4.7. Виды гидравлических сопротивлений и потери напора

Как было сказано выше при движении реальной жидкости по трубопроводам и каналам ее полный напор уменьшается, что связано с необходимостью преодоления сил гидравлического сопротивления. Потери напора при движении жидкости на некотором участке трубопровода в общем случае зависят от формы, размеров трубопровода, скорости, плотности и вязкости жидкости.

Гидравлические сопротивления, возникающие при движении жидкости, делят на сопротивления по длине трубопровода и местные сопротивления, а потери напора, связанные с затратами энергии жидкости на преодоление этих сопротивлений, соответственно, потерями по длине и потерями на местных сопротивлениях . Общие потери напора на участке трубопровода равны их сумме:

.

Размерность потерь напора такая же, как и напора, т. е. метры столба жидкости [2-4].

4.7.1. Потери напора по длине потока

Потери напора по длине, иначе их называют потерями напора на трение, возникают в гладких прямых трубах с постоянным сечением при равномерном течении. Такие потери обусловлены внутренним трением в жидкости и поэтому происходят и в шероховатых трубах, и в гладких. Основной расчетной формулой для потерь напора при ламинарном и турбулентном режиме движения жидкости в круглых трубах является формула Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид:

,

где λ– коэффициент гидравлического трения (иначе его называют коэффициент потерь на трение или коэффициент трения);

l - длина трубопровода, м;

d – диаметр трубопровода, м;

- средняя скорость движения жидкости, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Коэффициент трения λ зависит от числа Рейнольдса Re (режима движения жидкости) и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или d/∆, –абсолютное значение эквивалентной шероховатости).

Коэффициент трения при ламинарном режиме движения жидкости рассчитывается по формуле:

,

Область турбулентного и переходного режимов в свою очередь разбиваются на три области: 

1. область гидравлически гладких труб:  ;

2. область доквадратичного сопротивления шероховатых труб:  ;

3. область квадратичного сопротивления шероховатых труб:  .

На практике при турбулентном режиме движения коэффициент трения может быть определен по графику Г.А. Мурина (рисунок 24) или рассчитан по формуле А.Д. Альтшуля:

,

где Re – критерий Рейнольдса,

–коэффициент трения;

–абсолютное значение эквивалентной шероховатости, м.

d – диаметр трубопровода, м.

Рисунок 24 – График Мурина

Область I соответствует области доквадратичного сопротивления шероховатых труб:  ;

Область II соответствует области квадратичного сопротивления шероховатых труб: .

Область гидравлически гладких труб () на графике Мурина соответствует нижней кривой.

Величина называетсяотносительная шероховатость трубопровода.

Обратное значение - относительная гладкость трубопровода.

Величину абсолютной эквивалентной шероховатости  при расчетах берут из справочной литературы в зависимости от материала трубопровода и состояния его внутренней поверхности (срок службы, вид перекачиваемой жидкости, рабочие параметры и т.д.) [2-5,13].