1.4. Режимы движения жидкости

и основы теории гидродинамического подобия

Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Число Рейнольдса. Основы теории гидродинамического подобия. Критерии гидродинамического подобия. Моделирование гидродинамических явлений. Полное и частичное подобия.

1.5. Ламинарное движение жидкости

Распределение скоростей по сечению круглой трубы. Потери напора на трение по длине трубы (формула Пуазейля). Начальный участок потока. Ламинарное течение в плоских и кольцевых зазорах. Особые случаи ламинарного течения (переменная вязкость, облитерация).

Методические указания. Потери напора на трение по длине трубы при любом режиме движения жидкости определяют по формуле Дарси:

или , (8)

где λ – коэффициент гидравлического трения; l – длина расчетного участка трубы, м; d – диаметр трубы, м.

При ламинарном течении жидкости λ = 64/Re и первая формула (8) превращается в формулу Пуазейля:

, (9)

где  – число Рейнольдса, где  – кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

Из формулы (9) следует, что при ламинарном течении жидкости гидравлические потери на трение прямо пропорциональны средней скорости потока. Кроме того, они зависят от физических свойств жидкости и геометрических параметров трубы, а шероховатость стенок трубы не имеет никакого влияния на потери на трение.

1.6. Турбулентное движение жидкости

Особенности турбулентного движения жидкости. Пульсации скоростей и давлений. Распределение осредненных скоростей по сечению. Касательные напряжения в турбулентном потоке. Потери напора в трубах. Формула Дарси, коэффициент потерь на трения по длине (коэффициент Дарси). Шероховатость стенок, абсолютная и относительная. Гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Формулы для определения коэффициента Дарси и области их применения. Движение в некруглых трубах.

Методические указания. Потери напора на трение по длине трубы при турбулентном движении определяют также по формуле Дарси (8), но в этом случае коэффициент трения λ определяют по другим зависимостям, чем в ламинарном потоке. Таким образом, формула Дарси является универсальной – ее можно применять для любых жидкостей при любом режиме движения.

Имеется ряд формул для определения коэффициента λ в зависимости от режима течения жидкости и числа Рейнольдса, например:

1) ламинарное движение (I зона, ): ;

2) неопределенное движение (II зона, ). Трубопроводы с движением, соответствующим этой зоне, проектировать не рекомендуется;

3) турбулентное движение ():

а) зона гладких труб (III зона, ), формула Блазиуса:

; (10)

б) переходная зона (IV зона, ), формула Альтшу­­ля:

; (11)

в) зона шероховатых труб (V зона, ), формула Шифринсона:

. (12)

Зону V еще называют зоной квадратичного сопротивления, так как здесь гидравлические потери на трение пропорциональны квадрату скорости. Для турбулентного движения самой общей является формула IV зоны.