Режим движения жидкости

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Лекция 6

Гидравлические сопротивления делят:

· сопротивления по длине;

· местные (то есть сопротивления, которые зависят от какого-либо препятствия движению потока и сосредоточены на коротком участке трубопровода).

Источником сопротивления в обоих случаях является вязкость. Сопротивления существуют по всей длине трубопровода при движении по нему реальной жидкости.

На величину влияет режим движения жидкости (ламинарный или турбулентный). Движущей силой при течении жидкости является разность давлений, которая создается с помощью насосов, компрессоров или в следствии разности уровней или плотностей жидкости.

Рассмотрим участок трубы, заполненный жидкостью. Если жидкость не движется, то ее взаимодействие со стенками приводит к равнодействующей направленной вертикально вниз (по величине численно равной весу жидкости). При движении жидкости между нею и стенками возникают силы сопротивления, в результате чего частицы жидкости, прилегающие к поверхности трубы, тормозятся. Это торможение из-за вязкости передается следующим слоям, причем, скорость по мере удаления от оси трубы уменьшается. Равнодействующая сил сопротивления Т направлена в сторону обратную движения. Это и есть сила гидравлического трения (сопротивления гидравлическому трению).

Для преодоления сопротивления трению и поддержания равномерного поступательного движения необходимо, чтобы на жидкость действовала сила, направленная в сторону движения и равная силе сопротивления (то есть необходимо затратить энергию).

Энергия или напор, необходимые для преодоления сил сопротивления называются потерянным напором или потерянной энергией.

Потери напора, затраченные на преодоление трения называются потерей напора на трение или потерей напора по длине (h_тр; h_l).

Однако, потеря напора, возникшая при движении жидкости, зависит не только от трения о стенку. Резкие изменения сечения так же оказывают сопротивление движению жидкости и вызывают потери энергии.

Существуют и другие причины, вызывающие потери напора. Например, изменение направления движения жидкости.

Потери напора, вызванные резким изменением конфигурации границ потока, называются местными потерями напора или потерями напора на местное сопротивление (h_м).

h_1-2 = h_тр +h_м

Смена режима из ламинарного в турбулентный и обратно происходит при критической скорости (нижняя и верхняя критические скорости). Для различных труб разных диаметров критическая скорость оказалась различной, к тому же возрастающей с увеличением вязкости и убывающей с увеличением диаметра. Состояние потока в трубе зависит от средней скорости, диаметра трубы, плотности и вязкости жидкости. Все это сводится в число Рейнольца.

Это число при переходе от турбулентного режима к ламинарному равно 2320 при нижней критической скорости. Величина числа Рейнольца зависит от условий входа в трубу, шероховатости стенок, от наличия первоначальных возмущений и т.д.

Вопрос о неустойчивости ламинарного режима движения и его переходе в турбулентный не получил достаточно полного решения (при верхней критической скорости самое большое значение Re=20000).