流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 流 體 力 學(xué) 基 本 知 識(shí)學(xué)習(xí)本章的目的和意義： 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)是講授建筑給排水的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，只有掌握了該部分知識(shí)才能更好的理解建筑給排水課程中的相關(guān)內(nèi)容。§1-1 流體的主要物理性質(zhì)1 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容和要求 ：1.1 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：流體的4個(gè)主要物理性質(zhì)。1.2 教學(xué)要求：（1） 掌握并理解流體的幾個(gè)主要物理性質(zhì)（2） 應(yīng)用流體的幾個(gè)物理性質(zhì)解決工程實(shí)踐中的一些問(wèn)題。1.3 教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)：難點(diǎn)：流體的粘滯性和粘滯力重點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的理解。2教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)要點(diǎn)：2.1 易流動(dòng)性（1）基本概念：易流動(dòng)性流體在靜止時(shí)不能承受切力抵抗剪切變形的性質(zhì)稱易流動(dòng)性。流體也被認(rèn)為

2、是只能抵抗壓力而不能抵抗拉力。易流動(dòng)性為流體區(qū)別與固體的特性2.2 密度和重度（1）基本概念：密度單位體積的質(zhì)量，稱為流體的密度即： =M流體的質(zhì)量，kg ;V流體的體積，m3 。常溫，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水=1×103kg/ m3 水銀=13.6×103kg/ m3基本概念：重度：?jiǎn)挝惑w積的重量，稱為流體的重度。重度也稱為容重。 =G流體的重量，N ;V流體的體積，m3 。G=mg =g 常溫，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水=9.8×103kg/ m3 水銀=133.28×103kg/ m3密度和重度隨外界壓強(qiáng)和溫度的變化而變化液體的密度隨壓強(qiáng)和溫度變化很小，可視為常

3、數(shù)，而氣體的密度隨溫度壓強(qiáng)變化較大。2.3 粘滯性（1）粘滯性的表象基本概念：流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)抵抗剪切變形的性質(zhì)稱為粘滯性。當(dāng)某一流層對(duì)相鄰流層發(fā)生位移而引起體積變形時(shí)，在流體中產(chǎn)生的切力就是這一性質(zhì)的表現(xiàn)。為了說(shuō)明粘滯性由流體在管道中的運(yùn)動(dòng)速度實(shí)驗(yàn)加以分析說(shuō)明。用流速儀測(cè)出管道中某一斷面的流速分布如圖一所示設(shè)某一流層的速度為u,則與其相鄰的流層為u+du,du為相鄰流層的速度增值，設(shè)相鄰流層的厚度為dy，則du/dy叫速度梯度。由于各流層之間的速度不同，相鄰流層間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便在接觸面上產(chǎn)生一種相互作用的剪切力，這個(gè)力叫做流體的內(nèi)摩擦力，或粘滯力。平板實(shí)驗(yàn)（2）牛頓內(nèi)摩擦定律基本概念：牛頓在平板

4、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上于1867年在所著的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中提出了流體內(nèi)摩擦力的假說(shuō)牛頓內(nèi)摩擦定律：當(dāng)切應(yīng)力一定時(shí)，粘性越大，剪切變形的速度越小，所以粘性又可定義為流體阻抗剪切變形速度的特性。是比例系數(shù)，稱為動(dòng)力粘度，越大，流體越粘，流動(dòng)性越差。單位為Pa.s 運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s; =/液體的粘度隨溫度升高而減小分子間的引力即內(nèi)聚力是形成粘性的主要因素；氣體的粘度是隨溫度的升高而增大分子間的熱運(yùn)動(dòng)而引起的動(dòng)量交換是形成粘滯性的主要因素。需要強(qiáng)調(diào)的是：牛頓內(nèi)摩擦定律只適用于牛頓流體和層流運(yùn)動(dòng)，牛頓流體是指在溫度不變的情況下切應(yīng)力與流速梯度 成正比，這時(shí)粘滯系數(shù)為常數(shù)。對(duì)于靜止液體，液體質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)

