4.1 Общие сведения

Равномерно движущийся в трубе (канале) поток жидкости теряет часть энергии вследствие трения о поверхность трубы, а также внутреннего трения в самой жидкости. Эти потери носят название потерь напора по длине потока или потерь напора на трение.

В соответствии с уравнением Бернулли потери напора по длине горизонтальной трубы постоянного диаметра

h_дл = , (4.1)

где – пьезометрические напоры в рассматриваемых сечениях.

Опыты показывают, что потери напора по длине пропорциональны безразмерному коэффициенту , зависят от длины l и диаметра d трубопровода, средней скорости движения . Указанная зависимость устанавливается известной формулой Дарси-Вейсбаха

h_дл = . (4.2)

Коэффициент , характеризующий сопротивление трения, в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок трубы /d (здесь  - абсолютный размер выступов шероховатости). Однако влияние этих величин на коэффициент  при ламинарном и турбулентном режимах различно.

При ламинарном режиме шероховатость не оказывает влияния на сопротивление трения. В этом случае  = f(Re) и расчет выполняют по формуле

 = 64/Re. (4.3)

При турбулентном режиме влияние Re и /d обусловлено значением числа Рейнольдса. При сравнительно малых Re, также как и при ламинарном режиме, коэффициент  является функцией только числа Рейнольдса Re (область гидравлически гладких труб). Для расчета здесь применимы формулы Г. Блазиуса при Re10⁵:

 = 0,316/Re^0.25, (4.4)

и формула г.К. Конакова при Re 310⁶:

 = . (4.5)

В диапазоне умеренных чисел Рейнольдса  = f(Re, ) и хорошее совпадение с опытом дает формула А.Д. Альтшуля:

 = 0,11 (4.6)

При достаточно больших значениях Re (развитый турбулентный поток) влияние вязкого трения несущественно и коэффициент  = f(/d) – так называемая область вполне шероховатых труб. В этом случае расчет можно выполнить по формуле Б.Л. Шифринсона:

 = 0,11 . (4.7)

Приведенные выше и другие известные эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения получены путем обработки экспериментальных графиков. Сравнивая результаты вычисления  по этим формулам с опытными значениями, можно оценить достоверность проводимых опытов.

4.2 Цель работы

Усвоить методику опытного определения коэффициента гидравлического трения; для условий проведения опыта установить зависимость коэффициента гидравлического трения от режима течения жидкости и сравнить полученные результаты с расчетами по эмпирическим формулам.