局部损失和沿程损失公式
《流体力学》第四章 流动阻力和能量损失4.8-4.9
2
实验研究表明：局部损失和沿程损失一样，不 同的流态遵循不同的规律。
如果流体以层流经过局部阻碍，而且受干扰后仍能 保持层流的话,局部阻力系数为： B
z=
Re
要使局部阻碍处受边壁强烈干扰的流动仍能保 持层流，只有当Re远小于2000才有可能。因此， 以紊流的局部损失讨论为主。
局部阻碍的种类很多，但按其流动特性 来分，主要是过流断面的扩大或收缩、流动 方向的改变、流量的合入与分出三种基本形 式以及这几种形式的不同组合。
2 a 1v12 a 2 v2 hm = 2g 2g v2 + (a 02 v2 - a 01v1 ) g
av a v v2 hm = + (a 02 v2 - a 01v1 ) 2g 2g g
(v1 - v2 ) hm = 2g
2
2 1 1
2 2 2
（取动能、动量修正系数均为1）
突然扩大的水头损失等于以平 均流速差计算的流速水头。 断面突然扩大时的水流图形
gQ p1 A2 - p2 A2 + g A2 ( Z1 - Z 2 ) = (a 02 v2 - a 01v1 ) g
Q = v2 A2 p1 p2 v2 ( Z1 + ) - ( Z 2 + ) = (a 02v2 - a 01v1 ) g g g
将上式代入能量方程
2 p1 a 1v12 p2 a 2 v2 hm = ( Z1 + + ) - (Z2 + + ) g 2g g 2g
Re=1000000时弯管的局部阻力系数
序号 断面形状 R/d(R/b) 1 圆形 方形 h/b=1.0 矩形 h/b=0.5 矩形 h/b=2.0
管道沿程水头损失计算公式
管道沿程水头损失计算公式【最新版】目录1.管道沿程水头损失计算公式介绍2.公式中各参数的含义和计算方法3.计算实例及其分析4.结论正文一、管道沿程水头损失计算公式介绍管道沿程水头损失是指水流在管道中流动时所受到的阻力，它会影响管道系统的流动性能和效率。
管道沿程水头损失的常用计算公式为：H=(λ/d)×(L/d)+(u^2/2g)+Z1+Z2+...+Zn其中，H为沿程水头损失，λ为沿程阻力系数，d为管道直径，L为管道长度，u为管道平均流速，g为重力加速度，Z1、Z2、...Zn为管道中的各种压力损失。
二、公式中各参数的含义和计算方法1.沿程阻力系数（λ）：沿程阻力系数是指水流在管道中流动时所受到的阻力大小，它与管道的形状、材质、粗糙度等因素有关。
在实际应用中，可以根据管道的尺寸和设计要求进行计算。
2.管道直径（d）：管道直径是指管道横截面的直径，通常以毫米或英寸为单位。
3.管道长度（L）：管道长度是指管道的长度，通常以米或英尺为单位。
4.管道平均流速（u）：管道平均流速是指管道中水的平均流速，通常以米/秒或英尺/秒为单位。
平均流速可以根据管道直径和设计流量进行计算。
5.重力加速度（g）：重力加速度是指物体受到的重力作用的大小，通常以米/秒或英尺/秒为单位。
6.压力损失（Z1、Z2、...Zn）：压力损失是指水流在管道中流动时所受到的各种压力损失，通常包括沿程压力损失、局部压力损失、入口压力损失等。
这些压力损失的大小和种类可以根据具体设计要求进行计算。
三、计算实例及其分析假设有一段长度为100米、直径为0.1米的圆形管道，设计流量为10立方米/小时，管道材质为钢管，粗糙度为0.01毫米。
根据管道沿程水头损失计算公式，可以计算出沿程阻力系数为0.05，平均流速为0.5米/秒，各种压力损失的大小和种类可以根据具体设计要求进行计算。
根据计算结果，可以得出以下结论：1.沿程水头损失为5米。
这意味着水流在管道中流动时所受到的阻力大小为5米的水头。
液体流动时的压力损失
液体流动时的压力损失一、压力损失的基本概念1、基本概念在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失，压力损失分为两类：沿程压力损失和局部压力损失2、沿程压力损失：油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。
3、局部压力损失：是油液流经局部障碍（如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。
二、层流、流态、雷诺数1．层流和紊流层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。
层流和紊流是两种不同性质的流态。
层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。
液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。
2．雷诺数实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度ν、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即上临界雷诺数和下临界雷诺数临界雷诺数：当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流。