5、動(dòng)，因而也就不存在粘滯性。（3.）理想流體基本概念：所謂理想流體是指無(wú)粘滯性，即=0。例 一平板在油面上作水平運(yùn)動(dòng)，已知平板的運(yùn)動(dòng)速度為40cm./s，有層厚度為5mm,油的動(dòng)力粘度=0.1Pa.s，求作用于平板單位面積上的粘性阻力2.4 壓縮型和膨脹性（1）液體的壓縮性和膨脹性 基本概念：壓縮性是流體受壓，分子間距離縮小，體積縮小的性質(zhì)。液體的壓縮性通常用壓縮系數(shù)來(lái)表示膨脹性當(dāng)作用于流體上的溫度升高，體積膨脹，溫度降低體積收縮稱為流體的膨脹性。液體的膨脹性通常用膨脹系數(shù)來(lái)表示液體的壓縮性和膨脹性都比較小。如水壓強(qiáng)增加一個(gè)大氣壓，體積壓縮率約為1/20000，在常溫下，溫度升高1，體積膨脹率約

6、為1.5/100000（）氣體的壓縮性和膨脹性氣體的壓縮型和膨脹性比較顯著，在常溫下符合理想氣體狀態(tài)方程，即 P/ =RT.。§1-2 流體靜壓強(qiáng)及其分布規(guī)律 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容和要求 ：1.1本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：（）靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)特性及有關(guān)基本概念。（）重力作用下靜水壓強(qiáng)基本公式和物理意義。（）靜水壓強(qiáng)的表示和計(jì)算。1.2 教學(xué)要求：（）正確理解靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)重要的特性和等壓面的性質(zhì)。（）掌握靜水壓強(qiáng)基本公式和物理意義，會(huì)用基本公式進(jìn)行靜水壓強(qiáng)計(jì)算。（）掌握靜水壓強(qiáng)的單位和三種表示方法：絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空度；理解位置水頭、壓強(qiáng)水頭和測(cè)管水頭的物理意義和幾何意義。（）掌握靜水壓強(qiáng)的測(cè)量方法

7、和計(jì)算。1.3 教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)：難點(diǎn)：靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)特性及有關(guān)基本概念。 重力作用下靜水壓強(qiáng)基本公式和物理意義。 靜水壓強(qiáng)的表示和計(jì)算。重點(diǎn)：重力作用下靜水壓強(qiáng)基本公式和物理意義。2教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)要點(diǎn)：2.1 流體靜壓強(qiáng)及其特性（）基本概念：取靜止流體中的隔離體，設(shè)作用于隔離體上某一微小面積w上的總壓力為P，則w面上的平均壓強(qiáng)為：p = P/w（N/m2）當(dāng)所取的面積無(wú)限縮小為一點(diǎn)，則平均壓強(qiáng)的極限值為這個(gè)極限值稱為該點(diǎn)的靜壓強(qiáng)。（2）流體靜壓強(qiáng)的單位是帕（牛/米2），以Pa表示。1Pa=1 N/m2，105 Pa稱為1巴（bar）.（3）流體靜力學(xué)的兩個(gè)特征：a.流體靜壓強(qiáng)必定沿著作用面的內(nèi)

8、法線方向。b.任一點(diǎn)的流體靜壓強(qiáng)只有一個(gè)值，它不因作用面的方位改變而改變。2.2 流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律在靜止流體中去上表面與流體自由表面相重合的微小柱體，其底面積為w，高為h，其自由表面的壓強(qiáng)p0,則該微小柱體沿垂直方向的受力分別為自由面的壓力 ，重力 ，下底面的靜水壓力 。 側(cè)面的靜水壓力與軸垂直， 在軸向投影為零。此鉛直小圓柱體處于靜止?fàn)顟B(tài)，故其軸向力平衡為：化簡(jiǎn)后的： 靜止液體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)； 表面壓強(qiáng)； 液體的容重； 所研究的點(diǎn)在自由表面下的深度。此方程式為靜水壓強(qiáng)的基本方程式，又稱靜水力學(xué)基本方程式。該方程式的含義：a. 靜水壓強(qiáng)與水深成正比的直線分布規(guī)律；b. 作用于液面上的表面壓

