水力学（长春工程学院） 第三章_智慧树知到答案2021年

第三章 液流型态及水头损失：理解水流阻力和水头损失产生的原因及分类，掌握水力半径的概念。 了解均匀流水头损失的特点，掌握均匀流沿程水头损失计算的达西公式和沿程水头损失系数λ的表达形式。3.1水头损失的物理概念及分类:实际液体存在粘滞性，断面流速分布不均匀，运动过程中相邻液层之间必须会出现抵抗相对运动的内摩擦力，称为水力阻力。液流在运动过程中必然要克服水力阻力，引起运动液体的水头损失。根据边界形状和尺寸是否沿程变化和主流是否脱离固体边壁或形成漩涡，将水头损失分为程水头损失和局部水头损失。
3.2液流边界几何条件对水头损失的影响:液流边界横向轮廓对水头损失的影响常用过水断面的面积、湿周、水力半径等水力要素表示。纵向轮廓不同，液流将有均匀流和非均匀流两种不同的形式。
3.3均匀流沿程水头损失与切应力的关系:均匀流沿流程各过水断面上的水力要素及断面平均流速保持不变，运动过程中只有沿程水头损失，没有局部水头损失。通过受力分析可以求得均匀流沿程水头损失与切应力之间的关系（即均匀流基本方程）。
3.4液体运动的两种型态:雷诺通过试验揭示了实际液体运动存在着层流和紊流两种型态，可以采用雷诺数来判别这两种型态
3.5紊流形成过程的分析:层流与紊流的主要区别在于紊流时各流层之间液体质点有不断地互相混掺作用，而层流则无。涡体的形成是混掺作用产生的根源。只有当惯性作用与粘滞作用相比强大到一定程度时，才可能形成紊流。
3.6圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算:圆管中的层流运动，可以看作是许多无限薄的同心圆筒层一个套一个地向前运动，每一圆筒层的切应力可按牛顿内摩擦定律计算。通过圆管层流沿程水头损失的计算公式可知：圆管层流中沿程水头损失与断面平均流速的一次方成比例。
3.7沿程阻力系数的变化规律:层流时沿程阻力系数与雷诺数成反比，但紊流时至今仍无求沿程阻力系数的理论公式。尼库拉兹为了探讨这一问题，用不同粒径的人工砂粘贴在不同直径的管道内壁上，用不同的流速进行试验，对沿程阻力系数进行了探讨。
3.8计算沿程水头损失的经验公式--谢齐公式:法国工程师谢齐通过对明渠均匀流进行试验研究，总结出了均匀流情况下沿程水头损失与断面平均流速之间的关系式，称为谢齐公式。谢齐系数可以由曼宁公式、巴甫洛夫斯基等经验公式确定。
3.9局部水头损失:在边界急剧变化处，主流必然与边界相脱离，在主流与边界之间形成旋涡。这种因边界形状和尺寸沿程急剧变化引起的水头损失为局部水头损失。目前只有少数几种情况可用理论近似分析，绝大多数情况的局部水头损失只能依靠试验方法解决。