17. Сводка наиболее употребительных формул для гидравлического коэффициента трения.

Потери на трение по длине, — это потери энергии, которые в чистом виде возникают в прямых трубах постоянного сечения, т.е. при равномерном течении, и возрастают пропорционально длине трубы. Рассматриваемые потери обусловлены внутренним трением в жидкости, а потому имеют место не только в шероховатых, но и в гладких трубах.

Потерю напора на трение можно выразить по общей формуле для гидравлических потерь

.

однако удобнее коэффициент связать с относительной длиной трубы l/d.

;

или в единицах давления

где - коэффициент Дарси.

При ламинарном движении:

При турбулентном движении:

1. Зона гладких труб при 2300<Re<10⁵ - формула Блазиуса;

2. Зона переходная (доквадратичная) при - формула Альтмуле;

3. Зона шероховатых труб - формула Шифринсона.

18 Местные сопротивления

Местные потери напора происходят в так называемых местных гидравлических сопротивлениях, т. е. в местах изменения формы и размеров русла, где поток так или иначе деформируется - расширяется, сужается, искривляется - или имеет место более сложная деформация. Местные потери выражают формулой Вейсбаха: ,

где v — средняя скорость потока в сечении перед местным сопротивлением (при расширении) или за ним (при сужении) н в тех случаях, когда рассматривают потери напора в гидро-арматуре различного назначения; безразмерный коэф­фициент местного сопротивления.

Числовое значение коэффициента в основном определяется формой местного сопротивления, его геометрическими параметрами, но иногда влияет также число Рейнольдса, которое для труб диаметром d выражается формулой

Здесь v — кинематическая вязкость жидкости, выражаемая в м²/с или см²/с. Для некруглых труб Re=(»£>_r)/v, где D, — i гидравлический диаметр, равный отношению площади сече­ния трубы к 1/4 периметра сечения. Число Рейнольдса определяет режим движения жидкостей (и газов) в трубах.

При Re<Re_кp, где Re_кp 2300, режим движения лами­нарный, т. е. слоистый — без перемешивания жидкости и без пульсаций скоростей и давлений.

При Re>Re_кp режим течения турбулентный, т. е. с пере­мешиванием жидкости и с пульсациями скоростей и давлений.

Можно считать, что при турбулентном режиме коэффициенты местных сопротивлений от числа Рейнольдса не зависят и,

следовательно потеря напора пропорциональна квадрату скорости (квадратичный режим сопротивления). При ламинарном режиме считают, что

где А — число, определяемое формой местного сопротивле­ния; — коэффициент местного сопротивления на режиме квадратичного сопротивления, т. е. при

При внезапном сужении трубы без закругления коэффициент сопротивления определяют по формуле

где S₁ и S₂— площади сечений трубы до и после сужения.

Потери напора на трение по длине / определяются общей формулой Дарси

где безразмерный коэффициент сопротивления трения λ опре­деляется в зависимости от режима течения:

при ламинарном режиме однозначно определяется чис­ло Рейнольдса, т. е.

при турбулентном режиме λ_τ помимо числа Рейнольдса зависит еще от относительной шероховатости Δ/d, т. е.

Распределение скоростей по поперечному сечению круглой трубы радиусом r при ламинарном режиме течения выражается параболическим законом

причем максимальная скорость на оси трубы в два раза больше средней.

При ламинарном течении в зазоре между двумя плоски­ми стенками

где число Рейнольдса Re — 26υ/ν.

Эtа Формула справедлива также для зазора, образо­ванного двумя соосными цилиндрическими поверхностями при условии, что зазор весьма мал по сравнению с диамет­ром этих поверхностей. При ламинарном течении в трубке квадратного сечения

.