第四章水流形态.pptVIP

三、紊流中存在粘性底层 紊流中紧靠固体边界 附近地方，脉动流速很 小，由脉动流速产生的 附加切应力也很小，而 流速梯度却很大，所以 粘滞切应力起主导作用， 其流态基本属层流。 因此紊流中紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在，该层流层叫粘性底层。在粘性底层以外的液流才是紊流。 黏性底层的厚度 ，随着水流紊动过程的加剧而减小，与雷诺数有关系。 用 表示固体边界粗糙不平的凸出高度，通常称为绝对粗糙度。 水力光滑面，当雷诺数比较小， 比 大得多 水力粗糙面，当雷诺数比较大， 比 小得多 过渡粗糙面，介于两者之间 必须指出，所谓的光滑和粗糙，并非完全取决于固体边界本身的光滑和粗糙，而是依据黏性底层厚度和粗糙度两者大小对比关系来确定的。即使同以固体边界，在某一雷诺数下是光滑面，在另一个雷诺数下，又有可能是粗糙面。 四、紊动使流速分布均匀化 紊流中由于液体质点相互混掺，互相碰撞，因而产生了液体内部各质点间的动量传递，造成断面流速分布的均匀化。 目前常用的紊流流速分布的表达式： 1、流速的分布的对数公式 假定：（1）混合长度与距边壁的距离y成正比，即 ，比例常数 ，对于清水圆管取0.4，对于明渠，取0.5，对于其他介质，与浓度有关。 （2）壁面附近切应力保持不变， （3）紊流已经得到充分的发展，附加切应力已完全起主导作用。 目前常用的紊流流速分布的表达式： 1、流速的分布的对数公式 根据上述假定，附近切应力公式可以写成 式中 ，它具有流速的单位，反映了固体边界阻力的影响，称为摩阻流速。 将上式变换，得到 式中的C为积分常数，由管道或渠道的边界条件确定 目前管道中常用的紊流流速分布的表达式： 2、流速的分布的指数公式 对于管道，当Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。当Re105 ,n=1/8,1/9，1/10据具体情况而定。 对于明渠，指数n可取1/5～1/8 4-5 沿程水头损失的分析与计算 一、经验公式——谢才公式 上述计算沿程阻力系数的公式涉及到自然管道或天然河道表面粗糙均匀化后的当量粗糙度，目前缺乏这方面的资料。 1769年谢齐(Chézy)总结明渠均匀流实测资料，提出计算均匀流的经验公式： 式中 C为谢齐系数，单位 。 将水力坡度公式带入，得 * * 第四章 水流型态及水头损失 问题：理想液体和实际液体的区别？ 有无粘滞性是理想液体和实际液体的本质区别。 粘滞性是液流产生水头损失的决定因素。 3-1 水头损失的物理概念及其分类 一、产生水头损失的原因和水头损失分类 水头损失：单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。 分类： (1) 沿程水头损失：水流在均匀流或渐变流的情况下，水头损失沿程都有，并随着流程的长度而增加。 (2)局部水头损失：在急变流段内，由于水流的扩散和漩涡的形成，产生了较大的水头损失。 沿程水头损失：水头损失是沿程都有并随沿程长度增加。 局部水头损失：局部区域内液体质点由于相对运动产生较大能量损失。常用hj表示。 常见的发生局部水头损失区域 只要局部地区边界的形状或大小改变，液流内部结构就要急剧调整，流速分布进行改组流线发生弯曲并产生旋涡，在这些局部地区就有局部水头损失。 (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。 液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。 液流产生水头损失的两个条件 式中： 代表该流段中各分段的沿程水头损 失的总和； 代表该流段中各种局部水头损失的 总和。 液流的总水头损失hw 二、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大小对水头损失的影响 可用过水断面的水力要素来表征，如过水断面的面积A、湿周