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第四节 流动阻力和水头损失
第三节中讨论了能量方程，但并未讨论能量方程中由于流动阻力所产生的能量损失。在第一节中曾经指出，水、空气等都是有粘性的，因而将产生流动阻力。当流体在固体壁面的约束下流动，如管流或明渠流等称为内部流动，此时流体要流动就必须克服阻力做功，由此产生能量损失。流体绕固体流动或者说固体在流体中运动，称为外部流动，如风吹过烟囱或颗粒在流体中上升或沉降，此时气流受到烟囱的阻力或者颗粒受到流体的阻力都是粘性阻力，称为绕流阻力。本节主要讨论内部流动的能量损失;对绕流阻力仅作简单介绍。
由于流动有层流和紊流两种流态，不同流态的能量损失的规律是不同的。首先讨论以上两种流态。
一、实际流体的两种流态——层流和紊流
(一)雷诺实验
雷诺曾经以图6-4—1的装置来进行实验，揭示了两种流态不同的本质并确定圆管流态的判别数。
打开玻璃管的调节阀，玻璃管中水开始流动。再打开颜色液的小阀，颜色水将进入玻璃管，与水一起流动。当管中平均流速v较小时，颜色液呈一直线状如图6-4-1中a，与周围清水互不掺混，这种有规则的分层流动被称为层流。随着v的增大，颜色液将产生波动，直到某一数值，颜色液扩散到清水中，不复再见(见图6-4-1中b)。这时，两者已互相掺混，每个流体质点的轨迹是十分混乱的，这种流态被称做紊流。此时若再将流速减小，必须减小到比前一临界值更小的数值，流态才会转变为层流。层流和紊流由于两者内部结构不同，能量损失的规律也不同。由实验得到：直管上下游断面间的水头损失，层流时与断面平均流速的一次方成正比，即hf∝v1.0;紊流时则与流速的1.75—2.0次方成正比，hf∝v1.75～2.0。
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