9、強(qiáng)是等值地傳遞到靜止液體的每一點(diǎn)上；c. 方程適用于靜止氣體壓強(qiáng)的計(jì)算，p=p0.；d. 壓強(qiáng)只與深度有關(guān)，而與受壓面的大小，形狀無(wú)關(guān)應(yīng)用靜水壓強(qiáng)方程式分析問(wèn)題時(shí)，要抓住等壓面這個(gè)概念 。等壓面流體中壓強(qiáng)相等的點(diǎn)組成的面叫等壓面。推論：靜止連續(xù)的同種液體的水平面是等壓面； 靜止的互不混雜的兩種液體的交界面是等壓面。2.3 壓強(qiáng)的計(jì)量單位與表示方法(1) 壓強(qiáng)的計(jì)量單位：a 從壓強(qiáng)的定義出發(fā)單位面積上的力，N/m2b 大氣壓強(qiáng)的倍數(shù)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（0度，緯度為45度的海平面上的壓強(qiáng),用atm表示）1atm=760mm汞柱對(duì)底部產(chǎn)生的壓強(qiáng)1atm=1.013*105Pa1個(gè)工程大氣壓（海拔200m

10、的正常大氣壓，用at表示）1at=736nn汞柱對(duì)底部產(chǎn)生的壓強(qiáng)。1at=9.8*104Pac 用液柱的高度表示常用水柱高度或汞柱高度表示(2) 壓強(qiáng)的表示方法;a. 絕對(duì)壓強(qiáng)以完全真空作為壓強(qiáng)的起點(diǎn)叫絕對(duì)壓強(qiáng)。（p）b. 相對(duì)壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa作為壓強(qiáng)起點(diǎn)記的壓強(qiáng)叫響度壓強(qiáng)p. p= p pa以后所指的壓強(qiáng)均為相對(duì)壓強(qiáng)，除非給出特殊說(shuō)明。絕對(duì)壓強(qiáng)永遠(yuǎn)為正，而相對(duì)壓強(qiáng)可正可負(fù)。c. 真空壓強(qiáng)指流體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)的部分，而不是指絕對(duì)壓強(qiáng)本身（也就是該點(diǎn)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)的絕對(duì)值）（pv）Pv=pa-p§1-3 流體運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)1、 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容和要求 ：1.1 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容

11、：(1) 液體運(yùn)動(dòng)的基本概念，包括流線和跡線，元流和總流，過(guò)水?dāng)嗝?、流量和斷面平均流?，恒定流和非恒定流，均勻流和非均勻流，漸變流和急變流。 （2）恒定總流連續(xù)性方程。 （3）恒定總流的能量方程。1.2 教學(xué)要求：（1）理解液體運(yùn)動(dòng)的基本概念，包括流線和跡線，元流和總流，過(guò)水?dāng)嗝妗⒘髁亢蛿嗝嫫骄魉?，恒定流和非恒定流，均勻流和非均勻流，漸變流和急變流。（2）掌握并會(huì)應(yīng)用恒定總流連續(xù)性方程。（3）掌握并會(huì)應(yīng)用恒定總流的能量方程解決一些工程實(shí)踐中的問(wèn)題。1.3 教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)：難點(diǎn)：恒定總流的能量方程。重點(diǎn)：恒定總流連續(xù)性方程，恒定總流的能量方程。2教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)要點(diǎn)：2.1 流體運(yùn)動(dòng)的基本概

12、念:a. 壓力流和無(wú)壓流 壓力流：流體在壓差作用下流動(dòng)，流體整個(gè)周圍都和固體筆相接觸，沒(méi)有自由表面。 無(wú)壓流：液體在重力作用下流動(dòng)時(shí)，液體的部分周界與固體壁面相接處，不分界面與大氣相接觸，形成自由表面。b. 恒定流域非恒定流恒定流：流場(chǎng)中液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)空間點(diǎn)時(shí)所有的運(yùn)動(dòng)要素都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為恒定流；非恒定流：反之，只要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間而變化，就是非恒定流。非恒定流的流速、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素是時(shí)間的函數(shù)，由于描述液體運(yùn)動(dòng)的變量增加，使得水流運(yùn)動(dòng)分析更加復(fù)雜和困難。雖然自然界的水流絕大部分是非恒定流，但在一定條件下，常將非恒定流簡(jiǎn)化為恒定流進(jìn)行討論。本課程主要討論恒定流運(yùn)動(dòng)。c. 跡線與流線

