19. Касательные напряжения при турбулентном режиме движения жидкости. Турбулентный режим движения и его закономерности.
Турбулентное движение жидкости наиболее распространено в природе и технике. Но оно представляет собой одно из самых сложных гидравлических явлений. В области этого явления было много исследований но четкой теоремы турбулентного режима движения до сих пор нет. Закономерности турбулентного режима движения описываются с помощью теории Прандтля-Кармана.
Когда число Рейнольдса меньше критического в потоке происходит параллельно струйное движение частиц (устойчивый ламинарный режим движения) при возрастании и приближению числа Рейнольдса к критическому устойчивость ламинарного движения снижается и струйки жидкости становятся извилистыми. Но когда число Рейнольдса превышает критическое то устойчивость ламинарного движения нарушается, частицы начинают переходить из одной струйки в другую тем самым перемешиваясь и образовывая завихрения в потоке.
Турбулентный поток состоит из трех областей:
Ламинарного подслоя расположенного у стенок труби и имеющего очень маленькую толщину
Переходного слоя - в нем ламинарное течение нарушается поперечным перемещением частиц, чем дальше расположена точка от стенки трубы тем интенсивнее происходит перемешивание частиц. Толщина этого слоя тоже очень маленькая, но определить его границы сложно.
Ядро потока – занимает основную часть живого сечения потока в котором происходит интенсивное перемешивание частиц, поэтому ядро характеризует турбулентное движение потока.
Касательное
напряжение в турбулентном потоке гораздо
сложнее чем в ламинарном. Кроме напряжений
обусловленных вязкостью жидкости, в
турбулентном потоке есть еще
вызываемые поперечным перемещением
частиц.
Общее касательное напряжение равно:
Где
А – турбулентная вязкость имеющая такую
же размерность что и динамическая
вязкость
,
но в отличии от динамической вязкости
не является свойством жидкости, а
характеризует интенсивность перемещения
частиц.
20. МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДЛИНЕ. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДАХ. ПРОСТОЙ ТРУБОПРОВОД. ОБОБЩЁННЫЙ ПАРАМЕТР.
К местным сопротивлениям относят различные фасонные участки трубопровода или русла (колена, тройники, задвижки и др.) в которых жидкость движется неравномерно. В местах трубопровода где происходит изменение направление потока или изменение живого сечения потока происходит отрыв потока от стенок и образуются водоворотные (застойные) зоны вследствие чего и происходит потери напора.
Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле:
Где - коэффициент местного сопротивления,
Иногда при расчетах местные сопротивления условно заменяют прямолинейным трубопроводом эквивалентной длины.
Эквивалентной длиной называется такая длина прямолинейного участка трубопровода, потери напора в котором равны потерям напора в данном местном сопротивлении при одинаковых расходах жидкости.
Откуда
Движения жидкости в трубопроводах разделяется на:
Простые – это трубопроводы, состоящие только из труб одинакового диаметра и не имеющие по пути ответвлений.
Сложные
Короткие – это трубопроводы, потери напора в которых, т.е. местные сопротивления, составляют не более 10% на прямых участках.
Длинные – это трубопроводы, потери напора в которых, на прямых трубопровода, которые во много раз превышают потери в местных сопротивлениях. И их принимают не более 10%.
Просто трубопровод – рассмотрим простой трубопровод, составленный из прямых участков и местных сопротивлений и определим в нем потери напора.
Воспользуемся принципом сложения напоров:
При расчётах потерь давления:
Воспользуемся расходной характеристикой:
