局部水头损失计算
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】： 3.闸阀处
4.总的局部水头损失 hj hj1 hj2 hj3 0.051 0.032 0.437 0.520m
hj
v2 2g
式中ξ为局部水头损失系数 ，v为断面平均流速。
注意： ξ是对应于某一流速水头而言，在选用时应注意二者的关 系，以免用错了流速水头。若不加特殊标明者，一般ξ值皆相应于 局部阻力后的流速水头而言。
不同边界条件常见的局部水头损失系数表
不同边界条件常见的局部水头损失系数表
弯管段局部损失系黄河水利职业技术学院
2016.10
局部水头损失计算公式
局部水头损失就是由于水流边界发生不连续突然改变，由于水流 的惯性导致水流与边壁的脱离现象而产生的水头损失。
局部水头损失产生的边界条件各种各样，相当复杂，目前还没有 理论计算公式，通常用一个流速水头与一个局部水头损失系数的 乘积来表示，即
如：30°弯管，R/d=0.5， ζ90=1.2， 30°弯管a值为0.55，则转弯处局部损失系数为0.55×1.2=0.66
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】：
图中共有三处产生局部水头损失，即管道进口处、管径缩小处和 闸阀处，如图中所示。
1.进口处
局部水头损失计算举例
，则
【案例分析与计算】： 2.缩小处
局部损失计算完整版文档
——截面突然扩大的局部水头损失，等于“损
失速度”的速度水头。
将式 hj=V2(V2-V1)/g+(V21-V22)/2g 改写成： hj=ζ1V21/2g= ζ2V22/2g ζ1和ζ2：截面突然扩大的局部阻力系数， ζ1=(1-A1/A2)2 ζ2=(A2/A1-1)2
注意，
按照所用的速度水头来确定其对应的局部阻力 列出截面1-1和2-2的伯努里方程
合并整理得 hj=V2(V2-V1)/g+(V21-V22)/2g
ζ1=(1-A1/A2)2
设截面1-1和2-2的中心点的压强各为p1和p2，平均流速各为V1和V2，截面积各为A1和A2，
V2=A1V1/A2
（二）管道突然扩大问题计算公式理论推导
设截面1-1和2-2的中心点的压强各为p1和p2，平均流速各为V1和V2，截面积各为A1和A2，
设截面1-1和2-2的中心点的压强各为p1和p2，平均流速各为V1和V2，截面积各为A1和A2，
系数； 改写成： hj=ζ1V21/2g= ζ2V22/2g
管道突然扩大理论推导计算公式：
按照已有局部阻力系数的数据，选取对应的速 ζ1=(1-A1/A2)2
——截面突然扩大的局部水头损失，等于“损失速度”的速度水头。
改写成： hj=ζ1V21/2g= ζ2V22/2g
截面突然扩大的局部水头损失的计算公式
ζ1=(1-A1/A2)2
截面突然扩大的局部水头损失的计算公式
将式 hj=V2(V2-V1)/g+(V21-V22)/2g
一、局部损失计算 （一）计算公式
是什么？
HJ
V2 2g
管道突然扩大理论推导计算公式：
HJ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自动喷水灭火系统局部水头损失计算方法
通过对自动喷水灭火系统局部水头损失计算方法及舍维列夫公式与海曾-威廉公式之间差别的分析,提出需对《自动喷水灭火系统设计规范》( GB50084 - 2001)中的管件当量长度进行修正的观点,并推得适用于舍维列夫公式的各种管径管件的当量长度。
关键词局部水头损失当量长度喷头工作压力舍维列夫公式海曾-威廉公式修正系数水力计算是自动喷水灭火系统设计中的一项重要内容。
水力计算结果将直接影响系统的可靠性、合理性、经济性,而合理的水力计算方法是水力计算结果正确的基础。