常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。
雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷诺数就是惯性力对粘性力的无因次比值。
对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算Re＝4vR/ν式中 R为通流截面的水力半径。
它等于液流的有效截面积A和它的湿周χ（通流截面上与液体接触的固体壁面的周长）之比，即 R＝A /χ水利半径对管道通流能力影响很大，水利半径大，表明液流与管壁接触少，通流能力大；水利半径小，表明液流与管壁接触多，通流能力小，易堵塞。
三、沿程压力损失1．圆管中的流量通过整个通流截面的流量可由对上式积分求得，即圆管通流截面上的平均流速为比较上面两式可知:液体在圆管中在层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍，即Umax＝2v。
沿程水头损失计算
二、层流时沿程阻力系数λ的确定
液体在平直园管
内做匀速层流运
hf
动，如图：在1-2
截面间液体中分
R
τ dr
r
出一个半径为r的
1
2
L
液体柱，由于液 体作匀速运动，
τ
P1
P2
所以作用在柱体
上的合力为零（水平方向）。 作用在水平方向上只有表面力：
压力 切向力
在水平方向上: p1 r 2 p2 r 2 2 r l 0
由于局部液体的运动变化十分复杂，因此在计算时，
除少数特别的情况下可以用理论公式外，大多数的情况
下，我们一般采用实验的方法来确定公式的ξ值，局部
水头损失也可用下列公式计算：
hm
v2 2g
le d
v2 2g
le ——当量长度，即把局部阻力折算为直管的相当长度。
le
d
一、突然扩大的局部水头损失
由于截面突然扩
通用范围：n<0.02、R<0.5m的管道和小河渠。
2）巴甫洛夫斯基公式
C 1 R y 其中 y 2.5 n 0.13 0.75 R( n 0.10)
n
适用范围： 0.1m≤R≤3.0m 0.011≤n≤0.04
四、应用举例
例1：一直径d=300mm的钢管，当量粗糙度Δ=0.15mm， 输送20℃的清水，运动粘滞系数v=1.01×10-6m2/s， 已知流量Q=0.1m3/s，求在100m长的直管段内的沿程 水头损失。 解： 1）判断流态
L
LT 1 ML3 L1MT 1
L0M 0T 0
经大量实验证明，对水平圆直管内的液体流动：
Re≤2300
层流
2300< Re <4000
沿程水头损失和局部水头损失
沿程水头损失和局部水头损失
一·产生水头损失的原因
1.水头损失的内因：粘滞性
2.水头损失的外因：边界对液流的约束
二·水流运动的阻力的分类
1.内摩擦阻力
2.附加阻力
三·水头损失的类型
水头损失：单位重量的液体自一断面流到另一断面所损失的机械能。
分类：
（1）沿程水头损失：液流做均匀流，在液流内部与固壁之间产生的沿程不变的切应力，称为沿程阻力。
由沿程阻力做功而引起的水头损失称为沿程水头损失。
沿程水头损失产生的原因：
为了克服各流层之间的沿程阻力，而引起单位重量流体在运动过程中的能量损失。
(2)局部水头损失：
当固体壁沿流程急剧改变，是液流内部流速重新分布，质点间进行剧烈动量交换而产生的阻力。
有局部阻力做功引起的水头损失称为局部水头损失。
局部水头损失产生的原因：
主要原因是流体经局部阻碍时，因惯性作用，主流与壁面脱离，其间形成漩涡
区，漩涡区流体质点强烈紊动，消耗大量能量；此时漩涡区质点不断被主流带向下游，加剧下游一定范围内主流的紊动，从而加大能量损失；局部阻碍附近，流速分布不断调整，也将造成能量损失。
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。
流体力学第5章管流损失和阻力计算
除了流体与管壁之间的摩擦外，流体内部的粘性、湍流等也会导致能量损失。 例如，湍流会使流体的流动变得不规则，增加流体之间的相互碰撞和摩擦，从 而产生更多的能量损失。
损失和阻力的影响
01
能量消耗
管流损失和阻力会导致流体在 流动过程中能量不断损失，这 需要额外提供能量来克服这些 损失，如泵或风机的能耗会增 加。
02 系统效率
管路中的损失和阻力会降低整 个系统的效率，使得系统需要 更多的输入能量才能达到预期 的输出效果。
03
设备选型
04
在进行设备选型时，需要考虑管 路中的损失和阻力，以确保所选 设备能够满足实际需求。例如， 在选择泵时，需要考虑到管路中 的损失和阻力，以确保泵能够提 供足够的扬程和流量。
安全风险
理论发展
实验结果可为流体力学理论的发展提 供实证支持，进一步完善管流损失和 阻力的计算模型。
THANKS
感谢观看
