Гидравлические гладкие и шероховатые поверхности

ГИДРАВЛИЧЕСКИ ГЛАДКИЕ И ШЕРОХОВАТЫЕ ПОВЕРХНОСТИ [c.93]

До тех пор пока выступы шероховатости полностью погружены в ламинарный пограничный слой, т. е. когда k < наличие этих выступов не создает различий в шероховатости, понимаемой в гидравлическом смысле для структуры потока в этом случае нет разницы между гладкими и шероховатыми поверхностями стенок и коэффициент X не зависит от шероховатости, а зависит только от числа Рейнольдса и определяется как для гладких труб (1—3-я зоны). Если же выступы шероховатости выходят за пределы пограничного слоя k > 6 ламинарное течение нарушается и наличие выступов шероховатости, приводит к отрыву жидкости от стенок и образованию в ней вихрей. [c.140]

Введение в рассмотрение пристенного слоя приводит к критерию для разделения поверхностей, и в частности стенок, труб на два класса гидравлически гладких и шероховатых. [c.153]

Итак, различают стенки (трубы, русла) гидравлически гладкие и шероховатые. Такое разделение является условным, поскольку, как следует из формулы (5-30), толщина ламинарной пленки обратно пропорциональна числу Рейнольдса (или средней скорости). Таким образом, при движении жидкости вдоль одной и той же поверхности с неизменной высотой выступа шероховатости в зависимости от средней скорости (числа Рейнольдса) толщина ламинарной пленки может изменяться. При увеличении числа Рейнольдса толщина ламинарной пленки 6 уменьшается и стенка, бывшая гидравлически гладкой, может стать шероховатой, так как высота выступов шероховатости окажется больше толщины ламинарной пленки и шероховатость станет влиять на характер движения и, следовательно, на потери напора. [c.105]

Существенный интерес представляет вопрос о допустимой величине выступа профиля неровности поверхности. Допустимой называют такую высоту выступа, при которой шероховатость еще влияет на сопротивление. Иными словами, допустимая высота выступа определяет границу между гидравлически гладким и переходным режимами течения в пограничном слое. С практической точки зрения допустимую высоту выступа важно знать, чтобы сформулировать требования к качеству обработки поверхностей. [c.372]

В том случае, когда поверхность жидкостной пленки гладкая, гидравлическое сопротивление при течении двухфазного потока практически не зависит от состояния поверхности стенки (шероховатости) рабочего канала, так как основная доля диссипативных потерь энергии происходит на границе между паровым ядром и поверхностью жидкости. Этот режим движения, по-видимому, и имел место в [6], где было показано, что в определенных условиях гидравлическое сопротивление при движении двухфазного потока в каналах с гладкой и шероховатой (А=0.6 мм) поверхностью одинаково. Иную роль может играть шероховатость в тех случаях, когда по поверхности жидкой пленки распространяются волны. В этих условиях бугорки шероховатости могут играть роль своеобразных волноломов , затрудняя течение жидкой пленки и препятствуя образованию волн на ее поверхности. Таким образом, при этом режиме движения двухфазного потока увеличение относительной шероховатости стенок канал может снижать гидравлическое сопротивление. Эти соображения подтверждаются опытными данными, полученными в настоящей работе. При р=80 и 50 ата сопротивление шероховатой трубы приближается к гладкой, а при р=20 ата становится даже существенно ниже гладкой трубы. [c.127]

В условиях промежуточной шероховатости коэффициент трепня зависит от и в/у, Н, к,.1%. Установить вид этой зависимости е удалось. Поэтому при расчетах пограничного слоя поверхность рассматривают как гидравлически гладкую или как поверхность с развитой шероховатостью в зависимости от того, в каком из этих двух случаев получается более высокое значение коэффициента трения. На рис. 11-8 пунктирными линиями показаны значения (Иl0/v)s, при которых величины коэффициента трения на гидравлически гладкой поверхности уравнение (11-43)], такие же как и а поверхности с развитой шероховатостью [уравнение (11-46)]. Если действительное значение Ыl6/v меньше (uS )s, то коэффициент трения следует рассчитывать по уравнению (11-43), в противном случае — по уравнению (11-46). При и в/у< (и /у)д поверхность можно рассматривать как гидравлически гладкую. [c.378]

Интенсификация теплообмена в пучках оребренных труб может производиться за счет нанесения шероховатости на поверхность ребра. По рассматриваемому вопросу имеется мало данн].1х. В работе [8] исследовался пучок труб со стальными ребрами (высота ребер /г=9 мм, шаг =6 мм, толщина 8=2 мм) и с гладкими и шероховатыми ребрами. Шероховатость наносилась в виде треугольных зубьев высотой 0.5 мм, что увеличило коэффициент оребрения с 5.1 до 5.9 за счет поверхности ребер. Эти опыты показали, что прирост теплообмена компенсируется увеличением гидравлического сопротивления и увеличения общей эффективности не происходит. Для более теплопроводных ребер эффект должен быть иным и применение искусственной шероховатости здесь целесообразно. [c.105]

До сих пор мы рассматривали только гладкие стенки. Но внутренняя поверхность реальных труб имеет ту или иную шероховатость поверхности. Можно ожидать, что установленные выше закономерности будут справедливы и в тех случаях, когда в шероховатых трубах толщина бд вязкого подслоя больше средней высоты Д неровностей стенки. Тогда турбулентное ядро потока не будет испытывать непосредственного влияния неровностей выступов шероховатости и последние никак не повлияют на распределение скоростей. Трубы, работающие в таком режиме, называют гидравлически гладкими. При малых толщинах вязкого подслоя следует ожидать существенного влияния шероховатости 162 [c.162]