在局部水头损失计算方法方面《自动喷水灭火系统设计规范》( GB50084 - 2001)(以下简称“新规范”) 较《自动喷水灭火系统设计规范》( GBJ 84 - 85) (以下简称“旧规范”) 作了较大的改动。
笔者结合工程实例对两本规范局部水头损失的计算进行分析和探讨。
1 局部水头损失计算方法分析在“新规范”颁布实施前,对自动喷水灭火系统局部水头损失的计算国内现行设计手册及教材普遍采用估算的方法。
即系统的局部水头损失仅在管道水力计算结束时取沿程水头损失的20 %。
这种计算方法不足之处在于:首先,20 %的取值忽略了每个工程管网布置、配置的特殊性,误差较大;其次,在管道水力计算时忽略了局部水头损失对喷头的喷水压力影响,进而影响系统的设计流量、管道的水头损失或系统所需的扬程。
由于估算法存在较大的误差,在局部水头损失的计算方法上“新规范”摒弃了“旧规范”中估算的方法。
“新规范”第9.2.3 条明确规定:“管道的局部水头损失,宜采用当量长度法计算。
当量长度表见规范附录C”。
当量长度法的采用既为简化局部水头损失的计算创造了条件,同时也间接确定了将局部水头损失的计算纳入到沿程水头损失的计算中,所以在计算作用面积内各喷头节点流量时,也就同时考虑了沿程水头损失和局部水头损失对各喷头节点的喷水压力影响。
由此可见,在局部水头损失计算方面“新规范”弥补了“旧规范”的不足。
局部水头损失计算
2016.10
局部水头损失计算公式
局部水头损失就是由于水流边界发生不连续突然改变，由于水流 的惯性导致水流与边壁的脱离现象而产生的水头损失。
局部水头损失产生的边界条件各种各样，相当复杂，目前还没有 理论计算公式，通常用一个流速水头与一个局部水头损失系数的 乘积来表示，即
如：30°弯管，R/d=0.5， ζ90=1.2， 30°弯管a值为0.55，则转弯处局部损失系数为0.55×1.2=0.66
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】：
图中共有三处产生局部水头损失，即管道进口处、管径缩小处和 闸阀处，如图中所示。
1.进口处
局部水头损失计算举例
，则
【案例分析与计算】： 2.缩小处
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】： 3.闸阀处
4.总的局部水头损失 hj hj1 hj2 hj3 0.051 0.032 0.437 0.520m
hj
v2 2g
式中ξ为局部水头损失系数 ，v为断面平均流速。
注意： ξ是对应于某一流速水头而言，在选用时应注意二者的关 系，以免用错了流速水头。若不加特殊标明者，一般ξ值皆相应于 局部阻力后的流速水头而言。
不同边界条件常见的局部水头损失系数表
不同边界条件常见的局部水头损失系数表
弯管段局部损失系数确定
流体4-5局部水头损失计算
8sin
[1 ( A1 A2
)2 ]
k[1
A1 A2
]2
2
3、管径突然缩小
1 (1 A2 )
2 A1
4、渐缩管
8sin
[1
( A1 A2
)2 ]
2
（对应于速度V2）
5、管道出口（流入大容器）：当A2>>A时，
6、管道入口
1.0
7、常用弯头、三 通和阀门的局 部阻力系数
二、影响局部损失的主要因素
局部阻碍形状 壁面的相对粗糙度
雷诺数
决定
紊流状态下的 局部损失系数
三、局部阻力系数
1、管径突然扩大
1
(1
A1 ) 2 A2
2
( A2 A1
1)2
ξ1和ξ2对应的速度水头不同， ξ1对应的速度水头以A1计算； ξ2对应的速度水头以A2计算。
2、管径逐渐扩大
§4-5 局部水头损失计算
问题设计： 1、管道形状对流动阻力有什么影响？哪些地方会产
生流动阻力？ 2、减小管内流动阻力的思路有哪些？
§4-5 局部水头损失计算
局部损失产生 的主要原因
管壁的急剧变化， 使流体在惯性力的 作用下与壁面发生 脱离，形成旋涡。 引起旋涡损失。
