流体力学的尼古拉兹实验
流动阻力和水头损失
产生流动阻力和能量损失的根源：流体的粘性和紊动。
HW：单位重量流体的平均能量损失称为水头损失。
沿程阻力和沿程水头损失：
沿程阻力：当限制流动的固体边界使流体作均匀流动时，流动阻力只有沿程不变的切应力形成的阻力。
沿程水头损失：由沿程阻力作功而引起的水头损失。
沿程水头损失hf：主要由于“摩擦阻力”所引起的，随流程的增加而增加。
局部阻力和局部水头损失
局部阻力：液流因固体边界急剧改变而引起速度分布的变化，从而产生的阻力称为局部阻力。
局部水头损失：由局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失。
局部阻力水头损失hj ：主要是因为固体边界形状突然改变，从而引起水流内部结构遭受破坏，产生漩涡，以及在局部阻力之后，水流还要重新调整结构以适应新的均匀流条件所造成的。
水头线图的绘制方法：
1、绘制总水头线。总水头线总是沿程下降。在有局部水头损失的地段，有较集中的下降；在有沿程水头损失的地段，则逐渐的下降。在有外加能量的地点，则有一个集中的上升。
2、绘制测压管水头线。测压管水头线比总水头线处处低一个流速水头值。测压管水头线可能沿程下降，也可能会升高。
3、利用已知边界条件作为水头线的起点和终点。
注意：
1、理想流动流体的总水头线为水平线；
2、实际流动流体的总水头线恒为下降曲线；
3、测压管水头线可升、可降、可水平。
4、若是均匀流，则总水头线平行于测压管水头线，即J=JP。
3、流态的判别准则 —— 临界雷诺数Rec
雷诺实验揭示了水流的两种流动状态：层流和紊流;并测定了流动损失及水流速度与流态之间的关系。
（1）临界流速判别：因不同的管径大小、流体种类和流体温度，得到的临界流速不同。
（2）临界雷诺数判别：
临界流速v与过流断面的特性几何尺寸(管径)d、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，这四个量可以组成一个特征数(量纲一的量或无量纲数)称雷诺数 Re
雷诺数的物理意义：雷诺数是以宏观特征量表征的流体质点所受惯性力与粘性力之比。
粘性底层：圆管作湍流运动时，靠近管壁处存在着一薄层，该层内流速梯度较大，粘性影响不可忽略，紊流附加切应力可以忽略，速度近似呈线性分布， 这一薄层就称为粘性底层。（随雷诺数增大而减小）
紊流核心：粘性底层之外的液流统称为紊流核心。
绝对粗糙度(Δ):粗糙突出管壁的平均高度。
相对粗糙度:管壁的绝对粗糙度Δ与管径ｄ的比值.
尼古拉兹实验
1. 实验目的：研究沿程阻力系数λ与雷诺数Re和管壁相对粗糙度Ks/d之间的关系，揭示λ的变化规律。
第1区——层流区， l=f(Re) 。l=64/Re，沿程损失与流速的一次方程正比。
第2区——层流转变为紊流的过渡区。l=f(Re) ，范围较小，一般按水力光滑区处理。
第3区——水力光滑管区。紊流状态，Re>3000, l=f(Re) ，水头损失与流速的1.75次方成比例。
第4区——由“光滑管区”转向“粗糙管区”的紊流过渡区，l=f(Re, D/d) 。
第5区——水力粗糙管区或阻力平方区。 l=f（D/d），水流处于发展完全的紊流状态，水流阻力与流速的平方成正比，故又称阻力平方区。
当量粗糙度
把直径相同、紊流粗糙区λ值相等的人工粗糙管的粗糙突起高度Ks定义为该管材工业管道的当量粗糙。
附面层（边界层）：粘度小的流体（如水和空气）绕过物体运动时，摩擦阻力主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层内，粘性影响起主要作用。
形状阻力：指流体绕曲面体或具有锐缘棱角的物体流动时，附面层要发生分离，从而产生旋涡所造成的阻力。这种阻力与物体形状有关，故称为形状阻力。
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