5. Гидравлические сопротивления

Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Число Рейнольдса. Особенности турбулентного движения жидкости. Пульсации скоростей и давлений. Распределение осредненных скоростей по сечению. Потери напора в трубах. Формула Дарси-Вейсбаха. Коэффициент потерь на трение по длине X. Шероховатость стенок – абсолютная и относительная. Графики Никурадзе и Мурина-Шевелева. Гидравлически гладкие и шеро­ховатые трубы. Формулы для определения коэффициента потерь на трение и области их применения. Основные виды местных сопротивлений. Коэф­фициент местных потерь. Потери при внезапном расширении трубы (фор­мула Борда).

Методические указания

Потери напора на трение по длине трубы при любом режиме движе­ния жидкости определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

или

где – коэффициент гидравлического трения; – длина расчетного уча­стка трубы; – диаметр трубы; – средняя скорость.

Неизвестной величиной при определении потерь на трение по длине является коэффициент ; для его определения предложен следующий ал­горитм:

1. Re<2300, = 64/Re.

2. Диапазон 2300≤Re<4500 соответствует переходу от ламинарного режима к турбулентному. Трубопроводы, соответствующие этой зоне проектировать не рекомендуется.

3. Зона гладкостенного сопротивления соответствует интервалу 4500≤Re<10, = 0,3164/Re^0,25, – эквивалентная шероховатость.

4. Диапазон 10≤Re<500соответствует зоне доквадратичного сопротивления, здесь=0,11(68/Re + )^0,25.

5. При Re≥500происходит переход к так называемой квадратич­ной зоне, здесь =0,11()^0,25.

Для труб промышленного изготовления с естественной шероховато­стью для любой области сопротивления при турбулентном режиме движе­ния можно пользоваться формулой А.Д. Альтшуля:

^0,25

Местные гидравлические потери определяют по формуле Вейсбаха:

или.

где – коэффициент местного сопротивления; – средняя скорость в сечении, как правило, за местным сопротивлением. Коэффициент при больших числах Рейнольдса зависит только от вида местного сопротивле­ния. Однако при ламинарном течении он зависит не только от вида сопро­тивления, но и от числа Рейнольдса. Для ламинарного движения коэффи­циентдолжен быть пересчитан с учетом влияния числа Рейнольдса.

Простое суммирование потерь в местных сопротивлениях возможно, если они расположены друг от друга на расстоянии, равном не менее 20-30 диаметров трубы. В противном же случае сопротивления влияют друг на друга и работают как одна система, для которой необходимо определить свое значение коэффициента местного сопротивления экспериментальным путем.

Контрольные вопросы

1. На какие два вида делятся гидравлические сопротивления? По ка­ким зависимостям они определяются (привести формулы Дарси-Вейсбаха и Вейсбаха, пояснив все входящие в них величины)?

2. Что служит критерием для определения режима движения жидко­сти? Какие числовые значения критического числа Рейнольдса для круглого напорного трубопровода принимают при практических расчетах?

3. Как распределяются скорости по живому сечению потока при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости в круглой трубе?

4. Какие существуют зоны гидравлического сопротивления? От ка­ких параметров зависит коэффициент гидравлического трения в каждой из этих зон?

5. Что такое гидравлически «гладкие» и гидравлически «шерохова­тые» стенки? Объясните, почему эти понятия являются относительными.

6. Как зависят потери напора по длине от скорости при ламинарном движении режима и в квадратичный зоне сопротивления?

7. Что называется мгновенной местной скоростью и осредненной местной скоростью? Что такое осредненное турбулентное течение?

8. Приведите зависимости для коэффициента гидравлического сопротивления по длине для зон сопротивления: а) ламинарной; б) гладкостенной; в) доквадратичной; г) квадратичной.

9. Какой вид имеет формула Вейсбаха для определения местных потерь напора? Приведите примеры местных гидравлических сопротивлений.

10. Как формулируется теорема Борда для случая внезапного расши­рения потока?