. (4.90)
В
зависимости от толщины вязкостного подслоя и пограничного слоя трубы можно
разделить на гидравлически гладкие и шероховатые. В случае когда вязкостный
подслой больше шероховатости
, т.е. все впадины и выступы погружены в
подслой
, такая поверхность стенки называется гидравлически
гладкой.
Потери
напора не будут зависеть от шероховатости: .
Рис. 4.12. Шероховатость стенки трубы:
а - абсолютная шероховатость ;
б - гидравлически гладкая поверхность стенки трубы;
в - шероховатая поверхность трубы
При
условии выступы выходят за пределы вязкостного
подслоя и поверхность стенки является шероховатой.
Выступы,
выходящие за подслой, способствуют активизации перемешивания частиц,
возникновению вихреобразования в подслое и пограничном слое. Потери напора
будут зависеть от относительной шероховатости трубы :
.
При
турбулентном движении коэффициент определяется по
эмпирическим формулам.
4 9 ПОТЕРИ НАПОРА ПО ДЛИНЕ ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ УСТАНОВИВШЕМСЯ РАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ
И.Никурадзе
были проведены опыты по исследованию влияния шероховатости поверхности труб и
числа Рейнольдса на потери напора по длине и на коэффициент гидравлического
трения, т.е. . Опыты осуществлялись на
гидравлическом стенде с круглыми трубами с искусственной однородной
шероховатостью. Искусственная шероховатость создавалась путем наклеивания на
внутреннюю поверхность труб песчинок одинакового размера. Относительные
шероховатости в опытах были в пределах
.
Эксперименты проводились как при ламинарном, так и при турбулентном режиме
движения жидкости. Число Рейнольдса в экспериментах находилось в диапазоне
. В трубах с разной относительной
шероховатостью определялись потери напора по длине
, при
различных расходах. Коэффициенты гидравлического трения
вычислялись
по формуле
.
По
средней скорости V находилось число Рейнольдса
. Результаты опытов были представлены в виде
графиков, которые имели функциональную зависимость
с
учетом относительной шероховатости в виде
(рис.
4.13). Величины
и Re - безразмерные.
Рис. 4.13. График Никурадзе
На
графике по оси ординат были отложены значения , а по
оси абсцисс - величины
. График позволил весьма наглядно
показать влияние шероховатости трубы и числа Рейнольдса на коэффициент
гидравлического трения и, соответственно, на потери напора по длине трубы.
На графике Никурадзе (см. рис. 4.13) можно выделить следующие характерные зоны ламинарного, неустойчивого и турбулентного режимов движения.
Ламинарная
зона. В этой зоне
полученные экспериментально величины при разных
относительных шероховатостях
легли на прямую I-I в левой стороне графика при значениях Re<2300 (
=3,36),
что соответствует ламинарному режиму движения. Таким образом, в данной зоне
не зависит от шероховатости труб, а
зависит только от числа Re.
Прямая линия I-I соответствует функции
,
полученной теоретическим путем (см. п. 4.5, формула (4.68)).
Переходная
(неустойчивая) зона.
Эта зона соответствует переходу ламинарного движения в турбулентное и наоборот.
На графике зона находится между линиями I-I и II-II при значениях числа Рейнольдса (
). Значение коэффициента
в этой зоне не зависит от шероховатости,
.
Турбулентная
зона. В турбулентной зоне имеется семейство
кривых в зависимости от относительной шероховатости в виде . Начало кривых находится по линии II-II. Турбулентная
зона разбивается на три области: гладкого сопротивления (гидравлически гладкие
трубы), доквадратичного и квадратичного сопротивления (гидравлически
шероховатые трубы).
Область
гладкого сопротивления представляется на
графике линией II-II при разных значениях и
числах Re. В этой области
не зависит от шероховатости а зависит
только от числа Re,
. Шероховатость внутренней поверхности труб
не оказывает сопротивления движению жидкости при турбулентном режиме. Такие
трубы называют гидравлически гладкими. В пределах этой области потери напора
можно выразить зависимостью
. (4.91)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.