Режими плину в’язкої рідини
Рейнольдсом (англійським ученим) на основі експерименту встановлено два режими плину рідини:
ламінарний (шаруватий);
турбулентний (з перемішуванням часток рідини).
Критерій по який можна визначити режим рідини наступний:
,
де середня швидкість рідини;
діаметр
потоку (внутрішній діаметр труби);
кінематична
в'язкість;
гідравлічний
радіус;
;
площа
потоку;
периметр,
що змочується.
Для труби круглого перетину
.
Якщо
то режим плину турбулентний; якщо
,
то
ламінарний.
Зона
хитливого руху спостерігається при
і цій області чисел Рейнольдса не
рекомендується використовувати в
розрахунках.
Зміна швидкості в перетині потоку
Епюра
зміни швидкості рідини в перетині
трубопроводу при ламінарному потоці
показана на рисунку 3.4, де
.
Середня швидкість визначиться по формулі Пуазейля як
,
де
втрати тиску між перетинами 1 і 2;
μ коефіцієнт динамічної в'язкості;
довжина
трубопроводу.
Втрати напору в трубопроводах при сталому і несталому плині визначаються по формулі Дарсі:
,
де
коефіцієнт опору потоку по довжині
труби.
Втрати тиску рівні
,
де
.
Для
практичних розрахунків застосовують
.
Для
гумових рукавів коефіцієнт опору потоку
дорівнює
.
Якщо
труба гладка (шорсткість
),
то
при турбулентному плині визначають по
формулі Блазіуса :
.
Якщо труба негладка, наприклад бетонна, то
,
де е еквівалентна мікронерівність (середня висота мікронерівностей) визначається за ДСТ на визначеній довжині.
Виразимо перепад тисків у трубопроводі через витрату рідини:
.
Місцеві втрати спостерігаються при поворотах труби, при зміні перетину труби, на дросельних пристроях (шайби з отвором, вентилі, крани), фільтрах, клапанах.
Для розрахунку місцевих втрат користаються формулою Вейсбаха:
;
чи
,
де
коефіцієнт місцевих втрат.
Для
більшості випадків
береться з довідника (за даними
експериментальних досліджень), для
деяких випадків
визначають теоретично, наприклад, при
східчастій зміні трубопроводу:
;
,
де
площі перетинів відповідні діаметрам
Д1,
Д2
при східчастому зменшенні трубопроводів
(рисунок 3.5) і при східчастому збільшенні
трубопроводів (рисунок 3.5,б).
а) б)
Рисунок 3.5 Ступінчата зміна трубопроводів:
а) збільшення прохідного перетину;
б) зменшення прохідного перетину.
Ці втрати зв'язані з завихренням рідини в результаті зміни діаметра трубопроводу.
При
плавній зміні трубопроводу у формулу
додається коефіцієнт
,
що знижує значення
,
тому що
,
одержуємо: при звуженні трубопроводу:
;
при розширенні трубопроводу:
.