05液流形态及水力损失.

第五章液流型态及水力损失

实际流体都是具有粘性的。不可压缩流体在流动过程中，流体之间因相对运动切应力的作功，以及流体与固壁之间摩擦力的作功，都是靠损失流体自身所具有的机械能来补偿的。这部分能量均不可逆转地转化为热能。这种引起流动能量损失的阻力与流体的粘滞性和惯性,

与固壁对流体的阻滞作用和扰动作用有关。因为，为了得到能量损失的规律，必须同时分析各种阻力的特性，研究壁面特征的影响，以及产生各种阻力的机理。

能量损失一般有两种表示方法：对于液体，通常用单位重量流体的能量损失（或称水头损失）h i来表示，其因次为长度；对于气体，则常用单位体积内的流体的能量损失（或称压强损失）p i来表示，其因次与压强的因次相同。它们之间的关系是：

p i= 丫h i

第一节水头损失的概念及其分类

水头损失是流体与固壁相互作用的结果。固壁作为流体的边界层会显著地影响这一系统的机械能与热能的转化过程。在工程的设计计算中，根据流体接触的边壁沿程是否变化，把能量损失分为两类：沿程损失h f和局部损失h m。它们的计算方法和损失机理不同。

一、流动阻力和能量损失的分类

在边壁沿程不变的管段上（如图5-1中的ab、be、cd段），流动阻力沿程也基本不变,

图5-1沿程阻力与沿程损失

称这类阻力为沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。图中的h fab , h fbe , h fed 就是ab、be、ed段的损失一一沿程损失。由于沿程损失沿管段均布，即与管段的长度成正比，

所以也称为长度损失。

在边界急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域内及其附近，这中集中分布的阻力称

为局部阻力。克服局部阻力的能量损失称为局部损失。例如图5-1中的管道进口、变径管和阀门等处，都会产生局部阻力。h ma，h mb，h mc就是相应的局部水头损失。引起局部阻力的原

因是由于旋涡区的产生和速度方向和大小的变化。

整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和各局部损失的总和。即

h i =工h f+ 工h m

对于图5-1所示流动系统，能量损失为

h l=h fab+h fbc+f fcd+h ma + h mb + h mc

能量损失计算公式用水头损失表达时，为

能量损失的计算公式

沿程水头损失: h f

d 2g

(5-1)

局部水头损失: h m

(5-2) 用压强损失表达，则为:

P f J ___

d 2

(5-3)

P m

u ――断面平均流速；g 式中I ――管长；d――管径；

数；E—局部阻力系数。

在以上这些公式中核心问题是各种流动条件下无因次系数

(5-4)

重力加速度；入一一沿程阻力系入和E的计算，除了少数简单

情况，主要是用经验或半经验的方法获得的。本章的主线就是沿程阻力系数入和局部阻力系数E的计算。

第二节粘性流体流动的两种形态

早在19世纪初期，人们注意到流体运动有两种结构不同的流动状态，能量损失的规律与流态密切相关。

一、两种流态

1883年英国物理学家雷诺在与图5-2类似的装置上进行了实验。

试验时，水箱A内水位保持不变，阀门C用于调节流量，容器D内盛有容重与水相近

的颜色水，经细管E流入玻璃管B,阀门F用于控制颜色水流量。

当管B内流速较小时，管内颜色水成一股细直的流束，这表明各液层间毫不相混。这种

分层有规则的流动状态称为层流。如图5-2 (a)所示。当阀门C逐渐开大流速增加到某一临

界流速u k'时，颜色水出现摆动，如图5-2 ( b)所示。继续增大流速，则颜色水迅速与周围

清水相混，如图5-2( c)所示。这表明液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相

剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。

图5-2 流态试验装置

若实验时的流速由大变小，则上述观察到的流动现象以相反程序重演，但由紊流转变为

层流的临界流速u k小于由层流转变为紊流的临界流速u'k。称v'k为上临界流速，u k为下临界流速。

实验进一步表明：对于特定的流动装置上临界流速u'k是不固定的，随着流动的起始条

件和实验条件的扰动程度不同，u'k值可以有很大的差异；但是下临界流速u k却是不变的。

在实际工程中，扰动普遍存在，上临界流速没有实际意义。以后所指的临界流速即是下临界流速。

在管B的断面1、2处加接两根测压管，根据能量方程，测压管的液面差即是1、2断面间的沿程水头损失。用阀门C调节流量，通过流量测量就可以得到沿程水头损失与平均流速

的关系曲线h f-v。如图5-3所示。

实验曲线OABDE 在流速由小变大时获得；而流速由大变小时的实验曲线是EDCAO。其中AD部分不重合。图中B点对应的流速即上临界流速，A点对应的是下临界流速。AC 段和BD段试验点分布比较散乱，是流态不稳定的过渡区域。

所以

【例

(1)

2000 1.31 10

0.105m/s

0.025

5-2】某低速送风管道，直径

d=200mm ，风速u =3.0m/s ，空气温度是 30 C 。

试判断风道内气体的流态。

此外，由图5-3可分析得

h f =K u

流速小时即 OA 段，m=1 , h f =K u 1.0，沿程损失和流速一次方成正比。流速较大时，在 CDE

段，m=1.75~2.0，h f =K u 1.75~2.0。线段 AC 或 BD 的斜率均大于 2。

从以上分析可知，流动状态不同，流动的损失与速度之间的关系有很大差别。因此，在

计算任何一个具体的液流损失时，必须首先判断其流态，然后由所确定的流态按不同的规律进行计算。

二、流态的判别准则一一临界雷诺数

上述实验观察到了两种不同的流态，

以及在管B 管径和流动介质-清水不变的条件下得到

流态与流速有关的结论。雷诺等人进一步的实验表明：流动状态不仅和流速 v 有关，还和管

径d 、流体的动力粘滞系数卩和密度p 有关。

以上四个参数可组合成一个无因次数，叫做雷诺数，用

Re 表示。

Re= u d p /= u d/ v

( 5-5 )

对应于临界流速的雷诺数称临界雷诺数，用

Re K 表示。实验表明：尽管当管径或流动介质不

同时，临界流速 V K 不同，但对于任何管径和任何牛顿流体，判别流态的临界雷诺数却是相同的，其值约为 2000。即

ReK= u Kd/ v =2000

(5-6 )

Re 在2000~4000是层流向紊流转变的过渡区，相当于图

5-3上的AC 段。工程上为简便

起见，假设当 Re>Re K 时，流动处于紊流状态，这样，流态的判别条件是

层流：Re= u /v< 2000 ( 5-7)

