|
17. Турбулентный режим течения. Основные св-ва потока. Структура потока
для турбулентного течения характерно перемешивание жидкости, пульсации скоростей и давлений. Если с помощью особо чувствительного прибора-самописца измернть и записать пульсации, например, скорости по времени в фиксированной точке потока, то получим картину, подобную показанной на рис. 1.54. Скорость беспорядочно колеблется около некоторого осреднепного у0
Траектории частиц, проходящих через данную неподвижную точку пространства в разные моменты времени, представляют собой кривые линии различной формы, несмотря на прямолинейность трубы. Характер линий тока в трубе в данный момент времени также отличается большим разнообразием (рис. 1.55). Таким образом^ Рнс. 1.54. Пульсация скорости в тур- Рис. 1.55. Характер линий тока в булентном потоке турбулентном потоке строго говоря, турбулентное течение всегда является неустановившимся, так как значения скоростей и давлений, а также траектории частиц, изменяются по времени. Однако его можно рассматривать как установившееся течение при условии, что осредненпые по времени значения скоростей и давлений, а также полный расход потока пе изменяются со временем. Такое течение встречается на практике достаточно часто.
18. Особенности турбулентного движения жидкости. Пульсация скоростей и давлений. Касательное напряжение в турбулентоном потке.
Распределение скоростей при турбулентном течении более равномерное, а нарастание скорости у стенки более крутое, чем при ламинарном течении, для которого характерен параболический закон распределения скоростей.
В связи с этим коэффициент Кориолиса а, учитывающий неравномерность распределения скоростей в уравнении Бернулли, при турбулентном течении значительно меньше, нежели при ламинарном. В отличие от ламинарного течения, где а
приведенного на рис. 1.57 *, кривая а
Так как при турбулентном течении отсутствует слоистость потока и происходит перемешивание жидкости, закон трения Ньютона в этом случае выражает лишь малую часть полного касательного напряжения. Благодаря перемешиванию жидкости и непрерывному переносу количества движения в поперечном направлении касательное напряжение т0
19. Потери энергии на трение по длинне турбулентного потока в круглом трубопроводе.
Если при ламинарном течении потеря напора на трение возрастает пропорционально скорости (расходу) в первой степени, то при переходе к турбулентному течению заметны некоторый скачок сопротивления и затем более крутое нарастание величины hтр
Ввиду сложности турбулентного течения и трудностей его аналитического исследования до настоящего времени для него не имеется достаточно строгой и точной теории. Существуют полуэмпирические, приближенные теории, например теория Праидтля ** и другие, которые здесь не рассматриваются. * Впервые получен Б. Б. Некрасовым В большинстве случаев для практических расчетов, связанных с турбулентным течением жидкостей в трубах, пользуются экспериментальными данными, систематизированными на основе теории гидродинамического подобия. Основной расчетной формулой для потерь напора при турбулентном течении в круглых трубах является уже приводившаяся выше как эмпирическая формула , называемая формулой Вейсбаха— Дарси и имеющая следующий вид
Эта основная формула применима как при турбулентном, так и при ламинарном течении, различие заключается лишь в значениях коэффициента ,.
20. Коэффициент гпдоавлического трения в турбулентном потоке. Понятие шероховатости иее влияние на
Однако из закона гидродинамического подобия следует, что коэффициент так же, как ил
Когда шероховатость трубы не влияет на ее сопротивление (на т
применимая при числе Rе от Rекр
При 2300 < Ке < 108
21. Графики Нмкурадзе
И. И. Никурадзе испытал на сопротивление ряд труб с искусственно созданной шероховатостью на их внутренней поверхности. Шероховатость была получена путем приклейки песчинок определенного размера, полученного просеиванием песка через специальные сита. Тем самым была получена равномерно распределенная зернистая шероховатость. Первая область — область малых Rе и /г0
Во второй области коэффициент т
>
Третья область — область больших Rе и /г0
Чтобы лучше уяснить эти особенности сопротивления шероховатых труб, необходимо учесть наличие ламинарного слоя Как указывалось выше, при увеличении Ве толщина ламинарного слоя л
График И. И. Никурадзе позволяет построить примерную зависимость от Ве допустимой шероховатости, т. е. такого максимального значения, при котором шероховатость трубы еще не влияет на ее сопротивление. Для этого следует взять те точки на графике (см. рис.), в которых кривые для шероховатых труб начинают отклоняться от прямой В
22. Основные виды местных сопротивлений. Коэф местных потерь
Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разделить на расширения, сужения и повороты русла, каждое из которых может быть внезапным или постепенным. Более сложные случаи местных сопротивлений представляют собой соединения или комбинации перечисленных простейших сопротивлений. Так, например, при течении жидкости через вентиль поток искривляется, меняет свое направление, сужается и, наконец, расширяется до первоначальных размеров; при этом возникают интенсивные вихреобразованйя. Рассмотрим простейшие местные сопротивления при турбулентном режиме течения в трубе. Коэффициенты потерь ,
24. Диффузор (постепенное расширение потока). Потери энергии при плавном расширению
Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости и увеличением давления, а следовательно, преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. Частицы движущейся жидкости преодолевают нарастающее давление за счет своей кинетической энергии, которая уменьшается вдоль диффузора и, что особенно важно, в направлении от оси к стенке. Слои жидкости, прилежащие к стенкам, обладают столь малой кинетической энергией, что иногда оказываются не в состоянии преодолевать повышенное давление, они останавливаются или даже начинают двигаться обратно. Обратное движение (противоток) вызывает отрыв основного потока от стенки и вихреобразования (рис. 1.64). Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора, а вместе с этим растут и потери на вихреобразования в нем. Полную потерю напора hдиф
26. Конфузор (постепенное сужение потока) Потери энергии потока в нем
Постепенное сужение трубы, т. е. коническая сходящаяся труба, называется конфузором . Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления; так как давление жидкости в начале конфузора выше, чем в конце, причин к возникновению вихреобразований и срывов потока (как в диффузоре) нет. В конфузоре имеются лишь потери на трение. В связи с этим сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление такого же диффузора. Потерю напора на трение в конфузоре можно подсчитать так же, как это делали для диффузора, т. е. сначала выразить потерю для элементарного отрезка, а затем выполнить интегрирование. В результате получим следующую формулу: Небольшое вихреобразование и отрыв потока от стенки с одновременным сжатием потока возникает лишь на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Для ликвидации вихреобразований и связанных с ним потерь рекомендуется коническую часть плавно сопрягать с цилиндрической или коническую часть заменять криволинейной, плавно переходящей в цилиндрическую. При этом можно допустить значительную степень сужения п
Коэффициент сопротивления такого плавного сужения, называемого соплом, изменяется примерно в пределах =0,03-0,1 в зависимости от степени и плавности сужения и Rе (большим Rе соответствуют малые значения и наоборот)
27. Истечение жидкостей через малое отверстие в тонкой стенке с острой кромкой
Пусть отверстие имеет форму, показанную на рис. 1.79, а,
кромки или имеет форму, показанную на рис. 1.79, б,
|
|