
Тема 7. Потери напора при турбулентном режиме течения Турбулентный режим течения
Турбулентный
режим течения является более сложным
для исследования, чем ламинарный,
вследствие интенсивного перемешивания
жидкости, пульсации скоростей и давлений.
В настоящее время модель турбулентного
потока представляют состоящей из трех
зон (рис.7.1):
вязкого подслоя 1, переходной области 2 и области развитого течения или ядра потока 3.
Вязкий подслой 1 располагается в непосредственной близости от стенок, в
нем наблюдаются турбулентные пульсации, но они заглушаются силами
вязкости. Поэтому в весьма тонком вязком подслое характер течения
обусловливается в основном вязким трением. Средняя толщина вязкого
подслоя может быть больше или меньше средней высоты выступов
шероховатости стенок.
В переходной области силы вязкости соизмеримы с силами инерции и здесь
наблюдается неустойчивый режим течения.
В ядре потока течение имеет четко выраженный турбулентный характер с
интенсивным перемешиванием жидкости.
Скорость и давление в любой точке турбулентного потока изменяются во
времени, причем беспорядочно, не периодически отклоняясь от некоторого
устойчивого среднего положения (рис.7.2). Поэтому мгновенную скорость
можно предусматривать
в виде двух составляющих:
-
осредненная по времени и
-скорость пульсации, которая может быть
как со знаком «+», так и со знаком «-».
Тогда в общем случае можно записать
________________________ (7.1)
Введение понятия осредненной скорости позволило предложить осредненную модель турбулентного потока, которая нашла широкое применение в инженерной гидравлике. Для такой модели справедливы все результаты и зависимости, полученные раньше. Это относится к уравнениям Бернулли, неразрывности и т.д.
Распределение скоростей по сечению турбулентного потока носит более
сложный характер, чем при ламинарном. Эпюра скоростей имеет
логарифмический характер и описывается выражением:
___________________________________ ; (7.2)
_______________________________________________,
n
зависит от Re;
͞͞͞ŪX
осредненная во времени локальная
скорость;
динамическая
скорость, определяемая выражением
__________________,
где ______ напряжение турбулентного трения; _____ плотность; __________ постоянная Кармана, χ= 0,41; С константа, определяемая из условия, что максимальная осредненная скорость
находится в центре потока, т.е. при ____________. Тогда можно записать
_________________________________ (7.3)
Эпюра осредненных скоростей при турбулентном режиме течения
характеризуется следующими особенностями:
__________________________________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________
В связи с вышеупомянутым, коэффициент кинетической энергии или
коэффициент Кориолиса в уравнении Бернулли при турбулентном движении
принимаем равным
_______________,
т.е. распределение скоростей более
равномерное.