流動損失

以最簡單的小球碰撞來理解動量和能量的關係。在光滑平面上，一個速度為V的小球正碰一個靜止的同樣小球，如果第一個小球完全停下，第二個小球以速度礦彈出去，則動量和能量都是守恆的，這種情況發生在完全彈性碰撞中。如果兩個小球粘在一起以速度V/2運動．則動量仍然是守恆的，但動能就變為了原來的1/2，這種情況屬於塑性碰撞。損失的動能轉化成了內能。可見，能量變化並不一定對應着動量變化，動量守恆的前提是無外力，而機械能守恆的前提則要苛刻得多。

小球的塑性碰撞導致機械能不可逆地轉化成了內能，這種塑性在流體中對應着粘性。根據能量方程可知，粘性產生的耗散主要是通過流體微團之間的剪切運動造成的，因此凡是存在速度梯度的地方就會有流動損失。對於一個沒有分離的繞翼型流動，損失主要由兩部分構成，一個是物體表面的摩擦損失，另一個是流體離開物體後在尾跡內的摻混損失。實際流動中最大的速度梯度幾乎總是發生在壁面附近的邊界層內，因此壁面附近會產生比較大的損失。然而，在有大面積分離存在的流場中，分離區才是損失的主要來源。這是因為雖然邊界層內的局部流動損失最大，但受影響的流體卻不多，分離區則常伴隨着大尺度非定常的渦旋運動，將大量主流的流體牽連進有較強剪切作用的分離區中。在風機和泵等流體機械中，除了邊界層的摩擦損失、尾跡的摻混損失以及分離引起的摻混損失之外，還會存在大量的“二次流動”摻混損失。所謂的二次流動，就是那些與設計的流動方向垂直的速度分量構成的流動。這些二次流動的存在造成整個主流區也存在大量的剪切作用，產生可觀的損失。 ^[1] 

流動損失包括兩部分：

(1) 流動阻力損失。它相當於流體流動過程中的沿程阻力損失h_i和局部阻力損失h_j其值與流道的粗糙程度，各部件的形狀、尺寸和它們之間的組合情況有關。

(2)衝擊損失。流體在葉片中的流動，在設計工況下，相對速度方向與葉片-致,無衝擊損失，但當泵與風機在大於設計流量下運行時，進口速度三角形的流動角大於進口安裝角，在葉片的工作面區流體會嚴重脱壁而形成較強的渦旋區，導致較大的撞擊損失。反之，當流量小於設計流量時，進入流體發生正衝角，在葉片的非工作面區形成較小的渦旋區，產生較小的撞擊損失。由於止衝角時損失小，且又可以增大人口流道過流斷面面積，降低進口流速，有利於提高泵的抗汽蝕性能，故允許泵(風機)在低於設計流量下工作。 ^[2] 

流動損失主要包括葉型損失和二次流動損失，其中葉型損失主要包括以下五個方面：

①葉型附面層中的摩擦損失：氣流流過葉柵時，由於空氣的黏性作用，在葉柵表面會形成附面層。附面層內空氣流動就有摩擦損失。

②尾跡中的渦流損失：當氣流分別由葉背和葉盆流到葉型後緣處時，兩邊的附面層匯合而成為葉片的尾跡，另外上、下表面附面層在後緣匯合時，還會生成渦流區，由於黏性作用，旋渦運動所消耗動能轉變為熱能，這就是尾跡損失。

③尾跡和主流區的摻混損失：由於尾跡中的氣流速度小，而主流區的氣流速度大，這樣在尾跡和主流區之問存在着較大的速度梯度。在尾跡和主流區混合時，速度要調勻，這個混合過程就有損失。

④附面層分離損失：氣流從葉型前緣向後緣流動的過程中，壓力是不斷提高的，在正壓力梯度的作用下，可能會產牛附面層分離，特別是激波附面層干擾導致的附面層分離產生的損失，

⑤激波的波阻損失：當葉柵通道中出現超聲速區時，就會產生激波，氣流流過激波時，總壓下降，這稱為激波損失。 ^[2] 

對於等截面管道的完全發展段的流動，其各截面上的流動速度完全相同，且都是平行流動的。取任何一條流線，沿流動方向的流速並不改變，壓差力與黏性剪切力平衡，因此流體的靜壓是沿流向下降的。顯然這時候伯努利方程是不適用的，或者説流體的總壓是不守恆的。假設壁面是絕熱的，則總壓下降直接代表了流動損失。由於流速不變，總壓降低完全由於靜壓降低體現，因此靜壓的降低量也就直接代表了流動損失。

也就是説，對於不可壓縮管道的層流流動，損失只與速度沿徑向的梯度有關。因此，可以説管流的損失產生於所有區域，因為管道里到處都存在着剪切流動。任何增加這種剪切作用的因素都會導致流動損失的增加，例如增加平均流速、減小管徑等都會增大徑向速度梯度，從而使損失增加。按理説，流動損失意味着宏觀的動能不可逆地轉化為內能的過程。但管流的流速卻保持不變，體現為靜壓的下降。這是由於黏性力一直在通過剪切作用將流體的宏觀動能轉化為內能，但同時，流體的壓力勢能還在不斷地轉化為動能。壓力勢能轉化成多少動能，粘性就損失多少，它們之間是一個動態平衡關係。可以認為管流是一個壓力勢能不斷地轉化為內能的過程，但這種轉化必須通過流動來實現。 ^[1]