35. Гидравлическое сопротивление.

Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление — безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем (систем гидропривода, трубопроводах, другом гидрооборудовании), обусловленные наличием вязкого трения. Гидравлические потери принято разделять на два вида: потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы; местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером местных потерь могут служить: внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п.

35. Потери по длине – потери на трение между потоком и стенками канала, и слоями жидкости друг о друга. Потери по длине определяются по формуле Дарси

(4.22)

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления. Указывает, какую часть от скоростного напора составляют потери на единице относительной длины.

Коэффициент Дарси зависит от режима движения жидкости и состояния поверхности трубопровода (материала и шероховатости).

35. 3 Зоны трения

При турбулентном течении жидкости различают три зоны трения: гладкого, смешанного и шероховатого, определяемых соотношением вели­чины выступов шероховатости и диаметра трубы. Так как сопротивление течению жидкости зависит не только от высоты выступов, но и от их фор­мы, взаимного расположения, количества выступов на единицу площади и других факторов, то вводится понятие «эквивалентной» шероховатости К„ определяемой экспериментально.

Зона гладкого трения начинается с числа Рейнольдса (3500...4000) и кончается при первом его граничном значении Re, определяемом по фор­муле

где - относительная эквивалентная шероховатость, равная Кэ/d

Коэффициент Дарси в этой зоне трения определяется по формуле Блазиуса:

Зона смешанного трения начинается при первом граничном числе

Рейнольдса Re и кончается при втором В этой зоне тре­ния для определения коэффициента Дарси можно пользоваться формулой А.Д. Альтшуля:

В зоне шероховатого грения числа Рейнольдса больше второго граничного

В этой зоне величина 68/Re становится пренебрежительно малой по сравнению с , и формула Альтшуля принимает вид формулы Шифринсона:

35. Распределение скоростей и касательных напряжений в турбулентном потоке

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. Для ламинарного движения α₁=2 Для турбулентного движения α_т=1,13 – 1,15

Касательные напряжения в турбулентном потоке.В турбулентном потоке величина касательных напряжений должна быть больше, чем в ламинарном, т.к. к касательным напряжениям, определяемым при перемещении вязкой жидкости вдоль трубы следует добавить дополнительные касательные напряжения, вызываемые перемешиванием жидкости.

Теоретически полное касательное напряжение должно быть равно: но первое слагаемое в правой части равенства мало по сравнению со вторым и его величиной можно пренебречь