Лекция 5. Реальная жидкость, потерянный напор, гидравлическое сопротивление, коэффициенты гидравлического сопротивления.При движении реальной жидкости часть энергии

Реальная жидкость, потерянный напор, гидравлическое сопротивление, коэффициенты гидравлического сопротивления. При движении реальной жидкости часть энергии затрачивается на работу по преодолению сил вязкого трения dА_тр в результате чего механическая энергия переходит в тепловую. Этот процесс необратим и носит название диссипации энергии. Потери механической энергии называются гидравлическим сопротивлением. Уменьшение механической энергии за счет гидравлического сопротивления, отнесенное к весу среды, носит название потерянного напора h_п. С учетом этого, уравнение (30) можно записать для реальной жидкости в виде

(32)

где h_п,1-2 - потерянный напор на участке между сечениями 1 и 2. Учитывая, что в реальной жидкости поле скоростей неоднородно в уравнении (32) использованы скорости, давления и нивелирные высоты, осредненные по поперечным сечениям 1 и 2.

Можно записать для реальной вязкой жидкости аналог уравнения (31)

(33)

В этом случае гидравлическое сопротивление на участке 1 - 2 характеризуется потерянным давлением Dр_n,1-2. Нетрудно убедиться, что потерянные напор и давление связаны простым соотношением

(34)

Следует отличать потерянное давление Dр_n,1-2 от перепада давлений в сечениях 1 и 2 Dр_1-2 = р₁ - р₂. В частном случае горизонтального движения потока с постоянной средней скоростью эти величины будут совпадать, как это следует из (33). Однако в общем случае, как видно из того же соотношения, они отличны. Так, например, при стабилизированном течении пленки жидкости по твердой вертикальной поверхности под действием силы тяжести (безнапорное течение) перепад давлений Dр_1-2 = 0, а потерянное давление равно отлично от нуля, так как при этом наличествует гидравлическое сопротивление.

Отношение потерянного напора h_п к скоростному h_ск носит название коэффициента гидравлического сопротивления z

или (35) (36)

Потерянный напор можно представить в виде суммы потерь механической энергии на трение по длине прямолинейного участка потока h_тр, на котором движение происходит с постоянной по величине и направлению средней скоростью, и участках потока, на которых происходит изменение средней скорости по величине или направлению h_м.с. (местные сопротивления)

или (37) (38)

В соответствие с этим выделяют и коэффициенты гидравлического сопротивления трению z_тр и местных сопротивлений z_{м.с .} В свою очередь z_тр представляют в виде (39)

где l_г - коэффициент гидравлического трения, - длина прямолинейного участка, d_э -эквивалентный диаметр.

Потерянное на трение давление Dр_тр можно выразить через поток импульса на границах или коэффициент импульсоотдачи g¢. Потерянное давление есть работа против сил вязкого трения, отнесенная к единице объема.

(40)

Работа есть произведение силы на длину пути в направлении действия силы, а - есть сила трения, действующая на единицу поверхности, ограничивающую поток. С учетом вышесказанного, для прямолинейного равномерного течения в направлении оси x можно записать

(41)

Дата добавления: 2014-01-14