局部损失发生的原因分析

局部流动变化较大时就会发生局部能量损失，这种情况很多，流动特征主要有过流断面的扩大或收缩（阀门或孔板）、流动方向的改变（弯道）、流量的汇集与分流（三通）等几种基本形式，以及这几种基本形式的不同组合，如图4-17所示。

图4-17　局部损失的分类

（1）边壁发生突变的情况。

从边壁的变化缓急来分，局部阻碍可分为突变和渐变两类。图4-17中左边一列为突变的，右边一列为渐变的情况。当流体通过突变通道时，不能像边壁那样突然折转，必然在边壁突变的地方出现主流与边壁脱离的现象，并形成漩涡区。大尺度漩涡会不断地被主流带走，也会不断地出现新的漩涡，如此周而复始。

（2）边壁发生渐变的情况。(www.xing528.com)

边壁没有突然的变化，但沿流动方向会出现增速或减速情况，也会产生漩涡区。比如在渐扩管（图4-17（b））中，流速沿流程逐渐减小，压强就会不断地增大。在这样的减速增压区，流体质点受到与流动方向相反的压差作用。在这一反向压差的作用下，靠近边壁流体质点的速度逐渐减小到零，随后会出现与主流方向相反的流动。在速度等于零的地方，主流开始与壁面脱离，出现了反向的流动并形成漩涡。

对于渐缩管道（图4-17（d））这种减压增速区，流体质点受到与流动方向相同的压差作用，故只能加速，不能减速，因此，渐缩管道内不会出现漩涡区。但在紧邻渐缩管之后，常常会产生一个不大的小漩涡区。

（3）流动方向发生变化的情况。

流体流过等径的圆弯管（图4-17（f））时，虽然过流断面沿程不变，但弯管内流体质点受到离心力的作用，在弯管前半段，外侧压强沿程逐渐增大，内侧压强沿程逐渐减小；而流速则是外侧减小，内侧增大；所以弯管前半段沿外壁是减速增压，也会出现漩涡区。在弯管后半段，在Re数较大和弯管转角较大（曲率半径较小）的情况下，漩涡区又会在内侧出现，而且其大小和强度一般都比外侧来的大，是弯管能量损失的重要因素。

漩涡区的能量来自主流，因此，漩涡不断地产生，也就不断地消耗着主流的能量。局部损失总是和漩涡区的存在相联系的，漩涡区越大，能量损失也越大。若能将边壁的变化仅仅使流体质点的速度分布发生改变，而不出现漩涡区，其局部损失将会大大降低。

由对各种局部阻碍的大量实验表明，局部阻力系数取决于局部的几何形状、壁面的相对粗糙度和雷诺数，其中局部形状是起主导作用的因素，故在一般工程计算中，认为局部阻力系数只决定于局部形状。