紊流：Re= u d/v> 2000 要强调指出的是临界雷诺数值 Re K =2000 ,是仅就圆管而言的，

对于诸如平板绕流和厂房内

气

流等边壁形状不同的流动，具有不同的临界雷诺数值。

【例5-1】有一管径 d=25mm 的室内上水管，如管中流速 u =1.0 m/s ，水温t=10 C 。 (1 )试判别管中水的流态；

(2)管内保持层流状态的最大流速为多少：【解】(1) 10 C 时水的运动粘滞系数v =1.31 x 10-6m 2/s

管内雷诺数为

故管中水流为紊流。

保持层流的最大流速就是临界流速

Re -JK d

2000

(2)该风道的临界流速是多少？

(5-8)

Re — v 1.0 0.025

1.31

106

19100

2000

(2) 由于

【解】 (1) 30 C空气的运动粘滞系数v =16.6 x 10-6m2/s，管中雷诺数为

Re d

30.2

36150 2000 16.6106

故为紊流。

(2)求临界流速U K

Re K v200016.610 6

d0.2U. 1 OU 111 / o

从以上两例题可见，水和空气管路一般均为紊流。

三、流态分析

层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的各流层间的滑动摩擦阻力；紊流时则有大小不等的涡体动荡于各流层间。除了粘性阻力，还存在着由于质点掺混，互相碰撞所造成的惯性阻力。因此，紊流阻力比层流阻力大得多。

层流到紊流的转变是与涡体的产生联系在一起的。图5-4绘出了涡体产生的过程。

设流体原来作直线层流运动。由于某种原因的干扰，流层发生波动图5-4a。于是在波峰

一侧断面受到压缩，流速增大，压强降低；在波谷一侧由于过流断面增大，流速减小，压强增大。因此流层受到图5-4b中箭头所示的压差作用。这将使波动进一步加大图5-4c,终于发

展成涡体。涡体形成后，由于其一侧的旋转切线速度与流动方向一致，故流速较大，压强较小。而另一测旋转切线速度与流动方向相反，流速较小，压强较大。于是涡体在其两侧压差

作用下，将由一层转到另一层图5-4d，这就是紊流掺混的原因。

图5-4 层流到紊流的转变过程

层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，扰动就受到粘性的阻滞而衰减下来, 层流就是稳定的。当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动衰减下来，于是流动便变为紊流。因此，流动呈现什么流态，取决于扰动的惯性作用和粘性的稳定作用相互斗争的结果。

一、均匀流动方程式

均匀流只能发生在长直的管道或渠道这一类断面形状和大小都沿程不变的流动中，因此

只有沿程损失，而无局部损失。为了导出沿程阻力系数的计算公式，首先建立沿程损失和沿

程阻力之间的关系。在图5-5所示的均匀流中，在任何的两个断面1-1和2-2列能量方程

p i 1 1

Z1 _ Z2

p2 2 2 h

h l1 2

由均匀流的性质：

2 2

1 1

2 2h i h f

2g 2g

代入上式，得

考虑所取流段在流向上的受力平衡条件。设两断面间的距离为L，过流断面面积A I=A2=A，在流向上，该流段所受的作用力有：

重力分量Al COS

端面压力Pd P2A

管壁压力 1 1 2 r0

其中T 0 管壁切应力；r o 圆管半径。

在均匀流中，流体质点作等速运动，加速度为零，因此，以上各力的合力为零，考虑到各力的作用方向，得第三节均匀流动的沿程水头损失和基本方程式

h f 乙）

Z2) (5-9)

图5-5圆管均匀流动

给水排水管道系统水力计算汇总

第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。

水力压裂造缝机理

2．地应力场确定地应力场确定包括地应力大小和方向。主要手段主要有： 1) 水力压裂法微型压裂(mini-frac)压力曲线计算应力场。 2)实验室分析方法应用定向取心技术保证取出岩心样品的主应力方位与其在地层中主应力方位一致。岩心从地下三向压应力状态改变到地面自由应力状态，根据岩心各方向的变形确定主应力方位和数值。 (1) 滞弹性应变恢复（ASR）基于岩心与其承压岩体发生机械分离后所产生的应力松弛，按各个方向测量应变并确定主应变轴。并假定主方向与原位应力主轴相同，按已知的弹性常数和上覆岩层载荷情况间接计算应力值。 (2) 微差应变分析（DSCA）从井底取出的岩心由于应力释放和应变恢复会发生膨胀，产生或重新张开微裂缝。基于应变松弛作为“应力史”痕迹的思想，应变松弛形成的微裂缝密度和分布与岩心已经出现的应力下降成正比。通过描述微裂隙分布椭球，即可揭示以前的应力状态。根据和这些微裂缝相关的应变推断主应力方向，并从应变发生的最大方向估算出最小主应力值。 3) 测井解释方法利用测井（主要是密度测井、自然伽玛测井、井径测井和声波时差测井以及中子测井、自然电位测井等）资料，首先基于纵横波速度与岩石弹性参数之间的关系解释岩石力学参数，再结合地应力计算模式获得连续的地应力剖面。 4) 有限元模拟根据若干个测点地应力资料，借助于有限元数值分析方法，通过反演得到构造应力场。强烈取决于根据研究工区所建立的地质模型、数学力学模型和边界条件。此外，测定地应力方向的常用方法还有声波测定、井壁崩落法、地面电位法、井下微地震法和水动力学试井等方法。 3．人工裂缝方位在天然裂缝不发育的地层，压裂裂缝形态取决于其三向应力状态。根据最小主应力原理，水力压裂裂缝总是产生于强度最弱、阻力最小的方向，即岩石破裂面垂直于最小主应力方向。当s z最小时，形成水平裂缝（horizontal fracture）；当s y最小时，形成垂直裂缝(vertical fracture)。对于显裂缝地层很难出现人工裂缝。而微裂缝地层可能出现多种情况，人工裂缝面可以垂直于最小主应力方向；也可能基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。二、破裂压力地层岩石破裂前，井壁最终应力场为钻孔应力集中、向井筒注液产生的应力、注入压裂液径向滤失诱发应力的迭加。基于最终应力分布结合岩石破裂准则确定破裂压力计算公式。 1．井壁最终应力分布 1）井筒应力分布对于裸眼井，记井眼半径为r w。钻井完成后地层中应力分布可视为无限大均质各向同性岩石平板中有一圆形孔眼时的应力状态，。记压应力为正、张应力为负，根据弹性力学理论计算图中任意点(r ,q) 处的应力分布。离井壁越远，周向压应力迅速降低，径向压应力逐渐增加；而且大约几个井径之后，周向压应力降为原地应力，径向应力增加到原地应力。实际上，由于岩石的抗压强度比抗张强度大得多，而且钻井孔眼引起的应力集中使得井壁处应力大于原地应力，因此，水力压裂造缝时主要关心的应是井壁处的周向应力s q。通常记s x>s y，则当q=0°或180°，井壁处周向应力最小。s qmin = 3s y-s x 当q=90°或270°，井壁处周向应力最大。s qmax = 3s x-s y

