Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя
У рівнянні Бернуллі, записаному для двох перерізів потоку в'язкої рідини (позначення загальноприйняті):
(1)
де представляє собою сумарну величину втраченого напору:
, (2)
де - втрати напору по довжині розрахункової ділянки трубопроводу, викликані тертям рідини об стінки, називаються шляховими втратами;
- втрати напору на коротких ділянках трубопроводу, зумовлені зміною форми або розмірів (іноді і того й іншого одночасно), звані втратами в місцевих опорах, або місцевими втратами напору.
У даній роботі розглядаються шляхові втрати. Відповідно до рівняння нерозривності для потоку в'язкої нестисливої вЂ‹вЂ‹рідини (ПЃ = const):
(3)
При перебігу рідини в горизонтально розташованому трубопроводі (z 1 = z 2 ) постійного перетину (S 1 = S 2 ) швидкість на початку і Наприкінці розрахункового ділянки буде однаковими (V 1 = V 2 ) і рівняння Бернуллі прийме вигляд:
(4)
Шляхові втрати визначаються за формулою Дарсі - Вейсбаха:
, (5)
де О» - Безрозмірний коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі);
L - довжина розрахункового ділянки трубопроводу;
d - діаметр трубопроводу;
J - середня швидкість потоку.
Експериментально встановлено, що коефіцієнт гідравлічного тертя в загальному випадку залежить від режиму течії, що характеризується числом Рейнольдса (Re), і стану внутрішнього поверхні трубопроводу, характеризуемой відносної шорсткістю (Оµ). Вплив цих факторів на величину О» при ламінарному і турбулентному режимах течії проявляється по-різному.
При ламінарному режимі, тобто (Оќ - кінематичний коефіцієнт в'язкості) стан поверхні стінки не впливає на опір руху рідини і О» = f (Re). Значення коефіцієнта О» в цьому випадку визначається з теоретичної формулою Пуазейля:
(6)
Підставляючи цей вираз в (5), отримаємо формулу для визначення шляхових втрат при ламінарному плині у вигляді:
, (7)
де
З (7) випливає, що в ламінарному потоці втрати напору по довжині трубопроводу (шляхові втрати) прямо пропорційні середній швидкості течії рідини.
Турбулентний режим течії характеризується інтенсивним перемішуванням рідини як у поперечному (по перетину потоку), так і в поздовжньому (по довжині потоку) напрямках. Проте в діапазоні чисел Рейнольдса безпосередньо поблизу стінок трубопроводу існує шар рухомої рідини, протягом в якому зберігається ламінарним. Цей шар називається ламінарним подслоем або ламінарної плівкою. Товщина ламінарної плівки (Оґ Л ) залежить від режиму течії Оґ Л = f (Re) і з збільшенням числа Рейнольдса Оґ Л зменшується.
Стінки будь-якого тракту мают...
