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; ͞͞͞Ū_X  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:

1. __________________________________________________________________________________________________________________________

2. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ______________________________________________________________­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­____________________________________________________________

_____________________________________________________________

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

В связи с вышеупомянутым, коэффициент кинетической энергии или

коэффициент Кориолиса в уравнении Бернулли при турбулентном движении

принимаем равным _______________, т.е. распределение скоростей более равномерное.