液流型态与水头损失

一、第4章液流型态与水头损失【教学基本要求】 1、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。 2、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、理解雷诺实验现象和液体流动两种流态的特点，掌握层流与紊流的判别方法及雷诺数Re的物理含义，弄清楚判别明渠水流和管流临界雷诺数不同的原因。 4、理解圆管均匀层流的流速分布，掌握沿程水头损失的计算及沿程水头损失系数的确定。 5、了解紊流的成因和特征，了解紊流粘性底层和边界粗糙程度对水流运动的影响，理解紊流光滑区、粗糙区和过渡区的概念，了解紊流的流速分布规律。 6、理解尼古拉兹实验中沿程水头损失系数λ的变化规律，掌握紊流3个流区沿程水头损失系数λ的确定方法，能应用达西公式计算紊流的沿程水头损失。 7、了解当量粗糙度的概念，会运用Moody图查找λ的值。 8、掌握计算沿程水头损失的经验公式——舍齐公式和曼宁公式，能正确选择糙率n。 9、理解局部水头损失产生的原因，能正确选择局部水头损失系数进行局部水头损失计算。【学习重点】 1、了解液体运动两种流态的特点，掌握流态的判别方法和雷诺数Re的物理意义。 2、掌握沿程水头损失系数λ在层流和紊流三个流区内的变化规律，并能确定λ的值。 3、会应用达西公式计算沿程水头损失 4、掌握舍齐公式及曼宁公式，并会确定糙率n。 5、掌握局部水头损失计算。【内容提要和学习指导】本章是水力学课程中的重点，也是难点。这一章中概念多、公式多，重要的雷诺实验、尼古拉兹实验成果与半经验理论和理论分析成果相互验证和借鉴，经验公式和系数多而且集中。学习本章应该紧紧围绕达西公式中的沿程水头损失系数λ，掌握λ的影响因素和在不同流态与紊流各流区中的变化规律，弄清相关的概念和液体运动特征。最终落实到会确定λ值，并计算不同流态和流区内的沿程水头损失。 4.1 水流阻力与水头损失水流阻力和水头损失是两个不同而又相关联的重要概念，确定它们的性质、大小和变化规律在工程实践是有十分重要的意义。

水力裂缝形态室内试验与现场监测

摘要本文对目前国内外了解裂缝形态的技术进行了总结，分为室内实验和现场监测两部分，分别对其技术原理进行了阐述，并对几种现场监测技术进行了对比，加深了对裂缝监测技术的认识。在此基础上，提出面对复杂地层，应该结合不同监测技术进行优化设计，以更好指导生产。关键词：室内试验；裂缝监测；水力压裂

一、前言当今石油储量日渐消耗，需求却逐日增长，这对石油产量提出了更高的要求。而每年产量的提高除通过探测新油气储存区外，低渗透储层或者老旧油区的剩油、稠油、重油等也开始受到重视，而其中低渗油藏的油气资源是现今利用最多的一种，成为能源主要的供应来源之一。但是对低渗透储层中油气的开采，需要通过特别的处理手段，才能够实现经济开采，水力压裂是目前各大油田中常用的增产手段。水力压裂形成的人工裂缝的形态是压裂施工是否成功的关键之一，对不同条件下压裂裂缝形态的研究具有重要意义。由于实际上压裂施工是在井下进行操作，压裂效果只能通过压裂工人的经验以及压裂井压后的生产数据进行分析判断，或通过压裂施工的破裂压力等数据进行粗略判断。这些方法存在如下问题：（1）经验性。即解释结果受操作者的经验限制较大，对于比较陌生的地层，其结果与实际条件存在较大差距。（2）精度较低。没法准确判断人工裂缝的走向和方位，裂缝参数的计算。（3）施工复杂，周期长，成本高。（4）推广困难。一个地区的经验很难用到地层条件有差异的地区。因此，本文通过调研，对目前室内和现场常用的裂缝形态研究和监测手段进行了综述。一、室内实验目前，水力裂缝形态的室内研究主要是通过裂缝模拟实验系统进行。最早进行室内实验的是Abbas Ali Dane shy[1]，通过自行研制的实验系统对地层存在弱面条件下裂缝的延伸规律进行了研究。此后国外又有众多学者[2][3][4]通过裂缝模拟实验系统对不同地层条件下的裂缝形态进行了研究。而目前国内只有石油大学(北京)岩石力学实验室[5]拥有一套自行设计组建的大尺寸真三轴模拟试验系统。近些年，随着水平井重要性的不断上升，对水平井裂缝形态的研究也显得尤为重要。国外，代表性的研究工作是W.El Rabaa对水平井起裂裂缝的几何形状的试验研究。国内，史明义等[6]对中国石油大学(北京)岩石力学试验室组建的一套大尺寸真三轴模拟试验系统进行了改造和完善，使这套系统也能够对水平井裂缝形态问题进行研究。

§3—5排水管道系统的水力计算

§3—5排水管道系统的水力计算一、排水定额：两种：每人每日消耗水量卫生器具为标准排水当量：为便于计算，以污水盆的排水流量0.33升/秒作为当量，将其他卫生器具与其比值 1个排水当量=1.65给水当量二、排水设计流量： 1、最大时排水量： P h d P KQ Q T Q Q == 用途：确定局部处理构筑物与污水提升泵使用 2、设计秒流量：（1）当量计算法： max 12.0q N q P u +=α 适用：住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校注意点：∑>i u q q ，取∑i q （2）百分数计算法： b n q q p u 0∑= 适用：工业企业，公共浴室、洗衣房、公共食堂、实验室、影剧院、体育馆等公共建筑注意点：一个大便器的排水流量