管壁变化，使流 体的流速重新分 布。在速度重新 分布过程中，流 体质量的摩擦和 碰撞增多，产生 能量损失。
四、减小流动阻力的途径 减小沿程阻力的主要途径 减小壁面的相对粗糙度
减小局部阻力的主要途径
改进局部边界形状， 避免旋涡的产生或
减小旋涡的大小的强度
减小局部阻力的具体方法
局部水头损失
以Q=A2v2代入, 各α、β均取1(紊流), 并除以γA2得到
( z1
z2) (
p1 γ
p2 ) γ
v2 (2v2 1v1)
g
hj
(z1
z2 )
(
p1 γ
p2 γ
) (α1v12 2g
α2v22 2g
)
hj
(v1
v2 )2 2g
用连续方程
v1
A2v 2 A1
，v 2
A1v1 A2
代入并化简可得
a.物理 b.化学：添加少小沿程阻力
（1）减小管长L。 （2）适当增加管径d。 （3）减小管壁的绝对粗糙度K。
hf
L d
v2 2
f Re, K
d
（4）用软管代替硬管。
（5）在流体内加入极少量的添加剂。
2.减小局部阻力
减少局部阻力的着眼点应在于避免旋涡区的产生及 减小旋涡区的大小和强度。 （1）在管道系统允许的条件下，尽量减少弯头、阀门等
hj
1
v12 2
hf
hex
1
8sin
1
A1 A2
2
k 1
A1 A2
2
2
渐扩管前细管内流体的沿程阻力系数；
在60º左右 损失最大
扩散角，一般取=6º～12º；
K 与扩散角有关的系数，当≤20º时， 可近似取ksin。
4、渐缩管
hj
ζ2
v22 2g
θ——收缩角 n=A2/A1——收缩面积比 ζ——公式、图表
❖以圆管突然扩大的局部水头损失为例作介绍。
圆管突然扩大的局部水头损失
v1
z1 0
2
v2
z2 2
局部水头损失计算课件
03 提高工程效益
准确计算局部水头损失，有助于优化管道设计、 降低能耗、提高工程效益。
局部水头损失定义
01 局部阻力
流体在管道中流动时，由于管道截面变化、弯头 、阀门等局部构件引起的阻力。
02 局部损失
流体克服局部阻力所消耗的能量，表现为水头降 低。
计算方法
根据突然扩大前后的管径、流速等参数，利用经验公式进行计算。
影响因素
管径比、流速比、流体性质等。
实例二：弯曲损失计算
弯曲损失的定义
01
流体在弯曲管道中流动时，由于离心力和摩擦力的作用，将产
生局部水头损失。
计算方法
02
根据管道的弯曲半径、流速、流体性质等参数，利用经验公式
进行计算。
影响因素
03
06
实验验证与结果分析
实验目的和原理介绍
实验目的
通过实验验证局部水头损失计算公式的准确性，加深对局部水头损失的理解。
实验原理
局部水头损失是由于流体在管道中流动时，遇到局部阻力（如弯头、阀门等） 而产生的能量损失。计算公式为：hj=ξ*(v^2/2g)，其中ξ为局部阻力系数，v为 流体速度，g为重力加速度。
管径渐变对局部水头损失影响较小
采用渐变管径设计，可以减小流体在管道中的流速变化和涡流损失，从而降低局部水头损失。
优化管道布局和设计参数
合理选择管道材料和内壁粗糙度
选择内壁光滑、粗糙度小的管道材料，可以减小流体在管道中的摩擦阻力，降低局部水头损失。
优化管道布局和减少弯头、阀门等局部阻力件
合理设计管道布局，减少弯头、阀门等局部阻力件的使用，可以降低流体在管道中的涡流损失和能量损失，从而 减小局部水头损失。
管道水头损失计算
管道水头损失计算
沿程和局部水头损失之和为总水头损失：
hw=hf+hj （3）
式中：
hw—管道的总水头损失，m hf —管道沿程水头损
失，m；
hj —管道局部水头损失，m.
UPVC管材的沿程水头损失计算常采用谢才公式:
hf= （L/c2R）v2（4）
式中:
L—管道的长度，m
c—谢才系数；
R—管道的水力半径，m.
局部水头损失计算公式为:
hj= & （v2/2g ）（5）
式中:
& —管道局部阻力系数；
g—重力加速度，9.81m/s2.
