Гидравлика: Лабораторный практикум, страница 15

Согласно опытам других авторов кривые в этой области не имеют впадин, характерных для кривых Никурадзе (см. штриховые линии). Такое расхождение объясняется различием геометрических форм шероховатости. Кривые Никурадзе относятся к равнозерни

стой шероховатости; штриховые линии – к шероховатости разнозернистой, свойственной стальным и чугунным техническим трубам. При равнозернистой шероховатости с увеличением скорости движения жидкости коэффициент l начинает возрастать за счет увеличения площади поверхности трения (по сравнению с площадью поверхности гладкой трубы). Затем, по достижении определенных чисел Re, одновременно на всех выступах начинаются срывы вихрей, в результате чего l быстро увеличивается.

Технические трубы характеризуются значительным разбросом величины выступов шероховатости относительно их среднего значения, поэтому срывы вихрей, образующиеся вначале на самых больших выступах с увеличением числа Re, возникают и на остальных, в результате чего кривые плавно отходят от прямой гладкого трения. Для этой области характерно следующее:

-  числа Рейнольдса Re > 100000;

-  потери напора обусловлены трением между слоями жидкости и трением жидкости о шероховатую стенку;

-  коэффициент l зависит от числа Re и от относительной шероховатости (l = f(Re, D/d)) и может быть определен по зависимости А.Д. Альтшуля:

.                      (5.11)

Третья область – область квадратичного сопротивления шероховатых труб; эта область располагается правее линии АВ

(рис. 5.1). Все кривые D/d становятся прямыми, параллельными оси Re. При больших числах Re толщина ламинарного слоя становится исчезающе малой, а выступы обтекаются турбулентным потоком с вихреобразованиями за каждым бугорком. Для этой области характерно следующее:

-  потери напора обусловлены трением потока о шероховатую стенку трубы;

-  потери напора пропорциональны квадрату скорости;

-  коэффициент l не зависит от числа Re (l =f(D/d)) и может быть определен по формуле Никурадзе

                          (5.12)

или по формуле Шифринсона

.                      (5.13)

6. МЕСТНЫЕ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ

Местные потери энергии, обусловленные наличием местных гидравлических сопротивлений, являются следствием изменения размеров и конфигурации русла потока, что приводит к изменению направления и величины скорости движения жидкости, отрыву потока от стенок трубы и возникновению вихреобразований.

Основные виды местных потерь энергии можно условно разделить на следующие группы:

-  потери, связанные с изменением сечения потока (постепенное или резкое расширение и сужение потока);

-  потери, вызванные изменением направления потока (движения жидкости в коленах, угольниках, отводах);

-  потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, сетки, обратные клапаны и т.д.);

-  потери, возникающие вследствие отделения одной части потока от другой или слияния двух потоков в общий (движение жидкости в тройниках, крестовинах и отверстиях в боковых стенках трубопроводов при наличии транзитного расхода).

Величину потери напора, затраченную на преодоление какого-либо местного сопротивления, принято оценивать в долях от скоростного напора, соответствующего скорости непосредственно за рассматриваемым местным сопротивлением:

,

где  – коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты различных местных сопротивлений обычно определяются опытным путем. Значения этих коэффициентов содержатся в справочниках по гидравлике. Для некоторых случаев значения коэффициентов местных сопротивлений могут быть определены теоретическим путем.

6.1. Резкое расширение трубопровода

Для случая резкого расширения потока при турбулентном течении потерю напора удается достаточно точно определить теоретическим путем.