三、排水管道系统的水力计算 1、排水横管水力计算：（1）横管水流特点：水流运动：非稳定流、非均匀流卫生器具排放时：历时短、瞬间流量大、高流速特点：冲击流——水跌——跌后段——逐渐衰减段可以冲刷管段内沉积物及时带走。（2）冲击流引起压力变化——抽吸与回压 ① 回压：B 点：突然放水时，水流呈八字向两方向流动，即g v 22增加（两侧空气压缩） A 、 C 存水弯水位上升，严重时造成地漏反冒 ② 抽吸：向立管输送中，水流因惯性抽吸真空，抽吸存水弯下降 ③ 措施：a 、10层以上采用底层横管单独排出 b 、底层横管放大一号或接表3——11保证立管距离 c 、单个卫生器具直接连接横管时，距立管≮3.0m （3）水力计算设计规定 1）充满度 2）管道坡度 3）自清流速 4）最小管径 4、水力计算基本方法： wv q I R n v u ==21321 按以上公式编制水力计算表，查表3—22 、3—23

水力压裂造缝机理

水力压裂造缝机理水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为，水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关，必须学握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。木节从地应力场分析及获取方法入于介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。在致密地层，首先向井内注入斥裂液使地层破裂，然后不断注液使斥裂缝向地层远处延伸。显然.地层破裂斥力昴拓.反映出注入流体斥力要克服由于应力集中而产生的枚為井壁应力以及岩石抗张强度。一旦诱发人匸裂缝.井眼附近应力集中很快消失，裂缝在较低的圧力下延伸?裂缝延伸所需要的斥力随着裂缝延伸引起的流体流动摩阻増加使得井底和井口斥力増加。停泵以后井筒摩阻为零.斥裂缝逐渐闭合?施匸压力逐渐降低。对于商渗透地层或存在裂缝带.地层破裂时的井底压力并不出现明显的峰值。一、地应力场分析与测量地下岩石的应力状态通常是三个相互垂直且互不相等的主应力(principal stress)。地应力场不但影响到水力压裂造缝过程?而且通过井网与人1：裂缝方位的配合关系彩响到汕藏开发效果。 1.地应力场存在于地壳内的应力称为地应力(in-situstress),是由于上樓岩层重力、地壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部做位面积上的作用力。包括原地应力场和扰动应力场两部分。前者主要包括重力应力、构造应力.孔隙流体斥力和热应力等：后者主要是指由于人匚扰动作用引起的应力。 1)重力应力场是指沉积盆地中的储层受到上覆岩层重力作用而形成的应力分布。在地层中孔隙流体压力作用下，部分上覆岩层的重力被孔隙流体压力所支撑。但由于颗粒间胶结作用.孔隙压力并未全部支撑上覆地层圧力。 Terzaghi认为：地层岩石变形由有效应力引起。假设地层岩石为理想的均质各向同性线弹性体，弹性状态下垂向载荷产生的水平主应力分量由广义胡克(Hook)定律汁算。 E和v为岩石力学参数，典型值见表6?1。它们与岩石类型和所受到的困汗.温度有关。表6?1常见岩石的泊松比与杨氏模址因岩体水平方向上应变受到限制，即ex=0. ey=Oo 砂岩的泊松比一般在0.15^0.27之间。泊松比越大.水平主应力越接近垂向应力。考虑孔隙流体圧力后的地层水平主应力。 2)构造应力场构造应力场是指构造运动引起的地应力场増虽。它以矢虽形式迭加在地层重力应力场中?使得水平主应力场不均匀。一般而言，在正断层和裂缝发育区是应力释放区.例如，正断层中的水平主应力可能只有垂向应力的1/3.而在逆断层或褶皱地帯的水平应力可以大到垂向应力的3倍。通常?构造应力场只有两个水平主应力，属于水平的平面应力状态，而且挤斥构造引起挤乐构造应力，张性构造引起拉张构造应力c 3)热应力场热应力场是捋由于地层温度变化在其内部引起的内应力増虽.与溫度变化虽和岩石性质有关。油IB开发中的注水.注蒸汽和火烧油层等可以改变油藏的主应力大小，甚至主应力方向。将油藏边界视为无穷大.考他其侧向应变受到约束.温度变化引起的水平应力増SDsx. DSy 2.地应力场确定

住宅套内给水排水管道水力计算知识交流

住宅套内给水排水管道水力计算专业--给排水常识2010-05-26 18:06:18 阅读21 评论0 字号：大中小订阅 1 入户管管径计算《住宅建筑规范》[1]第5.1.4条规定：“卫生间应设置便器、洗浴器、洗面器等设施或预留位置；……。”这是现阶段住宅内卫生器具配置的最低要求，从《建筑给水排水设计规范》[2]中可知普通住宅Ⅱ、Ⅲ类符合此项要求。以普通住宅Ⅱ类为计算算例，表1-1为普通住宅Ⅱ类最高日生活用水定额及小时变化系数，表1-2为住宅常见卫生器具的给水额定流量、当量和连接管公称管径。表1-3为生活给水管道的水流流速要求值。普通住宅Ⅱ类常见户型配置情况：所有户型配置均配置一间厨房，一套洗衣设施，以卫生间间数不同，分为一卫户（一间卫生间的户型）、二卫户（二间卫生间的户型）和三卫户（三间卫生间的户型）。表1-4 为常见户型卫生器具不同组合的当量数。以PP-R管道和PAP管道作为典型管材进行水力计算。三通分水连接方式常用的建筑给水用无规共聚聚丙烯（PP-R）管道，当冷水管工作压力≤0.6MPa时，常选用S5系列，S5系列计算内径较大；分水器分水连接方式常用的铝塑复合（PAP）管道，铝塑复合（PAP）管道采用对接焊型，计算内径较小。表1-5为住宅常见户型入户管水力计算表。由表1-5可知，普通住宅Ⅱ类常见户型入户管公称管径应为DN25～DN32；如入户管管径采用小一级的，首先流速不满足规范要求，其次同样长度的入户管水头损失比满足流速要求管径的水头损失大3倍左右。表1-1 最高日生活用水定额及小时变化系数[2]

