Rambler's Top100


Гидравлика, гидропривод, гидравлические и пневматические системы (конспект лекций). Автор: Остренко С.А., редактор:

4.2. Турбулентное течение

Турбулентным называют течение, для которого характерно перемешивание жидкости, пульсации давления и скоростей частиц. Скорость в фиксированной точке потока беспорядочно колеблется около некоторого осредненного по времени постоянного значения V0ср. Траектории частиц, проходящих через данную неподвижную точку пространства в разные моменты времени, представляют собой кривые линии различной формы даже в прямолинейной трубе. Этот вид течения всегда является неустановившимся, т.к. значения скоростей, давлений и траектории частиц изменяются во времени.

Распределение скоростей при турбулентном течении более равномерное, а нарастание скорости у стенки более крутое, чем при ламинарном. Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей в уравнении Бернулли (коэффициент кинетической энергии)

при турбулентном течении зависит от критерия Рейнольдса и значительно меньше (a = 1,13¸1,025), чем при ламинарном, для которого он равен 2.

Благодаря перемешиванию жидкости и непрерывному переносу количества движения в поперечном потоку направлении, касательные напряжения на стенке трубы в этом режиме оказываются выше.

Ввиду сложности турбулентного течения и трудности его аналитического исследования до настоящего времени не существует достаточно строгой теории этого процесса. В практических расчетах пользуются экспериментальными данными, систематизированными на базе теории подобия.

Основной расчетной формулой для потерь давления при турбулентном течении в круглых трубах является формула Дарси-Вейсбаха

.

Коэффициент потерь на трение при турбулентном течении lт является функцией критерия Рейнольдса, а также может зависеть от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости поверхности трубы - отношения средней высоты неровностей поверхности к диаметру трубы D/d. Переход от ламинарного режима течения к турбулентному начинается при некотором критическом значении критерия Рейнольдса Reкр. При течении жидкости в трубах .

Трубы называют гидравлически гладкими, если шероховатость не влияет на их гидравлическое сопротивление. Для них используют эмпирические формулы:

·       формулу П.К.Конакова для диапазона изменения критерия Рейнольдса от критического до нескольких миллионов

;

·       формулу Блазиуса для 2300<Re<105

.

К гидравлически гладким трубам относят цельнотянутые трубы из цветных металлов, а также стальные высококачественные бесшовные трубы.

На сопротивление шероховатых труб оказывает влияние критерий Рейнольдса, относительная шероховатость и ее характер. Равномерно распределенная зернистая шероховатость имеет один и тот же размер и форму бугорков. Получают ее, как правило, искусственным путем.

Исследования, проведенные И.И.Никурадзе, показали, что:

·       при ламинарном течении шероховатость стенок канала на сопротивление влияния не оказывает;

·       критическое значение критерия Рейнольдса от шероховатости практически не зависит;

·       в области турбулентного течения при небольших значениях Re и малых D/d шероховатость на сопротивление не влияет. Однако с увеличением Re это влияние начинает проявляться;

·       при больших D/d и высоких значениях критерия Рейнольдса коэффициент сопротивления перестает зависеть от Re и становится постоянным для данного значения D/d.

Для труб с реальной шероховатостью, в которых бугорки имеют различную высоту и, при увеличении значения критерия Рейнольдса, начинают выступать за пределы ламинарного подслоя не одновременно, переход от линии, соответствующей сопротивлению гладких труб, к прямым горизонтальным участкам происходит более плавно.

Для практических расчетов коэффициента сопротивления шероховатых труб используют формулу А.Д.Альтшуля

,

где Dэ - эквивалентная абсолютная шероховатость (реальная шероховатость, которая оказывает такое же воздействие, что и равномерная зернистая шероховатость в опытах И.И.Никурадзе).

Характерные значения Dэ для труб из различных материалов

Трубы из латуни, свинца, меди

0,000 ¸ 0,002

Стальные высококачественные бесшовные трубы

0,06 ¸ 0,20

Стальные трубы

0,1 ¸ 0,5

Чугунные трубы

0,2 ¸ 1,0

Для труб, отличающихся по форме от цилиндрических, вводят понятие гидравлического (эквивалентного) диаметра. Гидравлический диаметр - это диаметр круглой трубы, имеющей площадь поперечного сечения, равную площади трубы иной формы

,

где П - полный смоченный периметр трубы.

Гидравлический диаметр используют в формулах для расчета потерь давления в трубах, форма поперечного сечения которых отличается от круга.

Poker razz odds calculator