Понятие о гидравлически гладких и шероховатых поверхностях
Экспериментально установлено, что шероховатость внутренней поверхности трубы влияет на потери напора при движении жидкости. Однако это влияние проявляется не всегда.
Труба называется гидравлически гладкой, если средняя высота выступов шероховатости 
меньше толщины ламинарной пленки 
(вязкий подслой). В этом случае величина шероховатости не влияет на потери напора. Напомним 
Если абсолютная шероховатость больше толщины ламинарной пленки > , то труба называется гидравлически шероховатой. В этом случае шероховатость существенно влияет на движение жидкости.
Относительная шероховатость отнесена к диаметру трубы – относительная шероховатость 
.
Величина, обратная относительной шероховатости, называется относительной гладкостью 
.
1*При движении жидкости в трубе степень турбулентности достигает 7–8 %.
В атмосфере степень турбулентности 0,5 – 0,3 %.
2*Иногда эти частицы называют «моли»
3*Раньше считали, что в этом слое движение ламинарное, пульсации в нем отсутствуют, и поэтому называли его «ламинарная пленка». Теперь установлено, что пульсации скорости и напряжений передаются в вязкий подслой. Однако исторически сложившиеся названия «ламинарная пленка», «ламинарный слой», «вязкая пленка» и «вязкий слой/подслой», говоря о двухслойной структуре турбулентного потока, можно употреблять в равной мере.
4Для того чтобы сделать формулу … пригодной для практических вычислений, необходимо заменить в ней пульсационные скорости какими-нибудь другими величинами, связанными с распределением средней скорости. Для этого следует ввести в расчет определенную длину, которую можно понимать либо как диаметр шарообразного скопления частиц жидкости, движущихся как одно целое, либо как путь, который этот шар должен пройти относительно остальной жидкости, чтобы в результате смешения с окружающим турбулентным потоком потерять свою индивидуальность. Заранее нельзя сказать, что обе эти длины в точности равны друг другу, однако можно предполагать, что между ними существует определенная пропорциональность.
|
|
|
Потери напора по длине трубопроводов. Формулы для расчета коэффициента Дарси в круглых трубах для различных режимов и зон трения
Потери по длине или потери на трение возникаю в трубах постоянного сечения, и возрастают пропорционально длине трубы. Этот вид потерь обусловлен внутренним трением жидкости и трением жидкости о стенки трубопровода. Потеря напора по длине выражается по формуле Дарси-Вейсбаха:
где l – коэффициент гидравлического трения по длине, или коэффициент Дарси (безразмерный);
l и d – длина и диаметр трубопровода;
|
|
|
V – средняя скорость потока;
g – ускорение свободного падения.
Для ламинарного режима движения в круглой трубе коэффициент l определяется по теоретической формуле:
где Re – число Рейнольдса.
При турбулентном режиме движения коэффициент l зависит в общем случае от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости Δ/d (где Δ – эквивалентная шероховатость) и определяется по эмпирическим формулам. При этом различают три области гидродинамических сопротивлений – гидравлически гладких труб, переходную и квадратичную.
Как указано в главе 3, потери напора на трение по длине трубы можно подсчитать по формуле Вейсбаха-Дарси:
Расчет потерь на трение не представляет проблем, если известен коэффициент Дарси. Рассмотрим подробно нахождение этого коэффициента.
Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что можно выделить 4 основных случая.
I. Вязкое сопротивление (ламинарный режим).
Коэффициент Дарси может быть найден по простой формуле, полученной аналитическим путем:
где B – табличный коэффициент, значение которого определяется формой сечения потока. Для трубы круглого сечения B = 64, таким образом:
|
|
|
II. Гидравлически гладкие трубы (турбулентный режим).
Гидравлически гладкие трубы – это трубы, в которых величина выступов шероховатости не влияет на характер распределения скоростей и на величину потерь напора (стеклянные, цельнотянутые трубы из цветных металлов, высококачественные бесшовные стальные трубы, то есть топливопроводы, трубы гидросистем гидроприводов).
Для развитого турбулентного течения (4000 <Re< 105) можно пользоваться формулой Блазиуса
или Конакова
III. Доквадратичное сопротивление (турбулентный режим).
Этот режим наблюдается, когда толщина пристенного ламинарного слоя dл примерно равна величине эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости Dэ. Значения Dэ для различных типов труб можно найти в справочной литературе.
Для этого режима 
, где d – диаметр трубы, можно применить формулу Альтшуля:
IV. Квадратичное сопротивление (режим турбулентный).
Этот режим наблюдается при Re> 500 
. Наиболее универсальна формула Прандтля-Никурадзе:
,
хотя можно воспользоваться и формулой
которая получается из формулы для доквадратичного сопротивления, если пренебречь величиной отношения 
.
Следует отметить, что существует довольно большое количество эмпирических формул для определения l, особенно при квадратичном сопротивлении, для более узких условий применения (для определенного типа труб и т.п.), которые можно найти в справочной литературе.
|
|
|
Как видно из приведенных формул, при увеличении Re его влияние на величину l все больше ослабевает.
В завершение этого вопроса следует отметить, что при расчете гидравлических потерь при ламинарном режиме, когда потери на трение (hтр) значительно больше потерь на вихреобразование (hвихр), иногда прибегают к следующему приему: условно местные сопротивления заменяют эквивалентными участками гладкой трубы и расчет гидравлических потерь ведут не по реальной, а расчетной длине трубы:
где lр = lфакт + lэкв. Значения эквивалентных длин находят экспериментальным путем или по справочной литературе.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 4043; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!