13、跡線： 跡線是液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，它是某一個(gè)質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻在空間位置的連線，跡線必定與時(shí)間有關(guān)。 流線：流線是某一瞬間在流場(chǎng)中畫(huà)出的一條曲線，這個(gè)時(shí)刻位于曲線上各點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)的流速方向與該曲線相切。對(duì)于恒定流，流線的形狀不隨時(shí)間而變化，這時(shí)流線與跡線互相重合；對(duì)于非恒定流，流線形狀隨時(shí)間而改變，這時(shí)流線與跡線一般不重合。流線有兩個(gè)重要的性質(zhì)，即流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折，否則交點(diǎn)（或轉(zhuǎn)折）處的質(zhì)點(diǎn)就有兩個(gè)流速方向，這與流線的定義相矛盾。也可以說(shuō)某瞬時(shí)通過(guò)流場(chǎng)中的任一點(diǎn)只能畫(huà)一條流線。流線的形狀和疏密反映了某瞬時(shí)流場(chǎng)內(nèi)液體的流速大小和方向，流線密的地方表示流速大，流線疏處表示流速小。d. 均勻流與非均勻

14、流均勻流：流線是相互平行的直線的流動(dòng)稱為均勻流。這里要滿足兩個(gè)條件，即流線既要相互平行，又必須是直線，非均勻流：其中有一個(gè)條件不能滿足，這個(gè)流動(dòng)就是非均勻流。均勻流的概念也可以表述為液體的流速大小和方向沿空間流程不變。流動(dòng)的恒定、非恒定是相對(duì)時(shí)間而言，均勻、非均勻是相對(duì)空間而言；恒定流可是均勻流，也可以是非均勻流，非恒定流也是如此，但是明渠非恒定均勻流是不可能存在的，請(qǐng)注意區(qū)分。均勻流具有下列特征：1）過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫妫倚螤詈痛笮⊙爻滩蛔儯?）同一條流線上各點(diǎn)的流速相同，因此各過(guò)水?dāng)嗝嫔掀骄魉賤相等；3）同一過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭為常數(shù)。e. 元流、總流、過(guò)水?dāng)嗝妗⒘髁颗c斷面平均流速元流

15、：元流是橫斷面積無(wú)限小的流束，它的表面是由流線組成的流管?？偭鳎河蔁o(wú)數(shù)個(gè)元流組成的宏觀水流稱為總流。過(guò)水?dāng)嗝妫号c元流或總流的所有流線正交的橫斷面稱為過(guò)水?dāng)嗝?。過(guò)水?dāng)嗝娴男螤羁梢允瞧矫妫ó?dāng)流線是平行的直線時(shí)）或曲面（流線為其它形狀）。流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴囊后w體積稱為流量，流量用Q表示，單位為（m3/s）。引入元流概念的目的有兩個(gè)：1）、元流的橫斷面積dA無(wú)限小，因此dA面積上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素（點(diǎn)流速u和壓強(qiáng)p）都可以當(dāng)作常數(shù)；2）、元流作為基本無(wú)限小單位，通過(guò)積分運(yùn)算可求得總流的運(yùn)動(dòng)要素。元流的流量為dQ=udA，則通過(guò)總流過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁縌為 Q=dQ=AudA （31）斷面平均流速

16、：一般情況下組成總流的各個(gè)元流過(guò)水?dāng)嗝嫔系狞c(diǎn)流速是不相等的，而且有時(shí)流速分布很復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題的討論，我們引入了斷面平均流速v的概念。這是恒定總流分析方法的基礎(chǔ)，也稱為一元流動(dòng)分析法，即認(rèn)為液體的運(yùn)動(dòng)要素只是一個(gè)空間坐標(biāo)（流程坐標(biāo)）的函數(shù)。斷面平均流速v等于通過(guò)總流過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁縌除以過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣eA，即VQ/A。2.2 恒定一元流的連續(xù)性方程根據(jù)質(zhì)量守恒定律可以導(dǎo)出沒(méi)有分叉的不可壓縮液體一維恒定總流任意兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝娴倪B續(xù)性方程有下列形式。Q1=Q2 或 v 1A1= v 2A2 上式說(shuō)明：任意兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉倥c過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e成反比。 對(duì)于有分叉的恒定總流，連續(xù)性方程可以表示為： Q流