<<室外给水设计规范>>给的
hf=hl+hj=iL（1+10%）
式中：hf ——水头损失（m）
hl ——沿程水头损失（m）
hj ——局部水头损失（m）；一般hj=5-10%hl
L――管道长度（m）
i ——水力坡度：
聚乙（丙）烯给水管
i=0.000915 X（QX.774/d 计人4.774 ）;
钢管给水管
i=0.000912 X v A2 （1+0.867/v ）A0.3/d 计A1.3 （v<1.2m⑸
i=0.0 00107X vA2/d 计A1.3 （v>=1.2m/s）
式中：v ---------------------------- 管内流速（m/s）
d计一一水管计算内径（m）
管道糙率经验值
铸铁管一般0.014，钢管0.012 , upvc 管0.009 , RPR管0.0084，水泥管0.013 0.015。
阀门局部水头损失估算新消规
新规范
根据设计手册的
阀门的局部水头损失可如下估算
消防系统常用阀门为闸阀和蝶阀，全开时局部阻力系数均为0.1~0.3
消防管道最大允许流速为2.5m/s
消防管道每5个消火栓设一个分段阀，按20个计（可控制100个消火栓）
20个分段阀的总局部水头损失为0.64m~1.91m
2014年7月4日之前的计算中，给予了管线阀门损失5m，不恰当。
经过计算，只有在40L/s消防用水量的情况下，150干管才会超过2.5m/s
一般20L的情况，流速只有不到1.2m/s,对应的20个阀门局部水头损失为0.15m~0.44m 一般30L的情况，流速只有不到1.8m/s,对应的20个阀门局部水头损失为0.33m~0.99m
结论：
一般情况下，消火栓管线阀门水头损失可以取1m
大流量情况下（大于30L），消火栓管线阀门水头损失取2m
之前计算取5m欠妥当。
水泵局部损失：
20L对应的泵的入口管径为80,40L对应100，经过计算局部水头损失为一般不超过2m，所以定泵站内损失为3m是比较合适的，但不应表述为吸水管1m，压水管2m，应整体表述为3m，其中富余量作为安全水头。
水头损失计算
关于水头损失计算的整合与研究摘要:在世纪液体恒定总流量方程式中的hw，表示液体在流动过程中单位重量液体克服阻力做功所消耗的机械能，称之为水头损失(Loss head)或能量损失，它是液流机械能损耗的基本度量指标。
造成水头损失的外因是：影响相对运动与水流阻力强度的固体边界状况;水头损失内因是：相对运动与摩擦阻力的水流粘滞性，也是根本原因。
产生水头损失的方式是：液体与固体边壁之间、液层与液层之间或液体质点之间的摩擦、碰撞和混掺。
关键词:水头损失计算一：概念分析1：沿程水头损失：克服沿程阻力做功而引起的水头损失。
局部水头损失：水流克服局部阻力做功引起的水头损失。
2：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中有十分重要的意义。
（l）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。
（2）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。
（3）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引起的水头损失称为局部水头损失，用hj表示。
（4）对于在某个流程上运动的液体，它的总水头损失hw遵循叠加原理即：hw＝∑ hf＋∑hj（4－l）（5）为了反映过流断面面积和湿周对水流阻力和水头损失的综合影响，引入水力半径的概念，即：R＝A／c（4－2）水力半径是水力学中应用广泛的重要水力要素。
3：层流和紊流1883年雷诺通过实验发现：流速不同时水流流动形态不同。
当流速较小时，液体质点作有条不紊、互不混掺的运动，这种流动形态称为层流；当流速较大时，质点运动轨迹曲折杂乱，各流层的质点互相混掺，形成大量大小不一的涡体，这种流动形态称为紊流；紊流中各处的流速、压强等运动要素值均随时间作不规则变化的现象称为紊流脉动。
水力学实验报告(管道局部水头损失实验)
1 638 5.07 125.84 21.96 80.59 26.70 25.70
2 849 7.35 115.51 20.16 73.97 27.70 26.70
3 922 9.78 94.27 16.45 60.37 29.50 28.70
4 556 10.40 53.46 9.33 34.24 31.80 31.60
实验测得的局部水头损失系数为 0.56，理论计算得水头损失系数为 0.53,误差为 5.6%。 实验所得损失系数偏大，原因是操作过程中的一些误差导致了额外的水头损失，具体有： （1） 管道存在沿程水头损失，造成额外的水头损失。 （2） 管道中可能有一些未彻底排净的气体，对水流造成影响。 （3） 转动阀门后，应待水流稳定后才可测量，不适当的时机测量可能会导致误差。 （4） 由于测压管读数需将尺垂直放置，测量时没有校正工具，可能导致尺子倾斜，测压管读 数偏大。 七、 回答实验指导书中有关问题
一、
实验的目的
1. 掌握测定管道局部水头损失系数 ζ的方法。 2. 将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。 3. 观测管经突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况和水流情况，以及其他各种边界突变
情况下的测压管水头线的变化情况。 二、 实验原理和装置 由于边界形状的急剧改变，水流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而 消耗一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是水头损失。 边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。 局部水头损失常用流速水头与与系列的乘积表示。 ������������ = ������ 式中： ������ 为局部水头损失系数。 系数 ������ 是流动形状与边界形状的函数， 即 ������ = ������（Re， 边界形状） 。一般水流 Re 数足够大时， 可认为系数 ������ 不再随 Re 数而变化，而看作常数。 管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析，并可得出足够精确的结果。其他情 ������ 2 2g