15. Основные данные о коэффициенте гидравлического трения(исследования Никурадзе)

По исслед. Никурадзе выявил, что имеются зоны, где λ=f(Re) и λ=f(Δ) т.е.: 1)ламин.режим Re<2300, λ=f(Re), λ=64/Re, h_l~V^m, m=1, 2)переходный режим: 2300≤Re≤4000, λ=f(Re; Δ). Использ. фор-ла Альтшуля λ=0,11(Δ/d+68/Re)^0,25, a)область гладких труб Re<10⁵, λ=f(Re), λ=0,316/Re^0,25, h_l~V^m,m=1,75, б)область доквадратичного сопротивления шероховатых труб λ=f(Re; Δ), h_l~V^m,m=1,75…2,0, в)обл.доквадратич. сопротивления шероховатых труб λ=f(Δ), h_l~V^m. Форм-ла Никурадзе λ=1/(2lg Δ+1,14)². Форм-ла Шифринсона λ=0,11(Δ/d)^0,25

Графики Никурадзе смотрите в тетради.

16. Гидравлические сопротивления (общие сведения). Местные потери напора.

Потери энергии (напора) состоят из потерь на трение по длине и потерь в местных гидравлических сопротивлениях.

Местными сопротивлениями называются участки трубопроводов, на которых из-за изменения размеров или конфигурации русла происходит деформация потока и изменения значения или направления скоростей движения жидкости, при этом возникают отрыв потока от стенок трубы и вихреобразования. К таким сопротивлениям относятся: вентили, диафрагмы, внезапные расширения и сужения, колено, поворот на некоторый угол и другие.

Потери энергии, отнесенные к единице веса потока жидкости подсчитывают формуле (Вейсбаха-Дарси):

где V – скорость потока в сечении S, Q – расход, ζ - безразмерный коэффициент местного сопротивления. Сложные случаи местных сопротивлений это соединения или комбинации сопротивлений. В общем случае величина ζ - зависит от формы местного сопротивления, шероховатости его стенок, условий входа и выхода потока и числа Рейнольдса. Число Re определяют в сечении, где находится местное сопротивление. При числах Re > 105 для большинства местных сопротивлений имеет место турбулентная автомодельность, то есть потери напора пропорциональны квадрату скорости и не зависят от Re. Значения ζ для различных местных сопротивлений можно найти в справочной литературе. Различают 2 вида потерь напора:

1)на трение (по длине); hl (h тр) распределяется по всей длине потока равномерно;

2) местные потери напора получаются в местах потока, где он претерпевает резкую местную деформацию. Величина потерь напора есть мера той механической энергии жидкости, которая благодаря работе сил трения равномерно распределенных по длине потока и сил сосред. В узлах потока т е местных сил трения переходит в тепло и безвозвратно теряется. Потери на трение или по длине можно определить экспериментально. Каждый раз меняя вентелем значение V фиксируют потери на трение h l. В результате можно построить график. H l= f(V) В результате 2 зоны (зона 1 лам. режим, для которого V пропорциональна потерям в степени). Т. О. лам. и турб. Режимы отличаются не только характером движения частиц(т е наличием поперечн составл. Скоростей при турбулентном режимы)и характерном распределении скоростей по сечению, но и характером зависимости между потерями на трение и способностью.

Потери на трение

17. Истечение через отверстия и насадки (короткие трубки) при постоянном напоре. Рассматривается процесс истечение жидкости из резервуаров через отверстия и насадки в атмосферу и в пространство, заполненное жидкостью. При истечении запас потенциальной энергии жидкости в резервуаре, переходит в кинетическую энергию свободной струи, при переходе есть потери энергии на трение и завихрение частиц жидкости.

Задачей изучения процесса истечения является определение скорости истечения и расхода жидкости. Истечение производится из резервуара с жидкостью под давлением Р0 на свободной поверхности через круглое отверстие в тонкой стенке на глубине (во много раз большей диаметра отверстия) Н0 >> dот (рис. 12.1). Через отверстие жидкость вытекает в воздушное пространство с давлением Р1. Отверстие в стенке имеет острую кромку. Частицы жидкости приближаются к отверстию из всего прилежащего объема, двигаясь ускоренно по различным плавным траекториям (см. рис.12.1б). Струя отрывается от стенки у кромки отверстия и затем сжимается. Формирование сжатого сечения струи происходит на расстоянии примерно одного диаметра отверстия.

Совершенное сжатие струи. Сжатие струи происходит при плавном переходе от различных направлений движения жидкости в резервуаре.

При вытекании жидкости из резервуара через отверстие в тонкой стенке, диаметр которого значительно меньше размеров резервуара, а края отверстия имеют прямоугольную форму, диаметр вытекающей струи будет меньше размеров диаметра отверстия. Это происходит потому, что жидкость, вытекающая из резервуара, попадает в отверстие со всех направлений, а после прохождения отверстия направление движения всех частиц жидкости становится одинаковым. Изменение направления движения частиц жидкости в силу их инерционности мгновенно произойти не может. Поэтому сжатие струи обусловлено необходимостью постепенного изменения направления движения жидкости при прохождении отверстия. Так как размеры резервуара много больше размеров отверстия, боковые поверхности и свободная поверхность не могут оказывать влияния на направление входа жидкости в отверстие, то в этом случае наблюдается совершенное сжатие струи. Такое сжатие является наибольшим, и оно достигается на расстоянии примерно равном диаметру отверстия. Степень сжатия выражается коэффициентом сжатия :

, где - площадь и диаметр отверстия,

- площадь и диаметр совершенно сжатой струи.

В том случае, если истечение происходит из резервуара такой формы, что его стенки влияют на траекторию движения частиц при входе в отверстие, наблюдается несовершенное сжатие струи.

Вследствие того, что боковые стенки резервуара перед отверстием формируют направление движения жидкости, струя после отверстия сжимается в меньшей степени, чем при вытекании из практически бесконечного резервуара. По этой причине меняется коэффициент сжатия струи.