Коефіцієнт гідравлічного тертя
Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя
У рівнянні Бернуллі, записаному для двох перерізів потоку в'язкої рідини (позначення загальноприйняті):
У цій роботі розглядаються дорожні втрати. Відповідно до рівняння нерозривності для потоку в'язкої стисливої рідини (ρ = const):
При перебігу рідини в горизонтально розташованому трубопроводі (z1 = z2 ) постійного перерізу (S1 = S2 ) швидкість на початку і в кінці розрахункової ділянки буде однаковими (V1 = V2 ) і рівняння Бернуллі набуде вигляду:
Дорожні втрати визначаються за формулою Дарсі - Вейсбаха:
де λ – безрозмірний коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі);
L - Довжина розрахункової ділянки трубопроводу;
d – діаметр трубопроводу;
J – середня швидкість потоку.
Експериментально встановлено, що коефіцієнт гідравлічного тертя в загальному випадку залежить від режиму течії, що характеризується числом Рейнольдса (Re), та стану внутрішньої поверхні трубопроводу, що характеризується відносною шорсткістю (ε). Вплив цих факторів на величину при ламінарному і турбулентному режимах перебігу проявляється по-різному.
При ламінарному режимі, тобто.
Підставляючи цей вираз (5), отримаємо формулу для визначення дорожніх втрат при ламінарному перебігу у вигляді:
З (7) слід, що у ламінарному потоці втрати напору по довжині трубопроводу (шляхові втрати) прямо пропорційні середній швидкості течії рідини.
Турбулентний режим течії характеризується інтенсивним перемішуванням рідини як у поперечному (за перерізом потоку), так і в поздовжньому (за довжиною потоку) напрямках. Однак у діапазоні чисел Рейнольдса
Стінки будь-якого тракту мають природнушорсткість поверхні, спочатку обумовлену матеріалом і технологією виготовлення трубопроводу і змінюється при його експлуатації внаслідок взаємодії матеріалу трубопроводу з робочою рідиною. Середня висота виступів шорсткості (Δ) називається абсолютною шорсткістю. Залежно від співвідношення між δЛ і Δ (див. рис 1) труби або стінки розглядають як гідравлічно гладкі або гідравлічно шорсткі.
Якщо δЛ > Δ, ламінарний підшар як би згладжує шорсткість стінки: потік не отримує додаткової турбулізації від шорсткості, оскільки утворюються на вершинах виступів шорсткості вихори пригнічуються ламінарною плівкою. Труба, в якій виступи шорсткості знаходяться в межах товщини ламінарного підшару, називається гідравлічно гладкою.
Якщо δЛ 2 або автомодельною областю, так як незалежність від Re означає, що втрати напору по довжині, що визначаються за формулою (5) пропорційні квадрату середньої швидкості. Початок цієї галузі визначається умовою
Найбільш часто застосовувані формули для обчислення значення коефіцієнта наведені в таблиці 2.
Визначення λ за наведеними в таблиці 2 та іншими формулами полегшується використанням таблиць та номограм, що містяться у навчальних та довідкових посібниках.
Під час проведення цієї роботи розглядаються режими течії в гідравлічно гладких трубах.