2020-05-21
147
При турбулентном режиме в области гидравлически гладких труб в эмпирические зависимости для коэффициента λ входит только число Рейнольдса
λ = f(Re).
Толщина δл ламинарного подслоя невелика, число Re, подсчитанное по толщине δл Re≤ 2300.
Внутри ламинарного подслоя происходит течение, в котором Reкр >2300, и эта часть потока называется "турбулентное ядро".
При увеличении скорости к переходной области толщина δл ламинарного подслоя уменьшается.
Труба называется гидравлически шероховатой, когда на ее внутренней поверхности ламинарный подслой мал или отсутствует и сопротивление потоку определяется только относительной гладкостью d/∆
λ = f(/d).
Областью гидравлически шероховатых труб называется часть графика, в которой λ зависит только от относительной шероховатости внутренней поверхности трубы.
Относительной шероховатостью называется отношение ∆/r0 (или ∆/d), где ∆ - средняя высота бугорков неровностей (шероховатостей) внутри трубы, r0 — радиус трубы, d – диаметр. Используется в графике Никурадзе.
|
|
|
Относительной гладкостью называется отношение d/∆э,где ∆э – эквивалентная шероховатость внутри трубы, d - диаметр трубы. Используется в графике Мурина.
Одинаковая абсолютная шероховатость может не оказывать влияния на сопротивление трубы большого диаметра, но значительно влияет на сопротивление трубы малого диаметра, поэтому используются относительные шероховатости и гладкости.
Область гидравлически гладких труб на графике λ расположена между осями координат и первой кривой
λ=f(Re).
Сопротивление гидравлически гладких труб формируется устойчивым ламинарным подслоем.
Область гидравлически шероховатых труб на графике λ расположена в правой части графика, где линии λ параллельны оси абсцисс
λ =f(d/∆).
Сопротивление шероховатых труб формируется шероховатостями (неровностями), выступающими на поверхность, ламинарный подслой размыт, относительная гладкость изменяется от самой малой до самой большой.
Переходная область на графике λ расположена между областью гидравлически гладких и шероховатых труб. В этой области еще есть ламинарный подслой и сопротивление потоку зависит и от числа Re, и от шероховатости внутренней поверхности трубы.
λ =f(Re, ∆/d).
На рис.8 даны результаты опытов, проведённых во Всесоюзном теплотехническом институте Г.А. Муриным.
Этот график показывает зависимость коэффициентов λ при турбулентном режиме движения. Коэффициент λ для натуральных шероховатых труб на графике указан в зависимости от Re для разных значений относительной гладкости - d/∆э.
|
|
|
Переход от линии, соответствующей области гладких труб, к горизонтальным прямым соответствующим области шероховатых труб, происходит для натуральных труб более плавно без провала кривых, характерных для графика Никурадзе.
На этом графике выделяют три области.
1. При 2300 <Re =< 20 d/∆э. Область гидравлически гладких труб.
Для определения λ используется формула Блазиуса
2. При 20 d/∆э < Re < 500 d/∆э, переходная область.
Для определения λ используется формула А. Д. Альтшуля
(7)
3. Область шероховатых труб. При Re >= 500 d/∆э.
Для определения λт используется формула
, (8)
где ∆э - эквивалентная абсолютная шероховатость; d - диаметр трубы.
Обычно в задачах и расчётах задаётся диаметр, скорость и вязкость, по ним определяется число Re, шероховатость может быть задана или ее принимают равной Δ=0,1…0,2мм.
По диаметру и Δ находят относительную гладкость d/Δ и числу Re по графикам Мурина находят область, к которой можно отнести используемую трубу и определяют число λт, по формуле Вейсха-Дарси находят сопротивление трубопровода.
Таким образом, путем использования отношения d/∆э и числа Re можно установить границы областей (режимов) турбулентного течения в шероховатых трубах.
