8.10. Коэффициенты дарси для труб

С ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ШЕРОХОВАТОСТЬЮ

Материал, из которого изготовлена труба, и технология ее изготовления существенно влияют на состояние ее внутренней поверхности, а, следовательно, на значения эквивалентной шероховатости и вид зависимости .

Естественная техническая шероховатость (рис. 8.4, б), образующаяся при изготовлении труб и в результате различных изменений в процессе эксплуатации, не является равнозернистой песочной шероховатостью, влияние которой на вид эпюр скорости и сопротивление труб исследовал Никурадзе Выступы технической шероховатости имеют неодинаковую высоту, форму и плотность распределения по поверхности трубы. В настоящее время техническая шероховатость оценивается некоторой средней высотой выступов, называемой эквивалентной шероховатостью.

Под эквивалентной шероховатостью понимают высоту выступов равнозернистой шероховатости из однородного песка, при которой в квадратичной области сопротивления получается такое же значение , что и в рассматриваемой трубе. Определяют эквивалентную равнозернистую шероховатость трубы следующим образом. Опытным путем определяютпри различныхRe и строят график , который сравнивают с графиками Никурадзе. Исследуемой трубе приписывают относительную шероховатость, равную относительной шероховатости той трубы в опытах Никурадзе, для которой в квадратичной области график совпадает с графиком исследуемой.

Для вычисления можно воспользоваться формулой (8.43а), откуда имеем

.

В связи с отмеченными особенностями технической шероховатости характер графика для промышленных труб (рис. 8.13) оказался отличным от аналогичного графика для труб с равнозернистой шероховатостью.

Это отличие было зафиксировано в различных опытах. В трубах с технической шероховатостью с увеличением числа Re и, следовательно, с уменьшением толщины вязкого подслоя выступы шероховатости не все одновременно выступают в турбулентное ядро потока: - сначала большие, а по мере возрастания числаRe - постепенно остальные. В переходной области для труб с технической шероховатостью в отличие от труб с равнозернистой шероховатостью коэффициенты больше, чемдля квадратичной области сопротивления.

Рис. 8.13

Для труб промышленного изготовления с естественной шероховатостью для любой области сопротивления при турбулентном режиме движения А. Д. Альтшуль предложил формулу

. (8.47)

При формула (8.47) практически совпадает с формулой Блазиуса (8.38).

Граница между областью гидравлически гладких труб и переходной областью сопротивления может быть определена приближенно по соотношению . При турбулентном движении и 4000Re<20для определенияможно принять формулу Блазиуса (8.38). Область гидравлически шероховатых труб соответствует числам. Коэффициентможно определять по формуле Б. Л. Шифринсона.

8.11. Коэффициенты ддрси для некоторых видов труб, применяемых в гидромелиорации

Пластмассовые трубы. К пластмассовым относятся трубы из различных материалов, полиэтилена (стабилизированного и неста-билизированного), поливинилхлорида, винипласта (стабилизированного и нестабилизированного), фторопласта, полиметилметакрилата (органического стекла), фаолита, текстолита, асбовинила, стеклопласта и т.д. При этом даже изделия из одного материала, но изготовленные на разных заводах по разной технологии, имеют несколько отличающиеся зависимости для .

Для полиэтиленовых труб широкое распространение имеет формула Ф. А. Шевелева, по которой составлены и изданы специальные таблицы,

.

Значения по этой формуле достаточно близки к значениям, найденным по формуле Блазиуса (8.38).

Для промышленных полиэтиленовых труб с учетом влияния стыков и условий укладки, отличающихся от лабораторных, коэффициент может быть определен по формуле

.

Стеклянные трубы находят все большее применение тогда, когда необходимо обеспечить достаточную гигиеничность и стойкость к коррозии; предусматривается и подземная прокладка стеклянных труб. Стеклянные трубы используются и в лабораторных условиях.

Исследованиями ВНИИ ВОДГЕО установлено, что стеклянные трубы, изготовленные способом вертикального вытягивания в диапазоне чисел относятся к гидравлически гладким, и для них коэффициент Дарси может быть определен с учетом влияния стыков по формуле

.

Трубы для сточных вод. В трубах, предназначенных для сточных вод, коэффициенты определяют по формуле, предложенной Н. Ф. Федоровым,

,

где - гидравлический диаметр;и- соответственно эквивалентная шероховатость, мм, и безразмерный коэффициент (табл. 8.3).

Таблица 8.3

Трубы	,мм
Керамические Асбестоцементные Бетонные и железобетонные Стальные Чугунные	1,35 0,6 2 0,8 11,0	90 73 100 79 83

При вычислении числа в зависимости от концентрации в воде взвешенных частицувеличивают на 3-5 % по сравнению сдля чистой воды.

Трубы для внутрипочвенного и капельного орошения. В стенках труб, используемых для такого вида орошения, устраиваются отверстия, через которые вода подается на полив непосредственно к растениям. Такая конструкция осуществляется и в гибких трубопроводах из синтетической ткани. Условия движения, когда расход воды по длине трубопровода уменьшается, отличаются от условий, когда расход постоянный, появляются дополнительные потери энергии из-за раздачи воды во многих точках по длине. Поэтому для некоторых условий коэффициенты могут увеличиваться по сравнению спри=const.

Обычно в поливных трубопроводах для капельного орошения (=0,016-0,05 м) на расстоянии от 0,06 до 4 м выполняются отверстия диаметром 1-3 мм, в которых устанавливаются через «переходник» капельницы. При изменении расхода по длине в трубопроводах (обычно из полиэтилена) систем капельного орошения создается турбулентное движение с максимальным значениемRe<10⁵. Коэффициенты для этих труб могут быть определены по формулам для гидравлически гладких труб.

Для рассматриваемых трубопроводов при Re>210⁴ различие между для условий постоянного или переменного расхода по длине практически отсутствует.

Укажем, что при капельном орошении могут быть случаи, когда движение ламинарное (по всей длине трубопровода или в его концевой части).

Дренажные трубы из различных материалов. В условиях притока воды в собирающие (дренажные) трубопроводы, когда расход по длине трубопровода увеличивается, коэффициенты Дарси . при переменном расходе могут увеличиваться по сравнению со случаем, когда=const. Дренажные трубы изготавливают различных конструкций и из разных материалов (пластмассовые, гладкостенные или гофрированные - с дренажными отверстиями; гончарные, керамические, из стеклопластика и др.).

Дренажные трубы из стеклопластика при различных условиях, встречающихся в практике, работают в конце переходной и в квадратичной областях сопротивления.

Тщательно уложенные керамические дренажные трубы при турбулентном движении и Re<10⁵ работают как гидравлически гладкие.

В переходной области коэффициент гофрированных дренажных труб по данным А. И. Мурашко рекомендуется определять по формуле Кольбрука - Уайта (8.44), причем для этих трубмм. Квадратичная область для гофрированных труб наступает при. Увеличение коэффициента, связанное с наличием дренажных отверстий и стыков в гофрированных трубах, оценивается приблизительно в 5 %.