17、入=Q流出 連續(xù)性方程是一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，它沒(méi)有涉及作用力的關(guān)系，通常應(yīng)用連續(xù)方程來(lái)計(jì)算某一已知過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e和斷面平均流速或者已知流速求流量，它是水力學(xué)中三個(gè)最基本的方程之一。2.3 恒定總流能量方程式a. 將恒定元流能量方程沿總流的2個(gè)過(guò)水?dāng)嗝孢M(jìn)行積分，并且引入過(guò)水?dāng)嗝嫣幩魇蔷鶆蛄骰蛘邼u變流的條件，就可得到恒定總流的能量方程（稱為伯努利方程） 請(qǐng)注意：積分過(guò)程中用到均勻流和漸變流條件，表明同一過(guò)流斷面上各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭具有= c的性質(zhì)；用斷面平均流速v替代過(guò)水?dāng)嗝嫔系膶?shí)際流速，計(jì)算單位重量液體具有的動(dòng)能并不相等，因此就必須引進(jìn)動(dòng)能修正系數(shù)， 在式（34）中， 表示過(guò)水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓恳后w具有

18、的平均動(dòng)能，同樣hw表示單位重量液體從1斷面流到2斷面平均的水頭損失。 恒定總流能量方程是水力學(xué)的三個(gè)基本方程之一，是最重要最常用的基本方程，它與連續(xù)方程聯(lián)合求解可以計(jì)算斷面上的平均流速或平均壓強(qiáng)，它們與后面討論的恒定總流動(dòng)量方程聯(lián)解，可以計(jì)算水流對(duì)邊界的作用力，在確定建筑物荷載和水力機(jī)械功能轉(zhuǎn)換中十分有用。b. 恒定總流能量方程的意義恒定總流能量方程各項(xiàng)的量綱都是長(zhǎng)度量，因此可以用比例線段表示位置水頭、壓強(qiáng)水頭、流速水頭的大小。各斷面的位置水頭、測(cè)壓管水頭和總水頭端點(diǎn)的連線分別稱為位置水頭線、測(cè)壓管水頭線和總水頭線。 位置水頭線與測(cè)壓管水頭線、測(cè)壓管水頭線與總水頭線之間的距離分別表示該過(guò)水?dāng)?/p>

19、面上各點(diǎn)的平均壓強(qiáng)水頭和平均流速水頭。所以畫(huà)出水流的水頭線可以清楚地反映沿流程各個(gè)斷面上位能、壓能和動(dòng)能的變化關(guān)系，它在分析有壓管道各個(gè)斷面的壓強(qiáng)變化十分重要。 假如水流從1斷面流到2斷面的平均水頭損失為hw，流程長(zhǎng)度為l，則將單位長(zhǎng)度上的水頭損失定義為水力坡度J，它也表示總水頭線的斜率： J是沒(méi)有單位的純數(shù)，也稱為無(wú)量綱數(shù)。根據(jù)水頭線表示的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，恒定總流能量方程的幾何意義可以這樣來(lái)描述：對(duì)于理想液體（hw=0），總水頭線是一條水平線；對(duì)于實(shí)際液體（hw0），總水頭線總是一條下降的曲線或直線，它下降的數(shù)值等于兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嬷g水流的水頭損失。 請(qǐng)注意：測(cè)壓管水頭線不一定是下降的曲線，需要

