11.2. Коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода при турбулентном потоке.
Основной расчетной формулой для потерь напора при турбулентном течении в круглых трубах является эмпирическая формула Вейсбаха— Дарси
‚
где λт- коэффициент потерь на трение при турбулентном течении, или коэффициент Дарси.
При турбулентном течении потеря напора на трение пропорциональна скорости во второй степени, а коэффициент потерь на трение в формуле для данной трубы можно считать величиной постоянной.
11.3 Турбулентное течение в области гидравлически гладких труб.
Для практических расчетов потерь, связанных с турбулентным течением жидкостей в трубах были проведены экспериментальные исследования, и установлено, что коэффициент λтзависит от сочетания двух факторов: неровностей в трубе и числа Рейнольдса.
На графике функциональных зависимостей, связывающих коэффициент λ, неровности в трубе и число Reвыделены две области: область гидравлически гладких труб и область гидравлически шероховатых труб.
Труба называется гидравлически гладкой, когда ее шероховатость не влияет на коэффициент λт и соответственно на сопротивление потоку.
К гидравлически гладким трубам можно отнести цельнотянутые трубы из цветных металлов, включая и алюминиевые сплавы, а также высококачественные бесшовные стальные трубы. Такие трубы применяются в топливопроводах и гидросистемах. Водопроводные стальные и чугунные трубы гидравлически гладкими не считают.
В области гидравлически гладких труб при турбулентном течении в эмпирические зависимости для коэффициента λт, как и для ламинарного движения входит только число Рейнольдса:
λт=f(Re).
Основную роль в образовании потерь энергии при турбулентном течении играет перемешивание и рассеивание кинетической энергии завихренных частиц.
Исследования турбулентного течения жидкости при небольших скоростях в области гидравлически гладких труб показали, что на стенке трубы образуется ламинарный подслой (рис.11.5). Это тонкий слой жидкости, движение в котором является слоистым и происходит без перемешивания. В его пределах скорость растет от нуля на стенке до некоторой величины Vл на границе слоя. Толщинаδл ламинарного слоя невелика, причем оказывается, что числоRe, подсчитанное по толщине δл, скоростиVл и кинематической вязкостиν, есть величина постоянная, как постоянноReкрдля течения в трубах.
Re = Vл δл/ν= const
При увеличении скорости потока толщина δлламинарного слоя уменьшается.
11.4. Турбулентное течение в области в шероховатых труб. Относительная шероховатость.
Труба называется гидравлически шероховатой, когда на ее внутренней поверхности ламинарный подслой мал или отсутствует.
Относительной шероховатостью называется отношение ∆/d, где ∆ - средняя высота бугорков неровностей (шероховатостей) внутри трубы,d— диаметр трубы.
Одинаковая абсолютная шероховатость может совершенно не оказывать влияния на сопротивление трубы большого диаметра, но значительно влияет на сопротивление трубы малого диаметра.
Если все бугорки шероховатости имеют один и тот же размер ∆ и одинаковую форму, такая шероховатость называется равномерно распределенной зернистой шероховатостью.
Область "гидравлически шероховатых труб" состоит из двух частей.
В первой части λтзависит от числаReи от шероховатости внутренней поверхности трубы, выраженной в виде относительной величины
λт =f(Re,∆/d)
Во второй части λТзависит только от шероховатости внутренней поверхности трубы
λт = f(∆/d),