注：（1）流出水头[7] 是指给水时，为克服配水件内摩阻、冲击及流速变化等阻力而能放出的额定流量的水头所需的静水压。（2）最低工作压力[2] 是指在此压力下卫生器具基本上可以满足使用要求，它与额定流量无对应关系。住宅入户管上水表的水头损失取0.010[2]～0.015MPa[4]。笔者以水表本层出户集中布置方式（水表距楼面1.0m），常见户型厨房、卫生间和阳台用水点为算例，根据管件采用三通分水或分水器分水的连接情况，经过管道、配件沿程和局部水头损失计算后，加上卫生器具的最低工作压力和水表的水头损失不同组合，表前最低工作压力在0.10～0.15MPa。对分水器集中配水连接方式水头损失较小，对应的表前最低工作压力可采用较小的数值。现代住宅给水支管设计常常只到水表后（或在室内预留一处接口），表前最低压力值的大小关系到住户将来装修后的正常用水，对于这一点应加以重视。同时必须指出，目前大部分水箱供水方式，水箱设置高度难以满足顶上1～3层表前最低工作压力(卫生器具的最低工作压力)的要求，这一点在设计时应特别注意。 3 排水横支管管径计算排水横支管设计排水流量（通水能力）是按照重力流（不满流）进行计算，同管径的排水横支管设计排水流量远小于排水立管的设计排水流量。表3-1 为住宅常见卫生器具排水的流量、当量和排水(连接)管的管径。以常用的建筑排水硬聚氯乙烯（UPVC）管道（公称外径50～110mm）作为计算算例。表3-2为水力计算参数、计算过程和计算结果。表3-1卫生器具排水的流量、当量和排水管的管径[2]

水泵管道压力损失计算公式

水泵的管道压力损失计算,水泵管道压力损失计算公式点击次数：7953 发布时间：2011-10-28 管道压力损失,管道压力损失计算公式为了方便广大用户在水泵选型时确定管道压力损失博禹公司技术工程师特意在此发布管道压力损失计算公式供大家选型参考。通过水泵性能曲线可以看出每台水泵在一定转速下，都有自己的性能曲线，性能曲线反映了水泵本身潜在的工作能力，这种潜在的工作能力，在泵站的实际运行中，就表现为在某一特定条件下的实际工作能力。水泵的工况点不仅取决于水泵本身所具有的性能，还取决于进、出水位与进、出水管道的管道系统性能。因此，工况点是由水泵和管路系统性能共同决定的。水泵的管道系统，包括管路及其附件。由水力学知，管路水头损失包括管道沿程水头损失与局部损失。 Σh=Σhf+Σhj=Σλι/d v2/2g+Σζv2/2g （3-1）式中Σh—管道水头损失，m； Σhf--管道沿程水头损失，m； Σhj--管道局部水头损失，m； λ--沿程阻力系数； ζ--局部水头损失系数； ι--管道长度，m； d--管道直径，m； v --管道中水流的平均流速，m/s。对于圆管v=4Q/πd2,则式（3-1）可写成下列形式

Σh=（Σλι/12.1d5+Σζ/12.1d4）Q2=（ΣS沿+ΣS局）Q2=SQ2 （3-2）式中 S沿--管道沿程阻力系数，S2/m5,当管材、管长和管径确定后，ΣS沿值为一常数； S局--管道局部阻力系数，S2/m5,当管径和局部水头损失类型确定后，ΣS局值为一常数； S--管路沿程和局部阻力系数之和，S2/m5。由式（3-2）可以看出，管路的水头损失与流量的平方成正比，式（3-2）可用一条顶点在原点的二次抛物线表示，该曲线反映了管路水头损失与管路通过流量之间的规律，称为管路水头损失特性曲线。如图3-1所示。在泵站设计和运行管理中，为了确定水泵装置的工况点，可利用管路水头损失特性曲线，并将它与水泵工作的外界条件联系起来。这样，单位重力液体通过管路系统时所需要的能量H需为 H需=H st+v2出-v2进/2g+Σh （3-3）式中H需--水泵装置的需要扬程，m； H st--水泵运行时的净扬程，m； v2出-v2进/2g --进、出水的流速水头差，m; Σh--管路水头损失，m。若进、出水池的流速水头差较小可忽略不计，则式（3-3）可简化为 H需=H st+Σh=H st=SQ2 （3-4）利用式（3-4）可以画出如图3-2所示的二次抛物线，该曲线上任意一点表示水泵输送某一流量并将其提升H st高度时，管道中每位重力的液体所消耗的能量。因此，称该曲

各种管道水头损失的简便计算公式

各种管道水头损失的简便计算公式 (879) 摘要：从计算水头损失的最根本公式出发，将各种管道的计算公式加以推导，得出了计算水头损失的简便公式，使得管道工程设计人员从繁琐的计算中解脱出来，提高了工作效率。关键词：水头损失塑料管钢管铸铁管混凝土管钢筋混凝土管在给水工程应用中经常要用到水头损失的计算公式，一般情况下计算水头损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发，一步一步的代入计算。其实各个公式之间是有一定的联系的，有的参数在计算当中可以抵消。如果公式中只剩下流速、流量、管径这些基本参数，那么就会给计算者省去不少的麻烦。在此我们充分利用了各参数之间以及水头损失与水温的关系，将公式整理简化，供大家参考。 1、PVC-U、PE的水头损失计算根据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定，塑料管道沿程水头损失hf应按下式计算：（式1-1）式中λ—水力摩阻系数； L—管段长度（m）； di—管道内径（m）；

v—平均流速（m/s）； g—重力加速度，9.81m/s2。因考虑到在通常的流速条件下，常用热塑性塑料给水管PVC-U、PE管一般处于水力光滑区，管壁绝对当量粗糙度对结果的影响非常小或没有影响，故水力摩阻系数λ可按下式计算：（式1-2）式中Re—雷诺数。雷诺数Re应按下式计算：（式1-3）式中γ—水的运动粘滞度（m3/s），在不同温度时可按表1采用。表1水在不同温度时的γ值（×10-6） 05101520253040 水温℃ 1.78 1.52 1.31 1.14 1.000.890.80 0.66

γ（m3/s）从前面的计算可知，若要计算水头损失，需将表1中的数据代入，并逐步计算，最少需要3个公式，计算较为繁琐。为将公式和计算简化，以减少工作量，特推导如下：因具体工程水温的变化较大，水力计算中通常按照基准温度计算，然后根据具体情况，决定是否进行校正。冷水管的基准温度多选择10℃。当水温为10℃时的γ=1.31×10-6 m3/s，代入式1-3 得（式1-4）将式1-4代入式1-2 （式1-5）再将式1-5代入式1-1 得（式1-6）取L为单位长度时，hf即等同于单位长度的水头损失i，所以（式1-7）又因为（式1-8）

