Потери напора при турбулентном режиме движения жидкости

При турбулентном режиме движения жидкости коэффициент Дарси зависит в общем случае и от числа Рейнольдса, и от значения относительной шероховатости внутренней поверхности трубы. При этом различают три области гидравлического сопротивления:

· область гидравлически гладких труб;

· область переходного сопротивления;

· область квадратичного сопротивления (область гидравлически шероховатых труб).

Шероховатость поверхности водотока определяется естественными и искусственными неровностями поверхностей, соприкасающихся с движущейся жидкостью. Представление о типах шероховатости можно получить из рисунков табл. 8.2. При движении жидкости у стенки русла образуется вязкий подслой, который в значительной степени определяет структуру потока. Это зависит от отношения толщины вязкого подслоя к высоте выступов .

№ п/п /п ппп/п	Схема шероховатости и течения жидкости	Комментарий
		Равнозернистая шероховатость (отсортированный песок), искусственно создаваемая шероховатость.
		Неравнозенистая непериодическая шероховатость, создаваемая движущимся потоком жидкости.
		Неравнозенистая периодическая шероховатость, создаваемая движущимся потоком жидкости.
		Искусственно созданная шероховатость (гофрированная труба).
		Искусственно созданная шероховатость (гофрированная труба).
		Гидравлически гладкий канал; толщина вязкого подслоя больше средней высоты выступов .
		Гидравлически шероховатый канал; толщина вязкого подслоя меньше средней высоты выступов .

Несмотря на то, что турбулентное движение жидкости в общем случае является неустойчивым, использование средних параметров потока – средней скорости и среднего давления в сечении, позволяет достаточно правильно описать протекающие явления и разработать практические методики расчета потерь напора при турбулентном течении.

Экспериментально установлено, что турбулентный поток, как правило, не соприкасается со стенками русла и отделен от него тонким вязким подслоем, течение в котором является ламинарным. Толщина этого подслоя зависит от геометрических размеров поперечного сечения, средней скорости потока и вязкости жидкости. Для труб толщина вязкого подслоя определяется по следующей формуле

,

(8.16)

где -- коэффициент потерь по длине при турбулентном режиме течения.

Для гидравлически гладких труб, когда высота выступов неровностей стенок не влияет на величину потерь напора, зависимость можно представить графиком на рис. 8.2.

Рис. 8.2

Оценивая потери напора в трубах круглого сечения при турбулентно режиме течения, воспользуемся формулой Дарси-Вейсбаха, однако коэффициент будем вычислять на основе рекомендаций, подкрепленных экспериментальными исследованиями И.И.Никурадзе (рис. 8.3).

Представление о значениях параметра эквивалентной абсолютной шероховатости можно получить по данным табл. 8.3.

Табл. 8.3

№ п/п	Материал и вид трубы	Состояние трубы	Среднее значение мм
	Тянутые трубы из стекла и цветных металлов	Новые, технически гладкие	0,001
	Бесшовные стальные трубы	Новые и чистые, тщательно уложенные	0,014
После нескольких лет эксплуатации	0,2
	Стальные трубы сварные	Новые и чистые	0,06
С незначительной коррозией после очистки	0,015
Умеренно заржавевшие	0,5
Старые заржавевшие	1,0
Сильно заржавевшие или с большими отложениями	3,0
	Чугунные трубы	Новые асфальтированные	0,12
Новые без покрытия	0,3
Бывшие в употреблении	1,0
Очень старые	3,0

Рис. 8.3

На практике для определения коэффициента потерь напора в реальных шероховатых трубах часто используется, кроме указанных выше, и формула Альтшуля (8.17)

,

(8.17)

но основной расчетной формулой остается формула Дарси_Вейсбаха

.

(8.18)

Дата добавления: 2013-12-13