Вплив шорсткості (шершавості) на опір тертя

При турбулентному режимі руху рідини коефіцієнт тертя залежить не тільки від ступіні турбулентності, але й від шорсткості стінок трубопроводів: l=f (режим руху, шорсткість ……..).

Шорсткість труб характеризується:

- абсолютною шорсткістю ∆, тобто середньою висотою виступів на внутрішній поверхні труб;

- відносною шорсткістю , тобто відношенням абсолютної
шорсткості до діаметра труби.

Розглянемо турбулентний потік в трубі діаметром d. Хай ∆ - середня висота виступів на поверхні. d - товщина межового ламінарного шару.

Ступінь впливу шорсткості на коефіцієнт тертя l залежить від співвідношення між ∆ і d.

В залежності від цього співвідношення розрізняють три області турбулентного руху рідини в шершавих трубах:

1. Область гладкого тертя, якщо d > ∆ і ядро потоку не взаємодіє з виступами на поверхні.

За цих умов шорсткість практично не впливає на коефіцієнт тертя,
тобто l=f (Re).

В цій області шершаві труби можна розглядати як гідравлічно гладкі, для яких l = 0316 (Re) ^-0,25

2. Область змішаного тертя, якщо d ≈ ∆ і ламінарний межовий шар уже не закриває виступів нерівностей. За цих умов l зростає внаслідок додаткового вихроутворення навколо виступів, тобто l = f (Re, e).

3. Автомодельна область, якщо d < ∆ і коефіцієнт l практично не залежить від Re, а визначається виключно шорсткістю труб, тобто l = f (e). Ця область називається областю квадратичного закону опору, оскільки опір тертя пропорціональний квадрату швидкості (∆P_тр ~ W²), тоді як при ламінарному режимі руху він пропорціональний першій степені швидкості (∆P_тр ~ W).

Критичні значення Re, при яких область гладкого тертя переходить в область змішаного тертя, а остання – в автомодельну область, визначаються по емпіричним рівнянням:

Re

область гладкого тертя область змішаного тертя автомодельна область

Значення l в різних областях визначають по емпіричним рівнянням, приведеним в довідниках.

Для всіх областей придатна інтерполяційна формула Значення l за різних умов руху рідин зручно визначити за допомогою графіків l = f (Re, e).

Дата добавления: 2014-10-17