20、由位能與壓能的相互轉(zhuǎn)換情況來(lái)確定其形狀。對(duì)于均勻流，流速水頭沿程不變，總水頭線與測(cè)壓管水頭是相互平行的直線。c. 應(yīng)用恒定總流能量方程的條件和注意事項(xiàng)在推導(dǎo)恒定總流能量方程的過(guò)程中曾經(jīng)引入過(guò)一些條件，這些條件限制了恒定總流能量方程的使用范圍，同時(shí)在應(yīng)用能量方程解決工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)還必須處理好一些具體事項(xiàng)，現(xiàn)歸納說(shuō)明如下。1）恒定總流能量方程的應(yīng)用條件 a）液體流動(dòng)必須是恒定流，而且是不可壓縮液體（=常數(shù)）； b）作用在液體上的質(zhì)量力只有重力； c）建立能量方程的兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝娑急仨毼挥诰鶆蛄骰驖u變流段，但該兩個(gè)斷面之間的某些流動(dòng)可以是急變流 d）在推導(dǎo)能量方程的過(guò)程中，兩個(gè)計(jì)算斷面之間沒(méi)有流量的匯

21、入或流出。如果有流量的匯入或分流，也可以建立相應(yīng)的能量方程式，參見(jiàn)書(shū)上第80頁(yè)。這時(shí)必須強(qiáng)調(diào)能量方程的兩側(cè)都是單位重量液體具有的能量，但確定相應(yīng)的水頭損失非常困難。2）應(yīng)用恒定總流能量方程需要注意的具體問(wèn)題 a）為了計(jì)算能量方程中的位置水頭，必須確定基準(zhǔn)面?；鶞?zhǔn)面可以任意選擇，但盡可能使所選的基準(zhǔn)面能簡(jiǎn)化能量方程，便于求解。例如所選基準(zhǔn)面使z = 0，這樣能量方程項(xiàng)數(shù)減少。還必須強(qiáng)調(diào)，同一個(gè)能量方程只能選擇同一個(gè)基準(zhǔn)，否則能量方程就不能成立。 b）計(jì)算壓強(qiáng)水頭 ，既可選擇絕對(duì)壓強(qiáng)也可選用相對(duì)壓強(qiáng)，但兩個(gè)斷面必須選用一致。實(shí)際工程計(jì)算中一般采用相對(duì)壓強(qiáng)更為方便。 c）在過(guò)水?dāng)嗝嫔弦x好計(jì)算點(diǎn)，便

22、于計(jì)算測(cè)壓管水頭 d）選取過(guò)水?dāng)嗝娉藵M足漸變流條件外，還應(yīng)使所選斷面上未知量?jī)H可能少，這樣可以簡(jiǎn)化能量方程的求解過(guò)程。 e）求解能量方程必須確定動(dòng)能修正系數(shù)。值與斷面流速分布有關(guān)，流速分布越均勻，值趨向于1，斷面流速分布不同，值也不同。嚴(yán)格地講兩個(gè)斷面上的1與2是不相等的，但是實(shí)際工程中的動(dòng)能修正系數(shù)大多在1.051.10之間，一般可以取1=2=1計(jì)算。對(duì)于流速分布相當(dāng)不均勻的水流（例如層流運(yùn)動(dòng)），動(dòng)能修正系數(shù)遠(yuǎn)大于1。 f）能量方程中水頭損失hw是十分重要又非常復(fù)雜的一項(xiàng)，不能正確地計(jì)算液體流動(dòng)的hw，能量方程難以解決實(shí)際問(wèn)題。關(guān)于hw的討論和計(jì)算也將在第四章專門討論。 g) 當(dāng)一個(gè)問(wèn)題中

23、有23個(gè)未知數(shù)的時(shí)候，能量方程需要和連續(xù)方程、動(dòng)量方程組成方程組聯(lián)合求解。 【思 考 題】 1. 什么是流線和跡線？什么是過(guò)水?dāng)嗝婧蛿嗝嫫骄魉?？為何要引入斷面平均流速?2. 應(yīng)用能量方程判斷下列說(shuō)法是否正確：（1）水一定從高處向低處流動(dòng)；（2）水一定從壓強(qiáng)大的地方向壓強(qiáng)小的地方流動(dòng)；（3）水總是從流速大的地方向流速小的地方流動(dòng)？§1-4 液流形態(tài)及水頭損失1、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容和要求 ：1.1 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：（1）水流阻力和水頭損失產(chǎn)生的原因及分類。 （2.）理解雷諾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和液體流動(dòng)兩種流態(tài)的特點(diǎn)，掌握層流與紊流的判別方法及雷諾數(shù)Re的物理含義。（3）圓管均勻?qū)恿鞯牧魉俜植?，沿程水頭

