Гидравлические сопротивления потери напора по длине.
Формула гидравлического сопротивления по длине трубопровода
Потери напора по длине трубопровода определяются по формуле Дарси-Вейсбаха
, где 
– коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси). Потери существенно зависят от диметра труб, вязкости жидкости, скорости ее движения и шероховатости стенок труб. Из формулы можно сделать вывод, что потери пропорциональны длине трубы, обратно пропорциональны диаметру и пропорциональны квадрату средней скорости потока. Однако такой вывод будет справедлив только при неизменном коэффициенте Дарси. Фактически коэффициент Дарси в общем случае зависит от относительной шероховатости стенок трубопровода 
и числаRe, т.е. 
.
Опыты Рейнольдса
При некотором большем открытии крана К окрашенная струйка начинает искривляться и становится волнообразной. Это может происходить только в результате изменений во времени (пульсации) векторов местных скоростей в потоке.
При дальнейшем увеличении скорости потока в трубе струйка распадается на отдельные хорошо видные вихри, происходит перемешивание окрашенной струйки со всей ассой текущей жидкости (рис. 6.2, б).
Движение жидкости, при котором отсутствуют изменения (пульсации) местных скоростей, приводящие к перемешиванию жидкости, называют ламинарным (от латинского слова lamina — слой).
Движение жидкости, при котором происходят изменения пульсации) местных скоростей, приводящие к перемешиванию жидкости, называют турбулентным (от латинского слова turbulentus — беспорядочный).
|
|
|
Применяются также термины ламинарный режим движения, турбулентный режим движения.
При постепенном закрывании крана явление повторяется в обратном порядке. Однако переход от турбулентного режима к ламинарному происходит при скорости, меньшей той, при которой наблюдается переход от ламинарного движения к турбулентному. Скорость потока, при которой происходит смена режима движения жидкости, называется критической. Рейнольдсом было обнаружено существование двух критических скоростей: одной — при переходе ламинарного режима движения в турбулентный режим, она называется верхней критической скоростьюυв.кр, другой — при переходе турбулентного режима движения в ламинарный режим, она называется нижней критической скоростью υн.кр. Опытным путем доказано, что значение верхней критической скорости зависит от внешних условий опыта: постоянства температуры, уровня вибрации установки и т. д. Нижняя критическая скорость в широком диапазоне изменения внешних условий остается практически неизменной. В опытах было показано, что нижняя критическая скорость для потока в цилиндрической трубе круглого сечения пропорциональна кинематической вязкости n и обратно пропорциональна диаметру трубы d:
|
|
|
Коэффициент пропорциональности k оказался одинаковым для различных n и d:
В честь Рейнольдса этот коэффициент был назван критическим числом Рейнольдса и обозначен Reкр.
Число Red в дальнейшем будем обозначать Re без индекса.
В расчетах обычно принимают для цилиндрических круглых труб Reкр=2320.
На конфузорных (сужающихся) участках труб значение Reкр >2320, а на расширяющихся участках (диффузор Reкр < 2320. Для открытых русл
В опытах Рейнольдса было обнаружено, что переход ламинарного движения в турбулентное происходит не мгновенно и не одновременно по всей длине трубы. В природе и технике турбулентное движение жидкости наблюдается чаще, чем ламинарное. Области ламинарного движения—движение вязких жидкостей типа масел по трубам и в механизмах, движение грунтовых вод (но оно может также быть и турбулентным), движение в капиллярах (в том числе и движение крови в живых организмах).
Рейнольдсом и рядом других ученых опытным путем было установлено, что признаком режима движения является некоторое безразмерное число, учитывающее основные характеристики потока
|
|
|
, (82)
где 
– скорость, м/сек; R - гидравлический радиус, м; v - кинематический коэффициент вязкости, м2/сек.
Это отношение называется числом Рейнолъдса. Значение числа Re, при котором турбулентный режим переходит в ламинарный, называют критическим числом РейнолъдсаReKp.
Если фактическое значение числа Re, вычисленного по формуле (82), будет больше критического Re >ReKp – режим движения турбулентный, когда Re <ReKp – режим ламинарный.
Для напорного движения в цилиндрических трубах удобнее число Рейнольдса определять по отношению к диаметру d, т. е.
, (82')
где d – диаметр трубы.
В этом случае ReKp получается равным ~2300. Если в формуле (82') для трубопроводов круглого сечения d выразить через гидравлический радиус 
,то получим ReKp=575. Для других трубопроводов и каналов некруглых сечений можно принимать значение критического числа Рейнольдса ReKp=300 (при вычислении Re через гидравлический радиус).
Режимы движения жидкости
Ламинарный режим движения (от латинского lamina – слоистый) характеризуется тем, что частицы жидкости в прямом потоке постоянного живого сечения перемещаются с различными скоростями в слоях параллельно направлению движения и не перемешиваются. Линии тока параллельны оси трубы или стенкам русла. Ламинарное движение вполне упорядоченное и, при постоянном напоре, строго установившееся.
|
|
|
Турбулентный режим движения (от латинского turbulentus – вихревой) сопровождается интенсивным перемешиванием объёмов жидкости, которые кроме продольного перемещения вдоль русла приобретают поперечное и вращательное движения, что обусловливает пульсации по времени скорости и давления в каждой точке потока.
Пульсации скорости происходят с отклонением от некоторого определенного значения, что дает основание ввести понятие осредненной по времени скорости течения в данной точке живого сечения турбулентного потока.
Мгновенная местная скорость – это действительная скорость uдвижения частиц жидкости в данной точке.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 816; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!