18.Турбулентное течение жидкости в круглых трубах

Основной расчетной формулой для потерь напора при турбулентном течении жидкости в круглых трубах является уже приводившаяся выше эмпирическая формула, называемая формулой Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид: Различие заключается лишь в значениях коэффициента гидравлического трения λ. Этот коэффициент зависит от числа Рейнольдса Re и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или Δ/r₀, где r₀ - радиус трубы).

Потери напора, определяемые по формуле Вейсбаха-Дарси, можно определить, зная коэффициент гидравлического сопротивления, который определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re и от эквивалентной абсолютной шероховатости Δ_э.

19. Потери напора по длине трубопровода

Потери напора при движении жидкости неизбежны и учитываются в четвертом члене уравнения Бернулли.При решении гидравлических задач, связанных с движением жидкости, при использовании уравнения Бернулли для определения того  или иного параметра движущейся жидкости необходимо предварительно определить потери напора и их значения подставить в уравнение. Эти потери, как показывает опыт, пропорциональны квадрату скорости h_п= Av²/2g,где A – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей гидравлического устройства. Он представляет собой отношение потерянного напора h_п к скоростному напору h_v = v²/2g.Обычно потери состоят из двух видов: потерь напора по длине трубопровода h_д и потерь напора в местных сопротивлениях h_м:h_п = h_д + h_м. Потери напора по длине трубопровода обусловлены внутренним трением в жидкости и прямо пропорциональны длине трубопровода l и обратно пропорциональны его диаметру d. Тогда в формуле коэффициент А можно представить в виде:A= ll/d. (11.3)Следовательно (при h_м = 0), имеем:h_д = l(l/d)v²/2g. (Эта формула называется формулойДарси. Безразмерный коэффициент l, с одной стороны, характеризует вязкость жидкости, а с другой -режим движения жидкости. Чем больше вязкость, тем больше внутренние силы трения и потери. Поэтому зависимость коэффициента трения от числа Re будет обратно пропорциональной. Режим движения жидкости также обусловливает значение потерь напора.При турбулентном движении жидкости потери будут большими, чем при ламинарном режиме, так как энергия жидкости тратится не только на преодоление сил внутреннего трения, но и на перемешивание жидкости.Качество труб характеризуются различными неровностями на внутренней поверхности – шероховатостями .Применяются два вида шероховатости: абсолютная и относительная. Абсолютной шероховатостью называется  среднее значение  размеров выступов Dна внутренней поверхности трубы. Шероховатость зависит от материала трубы, качества ее изготовления и условий эксплуатации.Абсолютная шероховатость сама по себе не оказывает влияния на величину потерь, т.к. они еще зависят от поперечных размеров потока. По этой причине вводят понятие относительной шероховатости.Относительной шероховатостью называется отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы, т.е.e=  D/d.Относительная шероховатость оказывает влияние на потери. Таким образом, коэффициент трения l зависит от рассмотренных условий движения жидкости. Он определяется опытным путем.При ламинарном потоке коэффициент трения зависит только от Re:l_л= 64/Re, и не зависит от шероховатостей, так как v – относительно небольшая и жидкость плавно обтекает неровности. При турбулентном режиме коэффициент трения зависит как от Re, так и от eи определяется .l_т= 0,11(68/Re+ e)^0,25. Однако число Re и относительная шероховатость и не всегда в одинаковой степени оказывают влияние на значение коэффициента трения, потому что при турбулентном движении у стенки трубы всегда образуется пограничный ламинарный слой жидкости. Этот слой как бы прикрывает шероховатость трубы, внося коррективы в значение коэффициента трения.Толщина ламинарного слоя не является постоянной, а зависит от Re, т.е. при прочих равных условиях от скорости движения жидкости v.