ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Коэффициент гидравлического сопротивления при течении жидкости в трубах из "Краткий курс технической гидромеханики " Определим коэффициент гидравлического сопротивления в формулах Дарси—Вейсбаха сначала для случая ламинарного течения жидкости в трубе кругового сечения. [c.178] Таким образом, при ламинарном течении жидкости в трубе кругового сечения коэффициент гидравлического сопротивления обрагно пропорционален числу Рейнольдса. [c.178] При турбулентном течении жидкости в трубах коэффициент гидравлического сопротивления определяют по эмпирическим и полуэм-пирическим формулам. [c.178] Первоначальные эмпирические формулы возникли в связи с расчетами водопроводов. При этом коэффициент гидравлического сопротивления одни авторы считали постоянным (Дюпюи), другие ставили его в зависимость только от средней скорости течения жидкости (Вейсбах), третьи связывали его только с диа.метром трубопровода (Дарси), четвертые полагали этот коэффициент зависящим как от скорости, так и от диаметра (Ланг), пятые, наконец, считали его зависящим только от материала труб (Фром и Хопф). [c.178] Формулы, относящиеся к этому этапу развития технической гидромеханики, мы будем называть старыми формулами. В настоящее время этот класс формул имеет интерес только с точки зрения развития представлений о природе гидравлических сопротивлений. [c.178] Второй период, открывающийся после работ О. Рейнольдса, характеризуется попытками найти универсальные зависимости, пригодные для расчета как водопроводов, так и трубопроводов, служащих для перекачки нефти, газа, воздуха и др. [c.179] Приведем некоторые из формул, относящихся к первому периоду. [c.179] Следует иметь в виду, что в формуле (49.3), а также в формулах (49.4) и (49.5), даваемых в дальнейшем, коэффициенты являются размерными числовые значения этих коэффициентов приведены для условий, если скорость выражена в м сек, диаметр в лг и расход в м 1сек. [c.179] Формулой Дюпюи можно пользоваться при прикидочных расчетах, имея, однако, в виду, что обычно она дает несколько преувеличенные значения сопротивления и преуменьшенный расход. [c.179] Необходимо отметить еще, что в настоящее время имеет широкое распространение, в частности в водопроводном деле, также формула Маннинга, устанавливающая величину коэффициента сопротивления X в зависимости от формы и размеров сечения трубопроводов и от шероховатости стенок (к формуле Маннинга мы еще вернемся в дальнейшем). [c.180] Рассмотрим, далее, некоторые формулы, относящиеся ко второму периоду. [c.180] Формул, устанавливающих функциональную связь между коэффициентом гидравлического сопротивления X, числом R и, в некоторых случаях, шероховатостью е, существует весьма много. Однако из этого множества формул имеется немного таких, которые бы получили широкое применение в расчетной практике наиболее употребительны следующие формулы. [c.180] Эта формула справедлива для течений в гидравлически гладких трубах в области значений числа Р от 2320 до 70 000 4- 100 000. [c.180] Результаты опытов Никурадзе иллюстрируются графиком на рис. 97. [c.181] Таким образом, каждая из кривых III имеет три характерных участка первый совпадает с прямой II, второй простирается от прямой II до области постоянного значения коэффициента Х и третий, изображаемый прямой, параллельной оси абсцисс, — участок постоянного значения коэффициента X. [c.182] Эти особенности коэффициента сопротивления в турбулентной области можно объяснить следующим образом. Сперва при невысоких числах R (но, напомним, ббльших 3000) толщина ламинарного пристенного подслоя оказывается больше, чем выступы шероховатости. В этой зоне закон сопротивления совпадает с прямой Блазиуса (49.6) для гладких труб. Эту зону называют зоной гладкого трения. [c.182] Затем при дальнейшем увеличении скорости потока и связанном с этим возрастании числа Рейнольдса толщина ламинарного подслоя становится величиной того же порядка, что и размеры выступов. Значения коэффициента л в этой области отклоняются от закона Блазиуса в сторону увеличения. Это объясняется дополнительными вихреобразованиями, вызываемыми некоторыми (но не всеми) выступами шероховатости. Здесь сопротивление обусловлено не только вязкостью (числом R) но и шероховатостью. Это так называемая зона смешанного трения. [c.182] Наконец, в третьей зоне при больших значениях числа R толщина ламинарного подслоя становится столь малой, что выступы шероховатости оказываются больше толщины подслоя. Гидравлическое сопротивление, вызываемое вихреобразованием, становится постоянным и не зависит от числа R. Эту зону будем называть зоной вполне шероховатого трения. [c.182] В этой зоне, характеризующейся законом Х = onst, как напряжение силы сопротивления, так и потеря напора, как видно из формул (48.2) и (48.7), пропорциональны квадрату скорости. Таким образом, эта зона характеризуется чисто квадратичным законом со-противления. [c.182] Для практического использования описанных выше кривых и зависимостей необходимо иметь шкалу шероховатостей. [c.183] Вернуться к основной статье