水力裂缝与天然裂缝相交准则

1最大周向应力破裂判据是断裂力学的核心问题，破裂判据是针对某一特定尺度、特定层次提出的。作为一个完整的破裂判据，至少能够回答两个问题：①破裂在什么条件下起始或继续：②破裂向什么方向扩展？ Erdogan 与薛昌明（Sih ）（1963）基于复合型裂纹在垂直于最大周向拉应力方向的平面内扩展这一实验观测结果，提出了最大周向拉应力准则。 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹，且K Ⅲ=0的情况下，裂纹前缘极坐标中的应力分量表达式为： [][]???? ? ? ?????+-+=+-+=+???????-+?-=-∏I -∏I -∏I ) ()1cos 3(sin 2cos 221)(sin 3)cos 1(2cos 221)(2sin )1cos 3(2cos )cos 3(2212/12/12/1r o K K r r r o K K r r o K K r rr θθθπθτθθθπσθθθθπσθθ （1） 1.1 裂纹扩展方向最大周向拉应力准则认为：裂纹沿σθθmax 所对应的θ的方向扩展，该方向满足以下条件： 0/,0/22

05液流形态及水力损失.

第五章液流型态及水力损失实际流体都是具有粘性的。不可压缩流体在流动过程中，流体之间因相对运动切应力的作功，以及流体与固壁之间摩擦力的作功，都是靠损失流体自身所具有的机械能来补偿的。这部分能量均不可逆转地转化为热能。这种引起流动能量损失的阻力与流体的粘滞性和惯性, 与固壁对流体的阻滞作用和扰动作用有关。因为，为了得到能量损失的规律，必须同时分析各种阻力的特性，研究壁面特征的影响，以及产生各种阻力的机理。能量损失一般有两种表示方法：对于液体，通常用单位重量流体的能量损失（或称水头损失）h i来表示，其因次为长度；对于气体，则常用单位体积内的流体的能量损失（或称压强损失）p i来表示，其因次与压强的因次相同。它们之间的关系是： p i= 丫h i 第一节水头损失的概念及其分类水头损失是流体与固壁相互作用的结果。固壁作为流体的边界层会显著地影响这一系统的机械能与热能的转化过程。在工程的设计计算中，根据流体接触的边壁沿程是否变化，把能量损失分为两类：沿程损失h f和局部损失h m。它们的计算方法和损失机理不同。一、流动阻力和能量损失的分类在边壁沿程不变的管段上（如图5-1中的ab、be、cd段），流动阻力沿程也基本不变, 图5-1沿程阻力与沿程损失称这类阻力为沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。图中的h fab , h fbe , h fed 就是ab、be、ed段的损失一一沿程损失。由于沿程损失沿管段均布，即与管段的长度成正比，所以也称为长度损失。

在边界急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域内及其附近，这中集中分布的阻力称

为局部阻力。克服局部阻力的能量损失称为局部损失。例如图5-1中的管道进口、变径管和阀门等处，都会产生局部阻力。h ma，h mb，h mc就是相应的局部水头损失。引起局部阻力的原因是由于旋涡区的产生和速度方向和大小的变化。整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和各局部损失的总和。即 h i =工h f+ 工h m 对于图5-1所示流动系统，能量损失为 h l=h fab+h fbc+f fcd+h ma + h mb + h mc 能量损失计算公式用水头损失表达时，为能量损失的计算公式沿程水头损失: h f d 2g (5-1) 局部水头损失: h m 2g (5-2) 用压强损失表达，则为: P f J ___ d 2 2 (5-3) P m 2 u ――断面平均流速；g 式中I ――管长；d――管径；数；E—局部阻力系数。在以上这些公式中核心问题是各种流动条件下无因次系数 (5-4) 重力加速度；入一一沿程阻力系入和E的计算，除了少数简单情况，主要是用经验或半经验的方法获得的。本章的主线就是沿程阻力系数入和局部阻力系数E的计算。第二节粘性流体流动的两种形态早在19世纪初期，人们注意到流体运动有两种结构不同的流动状态，能量损失的规律与流态密切相关。一、两种流态 1883年英国物理学家雷诺在与图5-2类似的装置上进行了实验。试验时，水箱A内水位保持不变，阀门C用于调节流量，容器D内盛有容重与水相近的颜色水，经细管E流入玻璃管B,阀门F用于控制颜色水流量。当管B内流速较小时，管内颜色水成一股细直的流束，这表明各液层间毫不相混。这种分层有规则的流动状态称为层流。如图5-2 (a)所示。当阀门C逐渐开大流速增加到某一临

水头损失总结(知识材料)

第三章液流型态和水头损失第一节水头损失及其分类一、水头损失产生的原因实际液体都有粘滞性，实际液体在流动过程中有能量损失，主要是由于水流与边界面接触的液体质点黏附于固体表面，流速ｕ为零，在边界面的法线方向上ｕ从零迅速增大，导致过水断面上流速分布不均匀，这样相邻流层之间存在相对运动，有相对运动的两相邻流层间就产生内摩擦力，水流在流动过程中必然要克服这种摩擦阻力消耗一部分机械能，这部分机械能称为水头损失。单位重量液体从一断面流至另一断面所损失的机械能称为两断面间的能量损失，也叫水头损失。粘滞性的存在是液流水头损失产生的根源，是内在的、根本的原因。但从另一方面考虑，液流总是在一定的固体边界下流动的，固体边界的沿程急剧变化，必然导致主流脱离边壁，并在脱离处产生旋涡。旋涡的存在意味着液体质点之间的摩擦和碰撞加剧，这显然要引起另外的较大的水头损失。因此，必须根据固体边界沿程变化情况对水头损失进行分类。水流横向边界对水头损失的影响：横向固体边界的形状和大小可用水断面面积Ａ与湿周Χ来表示。湿周是指水流与固体边界接触的周界长度。湿周ｘ不同，产生的水流阻力不同。比如：两个不同形状的断面，一正方行，二扁长矩形，两者的过水断面面积Ａ相同，水流条件相同，但扁长矩形渠槽的湿周ｘ较大，故所受阻力大，水头损失也大。如果两个过水断面的湿周ｘ相同，但面积Ａ不同，通过同样的流量Ｑ，水流阻力及水头损失也不相等。所以单纯用Ａ或Ｘ来表示水力特征并不全面，只有将两者结合起来才比较全面，为此，引入水力半径的概念。水力学中习惯上称 χ A R= 为水力半径，它是反映过水断面形状尺寸的一个重要的水力要素。水流边界纵向轮廓对水头损失的影响：纵向轮廓不同的水流可能发生均匀流与非均匀流，其水头损失也不相同。二、水头损失的分类边界形状和尺寸沿程不变或变化缓慢时的水头损失成为沿程水头损失，以hf表示，简称沿程损失。边界形状和尺寸沿程急剧变化时的水头损失称为局部水头损失，以hj表示，简称局部损失。从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损失则可理解为急变流情况下的水头损失。

