са Re це безрозмірний критерій, який вираховується за формулами:
для напірних потоків
де d внутрішній діаметр напірного трубопроводу;
для безнапірних потоків
де R гідравлічний радіус безнапірного потоку, м
Критичне число Рейнольдса Reкр - це число Рейнольдса, при якому настає зміна режиму руху.
Для напірних потоків Reкр=2 320.
Для безнапірних потоків Reкр »500.
Розрахунок напірних потоків зводиться до знаходження невідомих витрат q, швидкостей v або втрат напору (різниці напорів) H. Для трубопроводів визначаються їх внутрішні діаметри d.
Загальні втрати напору (або різницю напорів) визначаються за формулою В e йсбаха
де z коефіцієнт гідравлічного опору.
Швидкість потоку пов'язана з витратою співвідношенням виду
=q /,
де площа живого перерізу потоку. Наприклад, для труби круглого перетину
=? d 2/4.
Таким чином, наведені залежності пов'язують величини H, v, q,, d, що дозволяє розрахувати будь напірний потік. Значення коефіцієнта z приймаються в залежності від виду визначаються втрат напору (лінійних або місцевих).
Загальні втрати напору H (м) в будь-якому потоці являють собою суму лінійних hl та місцевих hм втрат:
H=
Малюнок 3 - Втрати напору: а -Лінійний; б-місцеві; 1- трубопровід; 2 - напірна лінія; 3-місцевий опір
Лінійні втрати напору hl виникають на прямих ділянках труб. У літературі іноді зустрічаються інші варіанти назв hl: втрати напору по довжині; втрати напору на тертя; шляхові втрати напору. Величина hl визначається за формулою В e йсбаха в такого запису:
Тут коефіцієнт лінійного гідравлічного опору знаходиться так:
де - коефіцієнт гідравлічного тертя; l - довжина прямолінійного ділянки трубопроводу.
Коефіцієнт гідравлічного тертя залежить від режиму руху потоку ламінарного або турбулентного.
При ламінарному режимі
При турбулентному режимі
де абсолютна шорсткість стінок трубопроводів. Наприклад, у старих сталевих труб »1,5 мм.
Гідравлічним ухилом i називається відношення лінійних втрат напору hl до довжини потоку l (див. рис. 13, а):
=hl/l.
Місцеві втрати напору hм виникають у місцях різкої деформації потоку: на поворотах труб, в місцевих звуження або розширення, трійниках, хрестовинах, в кранах, вентилях, засувках. На напірної лінії вони зображуються у вигляді падаючого стрибкоподібного ділянки hм.
Формула У e йсбаха для місцевих втрат напору має вигляд
де коефіцієнт місцевого гідравлічного опору. Він приймається для конкретної ділянки деформації потоку (повороту, крана і т.д.) за довідковими даними.
. Розрахунок безнапірних потоків
Розрахунок безнапірних потоків полягає у вирішенні спільної задачі про пропуск витрати q при допустимих швидкостях потоку v і геометричних ухилах iгеом днища труб, каналів і т.д. Безнапірні (з вільною поверхнею) потоки спостерігаються в каналізаційних трубах, дорожніх лотках, каналах; в природі в річках, струмках.
При розрахунку безнапірних потоків вводиться допущення про рівномірний рух потоку: геометричний ухил дна iгеом вважається рівним ухилу вільної поверхні (пьезометрические ухилу) і гідравлічному ухилу i. Іншими словами, поверхня дна 1, вільна поверхня потоку 2 і напірна лінія 3 паралельні один одному. Це спрощує розрахунок, так як визначаючи гідравлічний i, автоматично знаходять ухил дна iгеом.
Малюнок 4 - безнапірний потік: 1 - дно; 2 - вільна поверхня; 3 - напірна лінія; 4 - трубка Піто; 5 горизонталь
На рис. в точках потоку А і В напори існують, і їх позначки можуть бути зареєстровані трубками Піт o відповідно Н А і Н В. Різниця напорів Н А Н О дорівнює лінійної втрати напору hl на ділянці потоку довжиною l. Величина hl за прийнятим допущенню дорівнює z різниці висотних відміток дна на початку і кінці ділянки, так як i=hl/l, iгеом=z/l, а i=iгеом.
Місцеві втрати напору hм виникають в безнапірних потоках так само, як і в напірних, в місцях різкої деформації потоку: на поворотах, в трійниках, хресто...
