42.2 Потери напора при турбулентном режиме движения.

пропорциональны квадрату средней скорости, поэтому эта зона и называется квадратичной. В этой зоне зависимость представлена прямыми, параллельными оси чисели отличающимися друг от друга параметромотносительной шероховатости (рис.). Чтобы применить приведенные выше зависимости, справедливые для песочной шероховатости, к расчету труб с естественной шероховатостью вводится понятие эквивалентной шероховатости.

Эквивалентная шероховатость для данного трубопровода определяется экспериментальным путем: по опыту устанавливается зависимость ; находится значениев квадратичной зоне сопротивления и потом, например, из формулы Шифринсона определяется эквивалентная шероховатость

43. Графики Никурадзе.

Первые опыты с целью выявления характера зависимости отRe и /d были проведены в 1933 г. И. Никурадзе в гладких латунных трубопроводах и трубопроводах с искусственной равномерно-зернистой шероховатостью из кварцевого песка. Песок с различной высотой выступов шероховатости наносился сплошным слоем на внутреннюю поверхность трубопроводов разного диаметра. При этом были получены различные значения относительной шероховатости (от/d=0,00197 до /d=0,066). В изготовленных таким образом трубопроводах при разных расходах измеряли потерю напора и вычисляли коэффициент по формуле Дарси-Вейсбаха. На рис. в логарифмических координатах представлены результаты указанных опытов (график И. Никурадзе), отражающие весьма сложную механику течения жидкости даже в таком простом случае, как равномерное движение в круглых трубопроводах. На графике И. Никурадзе можно выделить пять характерных зон течения (рис.):

I зона - зона ламинарного течения. . Потери напорав этой зоне пропорциональны скорости течения в первой степени. до чисел.

II зона – переходная зона. . В ней.III зона – зона гидравлически гладких труб. При числах .. Потери напора в этой зоне пропорциональныв степени 1,75.

IV зона - зона неполной шероховатости (рис.). . Зона находится в пределах. В ней потери напора пропорциональныв степени 1,752.

V зона - зона гидравлически шероховатых труб или квадратичного сопротивления. При увеличении числа до значений, больших 500.

. Потери напора в V зоне пропорциональны квадрату средней скорости, поэтому эта зона и называется квадратичной.

44.1 Условие возникновения местных потерь напора.

Местными гидравлическими сопротивлениями называются технические устройства, которые устанавливаются на трубопроводах или каналах и вызывают изменение площади или ориентации живого сечения потока. К ним относятся: запорно-регулирующая арматура (краны, вентили, задвижки), регулирующие клапаны, соединение трубопроводов разных диаметров (диффузоры, конфузоры, внезапное расширение, внезапное сужение), диафрагмы, повороты труб (отводы, колена) и другие. В зависимости от факторов, вызывающих потери напора, в местных сопротивлениях различают потери трения и вихревые потери. Потери на трение вызываются торможением потока стенками, которое приводит к неравномерному распределению скоростей по сечениям потока и к появлению напряжений трения между смещающимися струйками жидкости. Местные деформации потока сопровождаются увеличением неравномерности скоростей в его сечениях, вызывающим возрастание местных потерь трения. Вихревые потери связаны с отрывами потока от стенок, происходящими при резких изменениях конфигурации каналов. Возникающие при этом интенсивные вихреобразования приводят к сильному возрастанию местной потери напора. Рассмотрим структуру потока при его отрыве от твердой стенки (рис.). В этом случае транзитный поток отделяется от циркуляционной зоны некоторой воображаемой поверхностью раздела. Выделим часть этой поверхности А-А с прилегающими к ней струйками транзитного потока и потока циркуляционной зоны (рис. а). Отметим, что в любом поперечном сечении скорости транзитного потока больше скоростей потока в циркуляционной зоне. Пусть по какой-либо случайной причине произошло искривление поверхности раздела (рис. б). При этом возникают поперечные инерционные силы, действующие в сторону увеличения кривизны. Таким образом, возникающее искривление поверхности раздела начинает затем прогрессировать, и она вследствие разницы скоростей в прилегающих струйках будет сворачиваться в отдельные вихри и распадаться (рис. в, г). Затем поверхность раздела возникает опять, и весь процесс повторяется сначала, т.е. данный процесс носит автоколебательный характер.

Итак, поверхность раздела является неустойчивой, и при своем распаде она генерирует в потоке вихри. Рассмотрим поведение вихря, образовавшегося при распаде поверхности раздела и попавшего в транзитный поток. Результирующая скорость в точке 1 вихря будет, очевидно, больше скорости в точке 2 (рис.). Давление же, напротив, будет согласно уравнению Д. Бернулли больше в точке 2. Итак, на вращающийся в поступательном потоке вихрь действует поперечная сила, выталкивающая его в транзитный поток. В транзитном потоке первичные вихри (макро-вихри), образовавшиеся при распаде поверхности раздела, постепенно распадаются на вихри меньшего размера, те, в свою очередь, на еще более мелкие вихри и т.д. Этот процесс идет до тех пор, пока они не достигнут размера диссипативных вихрей.