24、損失的計(jì)算及沿程水頭損失系數(shù)的確定。（4）尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律。（5）局部水頭損失產(chǎn)生的原因及計(jì)算1.2 教學(xué)要求：（1）理解雷諾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和液體流動(dòng)兩種流態(tài)的特點(diǎn)，掌握層流與紊流的判別方法及雷諾數(shù)Re的物理含義。（2）掌握?qǐng)A管均勻?qū)恿鞯牧魉俜植?，掌握沿程水頭損失的計(jì)算及沿程水頭損失系數(shù)的確定。（3）掌握局部水頭損失產(chǎn)生的原因，能正確選擇局部水頭損失系數(shù)進(jìn)行局部水頭損失計(jì)算。1.3 教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)：難點(diǎn)：沿程阻力系數(shù)的確定。重點(diǎn)：沿程阻力系數(shù)的確定。2教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)要點(diǎn)：2.1 水流阻力和水頭損失的兩種形式水流阻力和水頭損失是兩個(gè)不同而又相關(guān)聯(lián)的重要概念，確 定它們的性質(zhì)、大

25、小和變化規(guī)律在工程實(shí)踐是有十分重要的意義。 （1）基本概念：水流阻力是由于液體的粘滯性作用和固體邊界的影響，使液體與固體之間、液體內(nèi)部有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各液層之間存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然與水流的運(yùn)動(dòng)方向相反。基本概念：水流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服水流阻力而消耗的能量稱為水頭損失。其中邊界對(duì)水流的阻力是產(chǎn)生水頭損失的外因，液體的粘滯性是產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因，也是主要原因。 （2）根據(jù)邊界條件的不同，可以把水頭損失分為兩類：對(duì)于平順的邊界，水頭損失與流程成正比，我們稱為沿程水頭損失，用hf表示；由于局部邊界急劇改變，導(dǎo)致水流結(jié)構(gòu)改變、流速分布調(diào)整并產(chǎn)生旋渦區(qū)，從而引起的水頭損失稱為局部水頭損失，用hj表

26、示。（3）對(duì)于在某個(gè)流程上運(yùn)動(dòng)的液體，它的總水頭損失hw遵循疊加原理即 hw=hf+hj 2.2 液體流動(dòng)的兩種型態(tài)和流態(tài)的判別 1883年英國(guó)科學(xué)家雷諾（Reynolds）通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在流動(dòng)中存在兩種內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同的流態(tài)：層流和紊流。（1）雷諾試驗(yàn)當(dāng)流速較小時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫層流。當(dāng)流速較大時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)形成渦體互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做紊流。 試驗(yàn)結(jié)果：液流型態(tài)不同,沿程水頭損失的規(guī)律也不同。相應(yīng)于液體運(yùn)動(dòng)型態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的流速叫做臨界流速。雷諾數(shù)Re=vd/, 上、下臨界雷諾數(shù)。液流型態(tài)的判別：圓管中液流的下臨界雷諾數(shù)是一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值，上臨界雷諾數(shù)是一個(gè)不穩(wěn)定的數(shù)值，因此判別液流型態(tài)要以下臨界雷諾數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。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。液體流態(tài)的判別是用無(wú)量綱數(shù)雷諾數(shù)Re作為判據(jù)的。對(duì)于明渠水流Re 明渠水流臨界雷諾數(shù)Rek=500，當(dāng)Re500為層流， Re500為紊流。對(duì)于圓管水流Re 圓管水流臨界雷諾數(shù)Rek=2000，當(dāng)Re2000為層流， Re2000為紊流。2.3 沿程水頭損失沿程阻力系數(shù)如何確定的問(wèn)題。層流情況紊流情況2.4 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)和沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)是本章又一個(gè)重要的內(nèi)容。通過(guò)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)沿程阻力系數(shù)在層流和紊流三