过大的管流损失和阻力可能会导 致流体流动受阻，甚至产生流体 过热、压力过高等问题，这可能 对设备和人员安全造成威胁。因 此，需要进行合理的设计和操作 ，以避免这些问题的发生。
02
管流损失的计算
局部损失计算
局部损失是由于流体在管道中 流动时，遇到突然扩大、缩小、 弯曲等局部障碍而产生的能量 损失。
控制流体流速和压力
降低流体流速
01
适当降低流体在管路中的流速，可以减小流体流动的阻力，从
而降低管流损失。
控制流体压力
02
合理控制流体在管路中的压力，避免过高的压力导致流体流动
阻力的增加。
使用减压阀和稳压阀
03
在管路中安装减压阀和稳压阀，可以稳定流体压力，减小流体
喷淋最不利点计算原理参照
计算原理参照《自动喷水灭火系统设计规范GB 50084-2001》(2005年版) 基本计算公式： 1、喷头流量：
P K q 10=
式中：q -- 喷头处节点流量，L/min
P -- 喷头处水压（喷头工作压力）MPa K -- 喷头流量系数 2、流速V ：
2
π4j
xh D q v =
式中：Q -- 管段流量L/s
D j --管道的计算内径（m ） 3、水力坡降：
3.12
00107.0j
d v i =
式中：i -- 每米管道的水头损失（mH 20/m ） V -- 管道内水的平均流速（m/s ） d j -- 管道的计算内径（m ），取值应按管道的内径减１mm 确定 4、沿程水头损失：
L i h ×=沿程
式中：L -- 管段长度m
5、局部损失（采用当量长度法）：
L i h ×=局部(当量)
式中：L(当量) -- 管段当量长度，单位m(《自动喷水灭火系统设计规范》附录C) 6、总损失： 沿程局部h h h += 7、终点压力： h h h n n +=+1
计算结果:
所选作用面积:171.6平方米
总流量:45.25 L/s
平均喷水强度:15.82 L/min.平方米入口压力:59.39 米水柱。
沿程水头损失计算
2、谢才公式 对于明渠中的紊流沿程水头损失，在工程计算
中常常采用谢才公式。
v c RJ
式中： C——谢才系数 R——水力半径 J——水力坡度
J=hf/l
也可采用
hf
l
v2
De 2g
De——当量直径
关于谢才系数C的确定 1) 曼宁公式
C
1
1
R6
n
式中：n——粗糙系数，可查附录2。P160
Re 0.25
2)、紊流过渡区间：
d
d
10
Re
1000
1 2 lg(
3.7d
2.51 )
Re
此式即为柯列勃洛克公式
3)、阻力平方区间： 4 Re 1000 d
1 2 lg
3.7d
上式所有的计算仅仅是针对圆管流动的情况而言，
而在实际工程中经常碰到液体在非圆管道中流动。下面 将讨论非圆管道的情况。
R2
d2
——(5)
对平直圆管定截面的液体流动：
hf
p
32l v d 2
32l v gd 2
64
vd
l d
v2 2g
l v2
d 2g
则上式即为达西公式
所以 64 ——层流时沿程阻力系数
Re
三、紊流时沿程阻力系数λ 的确定
（一）摩擦系数曲线图
内做匀速层流运
hf
动，如图：在1-2
截面间液体中分
R
τ dr
r
出一个半径为r的
1
2
L
液体柱，由于液 体作匀速运动，
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局部损失和沿程损失公式
管道损失一般包括两项，即沿程损失与局部损失。
因此，流体流动时上、下游截面间的总水力损失应等于两截面间的所有沿程损失与局部损失之和。
沿程损失实质：沿程。
发生的地点：平顺长。
局部损失实质：由于实际流体具有粘性，在流经有局部变化的管段时将产生碰擦，并产生漩涡而引起阻力损失，即局部损失，因此，其实质是漩涡损失。
发生的地点：管段有局部改变的地点，如突变、渐变、转折、弯曲、分汇流及有阀门等管道附件处。
管道阻力的大小与流体的平均速度、流体的粘度、管道的大小、管道的长度、流体的气液态、管道内壁的光滑度相关。
管道总阻力损失hw=∑hf＋∑hj，hw—管道的总阻力损失（Pa）；∑hf—管路中各管段的沿程阻力损失之和（Pa）；∑hj—管路中各处局部阻力损失之和（Pa）。
hf=RL、hf—管段的沿程损失（Pa）；R—每米管长的沿程阻力损失，又称比摩阻（Pa／m）；L—管段长度（m），R的值可在水力计算表中查得。
也可以用下式计算，hf=[λ×（L／d）×γ×(v^2)]÷(2×g)，L—管段长度（m）；d—管径（m）；λ—沿程阻力因数；γ—介质重度（N／m2）；v—断面平均流速（m／s）；g—重力加速度（m／s2）。
管段中各处局部阻力损失hj=[ζ×γ×(v^2)]÷(2×g)，hj—管段中各处局部阻力损失
（Pa）；ζ—管段中各管件的局部阻力因数，可在管件的局部阻力因数表中查得。
水管管路的水头损失=沿程水头损失+局部水头损失沿途水头损失=(λL/d)*V^2/(2g)局部水头损失=ζ*V^2/(2g)水管管路的水头损失=沿程水头损失+局部水头损失=(λL/d+ζ)*V^2/(2g)。