§ 6.2. Потери напора по длине трубопровода при

ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

В § 5.3 было показано, что расчет потерь напора по длине при ламинарном режиме движения жидкости производится по теоретической зависимости (5.19):

.

Приемлем ли такой метод для расчета потерь напора по длине при турбулентном режиме движения жидкости?

В виду сложности структуры турбулентного потока, такой зависимости пока не получено. Тем не менее, экспериментальные данные показывают, что при турбулентном режиме движения, как и при ламинарном, потери напора по длине пропорциональны скоростному напору. Поэтому для турбулентного режима, как и для ламинарного, потери напора по длине могут быть рассчитаны по формуле Дарси-Вейсбаха (5.19). Однако, в отличие от ламинарного режима движения жидкости, нахождение коэффициента гидравлического трения λ для турбулентного потока невозможно теоретическим путем. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования гидравлического сопротивления трубопроводов, на основании которых получены эмпирические зависимости для расчета коэффициента λ при турбулентном режиме движения.

Приведем основные сведения, касающиеся данного вопроса.

При турбулентном режиме движения жидкостей коэффициент гидравлического трения зависит не только от значения числа Re, но и от шероховатости стенок труб. Последняя причина может быть количественно оценена некоторой усредненной величиной абсолютной шероховатости ∆, представляющей собой среднюю высоту выступов неровностей на внутренней поверхности труб. Величина ∆ зависит от материала трубопровода, способа изготовления и срока его эксплуатации. Влияние шероховатости на коэффициент λ определяется соотношением между величиной ∆ и толщиной вязкого подслоя δ, движение жидкости в котором можно считать ламинарным.

Н а рис. 6.3,а показан случай, когда δ > ∆, то такие трубы называются гидравлически гладкими. При δ < ∆ (рис. 6.3,б), трубы считаются гидравлически шероховатыми.

Рис 6.3

Как было указано выше (§ 6.1), понятия «гладка» и «шероховатая» труба являются относительными. Это подтверждается опытными данными, показывающими, что при турбулентном режиме движения возможны три различные зоны трения (сопротивления):

1) зона гладкого сопротивления (зона гладких труб или зона Блазиуса) – величина λ зависит только от числа Re;

2) переходная зона от гладких к шероховатым трубам (зона доквадратичного сопротивления) – величина λ зависит как от числа Re, так и от относительной шероховатости ε;

3) зона гидравлическим шероховатых труб (зона квадратичного сопротивления или автомодельная) – величина λ зависит от шероховатости ε.

Опыт также показывает, что при одной и той же абсолютной шероховатости ∆ ее влияние на величину гидравлических потерь в трубах разного диаметра различно. Следовательно, целесообразно ввести понятие относительной шероховатости (отношение величины абсолютной шероховатости трубопровода к его диаметру): .

Первые опыты для выявления характера зависимости λ от числа Re и ε были проведены в 1933 г. И. Никурадзе в гладких латунных трубах и трубах с искусственной равномерно-зернистой шероховатостью из кварцевого песка.

В последние годы были проведены исследования гидравлического сопротивления технических (реальных) трубопроводов. В результате получены зависимости, которые отличаются от тех, которые ранее получил И. Никурадзе. Данные зависимости представлены на графике ВТИ (Г.А. Мурина) (рис. 6.4).

Рис 6.4