水力压裂概述

水力压裂增加原油产量的机理概述水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施，水力压裂法是目前开采天然气的主要形式，要求用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气。这项技术在10年中在美国被大范围推广，但美国人正在担忧这项技术将污染水源,从而威胁当地生态环境和居民身体健康。并认为这种技术给环境带来了极大的伤害，包括使自来水自燃，引发小幅地震等。但目前它仍是使用较为广泛的一种增产措施。水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。该项技术不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。水力压裂增产增注的原理主要是降低了井底附近地层中流体的渗流阻力和改变流体的渗流状态，使原来的径向流动改变为油层与裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗，因而油气井产量或注水井注入量就会大幅度提高。如果水力裂缝能连通油气层深处的产层(如透镜体)和天然裂缝，则增产的效果会更明显。另外，水力压裂对井底附近受损害的油气层有解除堵塞作用。一、水力压裂造缝机理（一）应力分析在水力压裂中，了解造缝的形成条件、裂缝的形态(垂直或水平)、方位等，对有效地发挥压裂在增产、增注中的作用都是很重要的。在区块整体压裂改造和单井压裂设计中，了解裂缝的方位对确定合理的井网方向和裂缝几何参数尤为重要，这是因为有利的裂缝方位和几何参数不仅可以提高开采速度，而且还可以提高最终采收率，相反，则可能会出现生产井过早水窜，降低最终采收率。一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向主应力和水平主应力。 1.地应力作用在单元体上的垂向应力来自上覆层的岩石重量，它的大小可以根据密度测井资料计算。

管道水头损失产生原因及计算

流体力学二类考核指导老师：冯亮花——小组成员：蒙伦智、周肖、王桐

供水管道水头损失产生原因及计算摘要：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失，根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与沿程成正比的称为沿程水头损失，用hf表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示，两者的计量单位都为米。关键词：水头损失原因计算真空有压流 1．在分析水头损失产生原因之前，首先应该明确两个概念。 1.1水流阻力水流阻力是由于固体边界的影响和液体的粘滞性作用，使液体与固体之间、液体内有相对运动的各液层之间存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然与水流运动方向相反。 1.2水头损失水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。其中边界对水流的阻力是产生水头损失的外因，液体的粘滞性是产生水头损失的内因，也是根本原因。根据边界条件的不同把水头损失分为两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比的称为沿程水头损失，用hf表示；由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而列起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示，两者的计最单位都为米。由水头损失所产生的能量消耗，将直接影响供水水泵的选型，管道材质与内径的确定，增加机械能损耗，这一直是水利工作者在给水工程设计过程中想要尽量减小的设计因子，要想将水头损失降低到最低限度，就要了解水头损失产生的真正原因。 2．水头损失产生的原因 2.1供水管道的糙率是产生沿程水头损失的外部原因，也是直接原因。在理想的状态下，液体在管道内部流动是不受管道内壁影响的，但由于现在市场上供应的各种管材，内壁绝对光滑的材质是不存在，现有的技术只是尽量减小管道材质的糙率（即粗糙度，一般用n表示）。如给水用的PVC管，管道内壁糙率为一般取值0.009，球墨铸铁给水管道内壁糙率一般取值0.012-0.0 1 3，其它管材糙率国家都有相应的技术标准。由于管道糙率的存在，使的水流在行进过程液体与固体接触面产生摩擦阻力，水流消耗动能，产生沿程水头损失。对沿程水头损失的计算可以参照如下经验公式。经验公式：

管道的水力计算及强度计算(精)

第三章管道的水力计算及强度计算第一节管道的流速和流量流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。图3—1水在管道内的流动为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。图32管流的过流断面 a)满流b)不满流流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。以符号。表示，其单位为m／s或cm ／s。图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图

流量、流速与过流断面之间的关系如下：以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为 q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是变化的(即过流断面的面积A是变化的)，那么管段中各过流断面处的流速也随着管径的变化而变化。当管径减小时，流速增大；而当管径增大时，流速即减小。然而，当流速一定时，流量的变化随管径成几何倍数变化，而不是按算术倍数变化。因为在管流中，管道的过流断面面积与管径的平方成正比。也就是说，管径扩大到原来的2倍、3倍、4倍时，面积增加到原来的4倍、9倍、16倍。如DN50mm的管子过流断面面积是DN25mm的管子的4倍，那么在流速相等的条件下，DN50mm管子中所通过的流量即是DN25mm管子的4倍；同理，DNlOOmm的管道内所通过的流量应是DN25mm管子的16倍。在日常施工中，常有人认为在流速一定时，管径之比就是所输送的流量之比，这无疑是错误的。以上提到的以m3／h和cm3／s等为单位的流量又称为体积流量。如果指的是在单位时间内通过过流断面的流体质量时，该流量则称为质量流量，以符号qm表示，常采用的单位为kg／h或kg／s。质量流量与体积流量之间的关系为 qm=ρq v 而由式(3—1)知 q v=vA 则 q m=ρvA (3—2) 式中q m——质量流量(kg/s)； ρ——流体的密度，即单位体积流体的质量(ks／m3)； V——流体通过过流断面的平均流速(m／s)； A——过流断面面积(m2)。例管径为DNlOOmm的管子，输送介质的流速为lm／s时，其小时流量为多少? 解DNlOOmm管子的过流断面面积为 A=πD3/4=3.14×0.12/4=0.00785m2 则q v=1×0.00785×3600=28.3m3／h 答：该管道的小时流量为28.3m3/h。第二节管道的阻力损失流体在管渠中流动时，过流断面上各点的流速并不是相同的。例如在河沟中，靠近岸边的水，流动较慢；而河沟中心的水，流速就较大。管道内流动的流体也是如此，靠近管内壁面的流体流速较小，处在管中心的流体流速最大。产生这一现象的原因在于，流体流动时与管内壁面发生摩擦产生阻力，同时管内流体各流层之间由于流速的变化而引起相对运动所产生的内摩擦阻力，也阻挠流体的运动。流体在流动中，为了克服阻力就要消耗自身所具有的机械能，我们称这部分被消耗掉的能量为阻力损失。流体的性质不同，流动状态相同，流动时所产生的阻力损失大小也不同。流动是产生阻力损失的外部条件，流速越高，流体与管壁及流体自身之间的摩擦就越剧烈，阻力也就越大。相反，流速越小，摩擦减弱，阻力也就越

第3章液流形态及水头损失

第3章液流形态及水头损失 1.水头损失分哪几类?各产生在什么部位? 2.沿程水头损失及局部水头损失的一般表达式各为什么? 3.液流水头损失的内因是什么? 4.何为层流与紊流? 5.有压管道水流及明渠水流的层流与紊流如何判别? 6.雷诺数Re的物理意义是什么? 7.何谓上临界雷诺数与下临界雷诺数?为什么用下临界雷诺数作为判别层紊流流态的标准? 8.两条不同直径的管道,通过的液体相同,问两条管道的临界雷诺数是否相同?为什么? 9.有一条管道,直径d及液体的温度不变,问随着流量增大液体的雷诺数如何变化( ) (a)变大, (b)变小, (c)不变, (d)不定 10.均匀流沿程水头损失与切应力关系式是什么?该式对层、紊流是否均适用;对管道及明渠均匀流是否均适用? 11.沿程水头损失普遍式g v R g v d l h f 24122 2λλ==,对管路及明渠是否均适用？对均匀流的层、紊流是否均适用？又λ的量纲如何? 12.谢才公式RJ c V =,与达西公式g v d h f 212 λ=有何关系。谢才公式对管路、明渠均匀流是否均适用？对均匀流的层、紊流是否均适用？ 13.管道均匀流切应力在断面上分布为( )。 14.管道均匀紊流断面流速分布为( ) (a)抛物线分布, (b)对数曲线分布, (c)矩形分布, (d)指数曲线分布

15.管道均匀层流断面流速分布为( ) (a)对数曲线分布, (b)矩形直线分布, (c)抛物线分布, (d)管轴线最大边壁处为零直线分布 16.紊流特征主要有哪些?简要说明。 17.运动要素的脉动值、时均法及瞬时值的含义各是什么?相互间有何关系，对紊流运动有何影响? 18.层流与紊流中的切应力,各由什么原因引起的?两者与时均流速有什么关系? 19.有两条直径d,长度l和绝对粗糙度?相同的管道,一条输水,另一条输油,试问: h (1)当两条管道中液体的流速相等时,其沿程水头损失是否相等?哪条大? f h (2)当两条管道中液体的雷诺数Re相同时,其沿程水头损失是否相等?哪条大? f hλ与那些因素有关? 20.紊流又分哪几个区?各区与V有何关系?各区 f 21.紊流的粗糙区有何特点?为何又称阻力平方区? 22.何谓阻力流速(剪切流速)? 23.如图示,水流方向由小管到大管和由大管到小管,问两者局部水头损失是否相等?为什么?

水头损失总结

第三章液流型态和水头损失第一节水头损失及其分类一、水头损失产生的原因实际液体都有粘滞性，实际液体在流动过程中有能量损失，主要是由于水流与边界面接触的液体质点黏附于固体表面，流速ｕ为零，在边界面的法线方向上ｕ从零迅速增大，导致过水断面上流速分布不均匀，这样相邻流层之间存在相对运动，有相对运动的两相邻流层间就产生内摩擦力，水流在流动过程中必然要克服这种摩擦阻力消耗一部分机械能，这部分机械能称为水头损失。单位重量液体从一断面流至另一断面所损失的机械能称为两断面间的能量损失，也叫水头损失。粘滞性的存在是液流水头损失产生的根源，是内在的、根本的原因。但从另一方面考虑，液流总是在一定的固体边界下流动的，固体边界的沿程急剧变化，必然导致主流脱离边壁，并在脱离处产生旋涡。旋涡的存在意味着液体质点之间的摩擦和碰撞加剧，这显然要引起另外的较大的水头损失。因此，必须根据固体边界沿程变化情况对水头损失进行分类。水流横向边界对水头损失的影响：横向固体边界的形状和大小可用水断面面积Ａ与湿周Χ来表示。湿周是指水流与固体边界接触的周界长度。湿周ｘ不同，产生的水流阻力不同。比如：两个不同形状的断面，一正方行，二扁长矩形，两者的过水断面面积Ａ相同，水流条件相同，但扁长矩形渠槽的湿周ｘ较大，故所受阻力大，水头损失也大。如果两个过水断面的湿周ｘ相同，但面积Ａ不同，通过同样的流量Ｑ，水流阻力及水头损失也不相等。所以单纯用Ａ或Ｘ来表示水力特征并不全面，只有将两者结合起来才比较全面，为此，引入水力半径的概念。水力学中习惯上称χA R =为水力半径，它是反映过水断面形状尺寸的

一个重要的水力要素。水流边界纵向轮廓对水头损失的影响：纵向轮廓不同的水流可能发生均匀流与非均匀流，其水头损失也不相同。二、水头损失的分类边界形状和尺寸沿程不变或变化缓慢时的水头损失成为沿程水头损失，以hf表示，简称沿程损失。边界形状和尺寸沿程急剧变化时的水头损失称为局部水头损失，以hj表示，简称局部损失。从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损失则可理解为急变流情况下的水头损失。以上根据水流边界情况（外界条件）对水头损失所做的分类，丝毫不意味着沿程损失和局部损失在物理本质上有什么不同。不论是沿程水头损失还是局部水头损失，都是由于粘滞性引起内摩擦力做功消耗机械能而产生的。若水流是没有粘滞性的理想液体，则不论边界怎样急剧变化，引起的也只是流线间距和方向的变化，机械能之间的相互转化，决不可能出现水头损失。事实上，这样来划分水头损失，反映了人们利用水流规律来解决实践问题的经验，给生产实践带来了很大的方便。例如，各种水工建筑物、各种水力机械、管道及其附件等，都可以事先用科学实验的方法测定它的沿程水头损失和局部水头损失，为后来的设计和运行管理提供必要的数据。在实践中，沿程损失和局部损失往往是不可分割、互相影响的，因此，在计算水头损失时要作这样一些简化处理：①沿流程如果有几处局部水头损失，只要不是相距太近，就可以把它们分别计算；②边界局部变化处，对沿程水头损失的影响不单独计算，假定局部损失集中产生在边界突变的一个断面上，该断面的上游段和下游段的水头损失仍然只考虑沿程损