紊流水頭損失

處於紊流狀態的流體在運動過程中由於受到沿程阻力的作用，會損失一部分能量，稱為紊流水頭損失。

紊流水頭損失分為兩部分，即沿程水頭損失和局部水土損失，下面分別介紹。

沿程水頭損失

沿程水頭損失公式

紊流的沿程水頭損失可採用達西-魏斯巴赫公式

λ與雷諾數Re及Δ/d有關。Δ為管壁粗糙度高度，d為圓管的直徑。

尼古拉茲實驗

1933年德國科學家尼古拉茲在圓管內壁貼上上經過篩分具有相同粒徑(即絕對粗糙度Δ)的砂粒，製成人工均勻顆粒粗糙的管道，得出了反映圓管流動情況的試驗結果，得出了 λ=f(Re,Δ/d)的規律。尼古拉茲實驗雖然不能完全用於工業管道，但是它全面揭示了不同流態情況下 λ和雷諾數Re及相對粗糙度Δ/d的關係，從而說明確定λ的各種經驗公式和半經驗公式有一定的適用範圍。

人工粗糙管沿程阻力係數半經驗公式

沿程阻力係數的半經驗公式是從研究斷面流速分布著手，綜合普朗特理論和尼古拉茲實驗結果推出的。

按照粗糙管的不同，可按下圖的公式計算：

工業管道阻力係數的計算

計算時引入“當量粗糙高度”，把工業管道的粗糙折算成人工粗糙。當量粗糙高度是指和工業管道粗糙管區λ值相等的同直徑人工粗糙管的粗糙高度。

為了簡化計算，1944年莫迪在柯列布魯克公式的基礎上，繪製了工業管道λ的計算曲線，即莫迪圖，可按Re及相對粗糙度 Δ/d直接查的λ值。

阻力係數的經驗公式

1）希夫林松公式：

2）舍維列夫公式

3）謝才公式

局部水頭損失

工業管道中，經常在管道中間設有異徑管、三通、閘閥、彎道、格柵等部件或其他構築物。在這些局部阻礙處均勻流遭到破壞，引起流速分布的急劇變化，從而形成形狀阻力和摩擦阻力，由此產生局部水頭損失。

產生的原因

邊界層分離和漩渦區得存在是造成局部水頭損失的主要原因。

過水斷面突然擴大的水頭損失計算

有管徑A1到管徑A2過水斷面突然擴大，其水頭損失計算公式如下：

由於局部障礙的形式繁多，水力現象及其複雜，除少數幾種情況可以用理論結合實驗計算外，其餘都僅由實驗測定。

沿程水頭損失實例計算

已知鑄鐵管直徑d=25cm,長為700m,通過流量為56L/s,水溫為10C°，求水頭損失。

解：計算過程以及結果如下圖所示