú)關(guān)。圖中直線。0r0(),erfR （2 2）在直線）在直線與直線與直線之間的區(qū)域?yàn)橹g的區(qū)域?yàn)楣饣苓^(guò)渡到粗糙管光滑管過(guò)渡到粗糙管的過(guò)渡區(qū)，粘性底層不能完全淹沒(méi)的過(guò)渡區(qū)，粘性底層不能完全淹沒(méi) 。（3 3）直線）直線以右的區(qū)域，以右的區(qū)域， 與與 有關(guān)，而與有關(guān)，而與 無(wú)關(guān)，無(wú)關(guān)，屬屬粗糙管區(qū)粗糙管區(qū)，粘性底層的粘滯阻力可以

22、忽略不計(jì)。，粘性底層的粘滯阻力可以忽略不計(jì)。 Re工業(yè)用各種不同粗糙度圓管工業(yè)用各種不同粗糙度圓管沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線圖沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線圖莫迪圖莫迪圖(Moody)(Moody) 根據(jù)尼庫(kù)拉茲等人試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)根據(jù)尼庫(kù)拉茲等人試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)湍流分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)及求沿湍流分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)及求沿程阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式可歸納如下程阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式可歸納如下：1、光滑區(qū)（當(dāng)、光滑區(qū)（當(dāng) 即即 時(shí)時(shí) ）3 . 00（1）伯拉休斯公式）伯拉休斯公式1 40 3164Re/.=（2）尼庫(kù)拉茲公式）尼庫(kù)拉茲公式12lg Re0 8=- .適用范圍適用范圍54000 Re 10適用范圍適用范圍6Re 1

23、02、過(guò)渡粗糙區(qū)（當(dāng)、過(guò)渡粗糙區(qū)（當(dāng) 即即 時(shí)時(shí) ）63 . 0012.512lg()3.7Re+d適用范圍適用范圍63000 Re 10r70Re 人工砂?？捎蒙傲Ｖ睆絹?lái)代表人工砂粒可用砂粒直徑來(lái)代表絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度，實(shí)際工程管壁粗糙度無(wú)，實(shí)際工程管壁粗糙度無(wú)法直接測(cè)量，通過(guò)管段的沿程水頭損失試驗(yàn)，把具有同一沿程阻力系數(shù)法直接測(cè)量，通過(guò)管段的沿程水頭損失試驗(yàn)，把具有同一沿程阻力系數(shù)的砂粒直徑作為的砂粒直徑作為當(dāng)量粗糙度當(dāng)量粗糙度。C RJ1/2m/sgC8八、計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式八、計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式 上述計(jì)算沿程阻力系數(shù)的公式涉及到自然管道或天然上述計(jì)算沿程阻力系數(shù)的公式

24、涉及到自然管道或天然河道表面粗糙均勻化后的當(dāng)量粗糙度，目前缺乏這方面的河道表面粗糙均勻化后的當(dāng)量粗糙度，目前缺乏這方面的資料。資料。17691769年謝齊年謝齊(Chzy(Chzy) )總結(jié)明渠均勻流實(shí)測(cè)資料，提出總結(jié)明渠均勻流實(shí)測(cè)資料，提出計(jì)算均勻流的經(jīng)驗(yàn)公式：計(jì)算均勻流的經(jīng)驗(yàn)公式： 式中式中 C C為謝齊系數(shù)，單位為謝齊系數(shù)，單位謝齊公式與達(dá)西公式是一致的，謝齊公式與達(dá)西公式是一致的，切合點(diǎn)切合點(diǎn)為：為：611RnC yRnC1)10. 0(75. 013. 05 . 2nRny兩個(gè)常用的計(jì)算謝齊系數(shù)的公式：兩個(gè)常用的計(jì)算謝齊系數(shù)的公式：1 1、曼寧（、曼寧（Manning,1890Man

25、ning,1890）公式）公式2 2、巴甫洛夫斯基公式、巴甫洛夫斯基公式 式中式中n n為為粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)，也稱，也稱糙率糙率，是表征邊界表面影響水流，是表征邊界表面影響水流阻力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)。阻力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)。 巴甫洛夫斯基公式適用范圍為巴甫洛夫斯基公式適用范圍為 0.1mR3m0.1mR3m，0.011n0.040.011n0.04近似計(jì)算時(shí)：當(dāng)近似計(jì)算時(shí)：當(dāng)R1.0mR1.0mR1.0m時(shí)，時(shí)，1.3=yn 這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得，故這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得，故只只能適用于阻力平方區(qū)的紊流能適用于阻力平方區(qū)的紊流。例題：有

26、一混凝土護(hù)面的梯形渠道，底寬例題：有一混凝土護(hù)面的梯形渠道，底寬10m10m，水深，水深3m3m，兩岸邊坡為兩岸邊坡為1 1：1 1，粗糙系數(shù)為，粗糙系數(shù)為0.0170.017，流量為，流量為39m39m3 3/s/s，水流屬于阻力平方區(qū)的紊流，求每公里渠道上的沿程水水流屬于阻力平方區(qū)的紊流，求每公里渠道上的沿程水頭損失。頭損失。bh1：11：1解：B水面寬216Bbmhm2392bBAhm過(guò)水?dāng)嗝婷娣e濕周22118.5bhmm水力半徑2.11ARm謝齊系數(shù)1/61/61/2112.1166.3/0.017CRmsn沿程水頭損失220.11flhmC R斷面平均流速1/Qm sA九、局部水頭損失九、局部水頭損失 局部水頭損失的計(jì)算，應(yīng)用理論來(lái)解是有很大困難的，局部水頭損失的計(jì)算，應(yīng)用理論來(lái)解是有很大困難的，主要是因?yàn)橹饕且驗(yàn)樵诩弊兞髑闆r下，固體邊界上的動(dòng)水壓強(qiáng)不好確定在急變流情況下，固體邊界上的動(dòng)水壓強(qiáng)不好確定。大多數(shù)情況只能用試驗(yàn)方法來(lái)解決。大多數(shù)情況只能用試驗(yàn)方法來(lái)解決。 以圓管突然擴(kuò)大的局部水頭損失的計(jì)算為例進(jìn)行介紹以圓管突然擴(kuò)大的局