Изложенный метод расчета турбулентного пограничного слоя на пластине построен на эмпирической зависимости, полученной в опытах с гладкими пластинами. В практических условиях течение вдоль пластины (поверхности крыла, лопасти, корпуса) чаще всего не является гидравлически гладким. Как и течение в трубе, любое течение в турбулентном пограничном слое на шероховатой поверхности можно отнести к одному из трех режимов гидравлически гладкому, при котором высота выступов поверхности не влияет на сопротивление переходному или режиму неполного проявления шероховатости, при котором на коэффициент сопротивления влияют как число Рейнольдса, так и шероховатость режиму полного проявления шероховатости или квадратичному, при котором коэффициент сопротивления зависит только от шероховатости. [c.371]

Если же (рис. 92,б) высота выступов такова, что они превышают толщину вязкого подслоя (k >бп. с), неровности стенок будут выступать в турбулентную область, увеличивать беспорядочность движения и существенным образом влиять на потерю энергии. В этом случае каждый отдельный выступ можно уподобить плохо "обтекаемому -,телу, находящемуся в окружающем его потоке жидкости и являющемуся источником образования вихрей (рис. 93). В соответствии со сказанным в гидравлике различают поверхности гидравлически гладкие (k<8 , .) и шероховатые (k >бп. с)-Конечно, такое деление является условным. [c.130]

Гидравлические сопротивления в турбулентном пограничном слое в значительной степени зависят от шероховатости поверхности пластины. При определении этих сопротивлений выделяют режимы гидравлически гладких поверхностей, гидравлически шероховатых поверхностей и переходный между ними. [c.245]

Другой пример связан с влиянием шероховатости стенок трубы на сопротивление и теплоотдачу. Нельзя забывать, что мерой шероховатости (при одинаковых числах Рейнольдса) является отношение высоты микронеровностей к радиусу трубы. Шероховатость с высотой неровностей до 0,32 мм может означать для натурной трубы большого диаметра гладкую в гидравлическом отношении поверхность, а в маломасштабной модели приведет к заметному росту гидравлического сопротивления и теплоотдачи. [c.91]

В предыдущих разделах мы рассмотрели теорию теплообмена при турбулентном течении в гладких трубах. При анализе гидравлического сопротивления отмечалось, что шероховатость поверхности при турбулентном течении обусловливает повышение числа Нуссельта, тогда как при ламинарном течении влиянием ее на теплоотдачу можно пренебречь. В настоящее время разработана достаточно полная полуэмпирическая теория гидравлического сопротивления при турбулентном течении в шероховатых трубах. Соответствующая задача теплообмена намного сложнее, и, несмотря на то, что ей уделяется большое внимание, полная теория теплообмена при турбулентном течении в шероховатых трубах пока отсутствует. Однако для того, чтобы определить пределы применимости решений для гладких труб, мы обсудим влияние шероховатости на теплообмен качественно и приведем некоторые экспериментальные результаты. [c.238]

Гидравлически гладкой трубой считается такая труба, в которой выступы (шероховатости) скрыты в толще ламинарного граничного слоя у стенок. Ввиду того, что с увеличением значения Де толщина ламинарного пограничного слоя уменьшается, выступы шероховатости трубы при известных значениях Де могут оголиться и труба перестанет быть гидравлически гладкой. В соответствии с этим на величину коэффициента X при турбулентном потоке может оказывать влияние при некоторых больших числах Де характер (шероховатость) поверхности стенок трубопровода. [c.67]

Шероховатость поверхности трубы характеризуется средней высотой бугорков к (абсолютная шероховатость), дисперсией и другими статистиками, которые описывают форму шероховатой поверхности. Простейшим видом шероховатости является так называемая равномерно-зернистая шероховатость, представляющая собой совокупность шаров одинакового размера с плотной упаковкой. Для этого вида шероховатости величина дисперсии равна нулю и размер зерна к, является единственным количественным критерием. Очевидно, если к 5 , то величина шероховатости не должна влиять на профиль скорости, величину турбулентного касательного напряжения и, следовательно, коэффициент гидравлического трения к (коэффициент Дарси) должен в этом случае зависеть только от числа Re. Трубы, в которых к 8 ,. называются гидравлически гладкими трубами. В другом предельном случае к 8 , вязкий подслой разрушается, и турбулентность определяется только шероховатостью. Этот режим носит название автомодельного по числу Re, или зоной квадратичного сопротивления, так как коэффициент Дарси при изменении числа Re остаётся постоянным. В промежуточной зоне коэффициент гидравлического трения X должен зависеть и от числа Re,и от параметров шероховатости. Первые планомерные опыты по исследованию турбулентного движения в трубах были проведены по инициативе Л.Прандтля И.И.Никурадзе с искусственной шероховатостью, близкой к равномерно-зернистой, так как величина относительного квадратичного отклонения для этих труб лежала в диапазоне 0,23-0,30. Обычные трубы, применяемые в машиностроении, называются техническими и имеют относительное квадратичное отклонение порядка 1,5. [c.87]

При гидравлическом расчете дорожных железобетонных труб в зависимости от качества их изготовления, укладки и условий эксплуатации могут приниматься следующие осредненные коэффициенты шероховатости п при гладкой, весьма тщательной отделке поверхности, хорошо устроенных швах и отсутствии песка и гравия на дне трубы п = 0,012 при не вполне ровно затертой поверхности, удовлетворительно устроенных швах и отсутствии песка и гравия на дне трубы п — 0,014 при шероховатой поверхности трубы, удовлетворительно устроенных швах и наличии песка и гравия на дне п = 0,016. [c.157]

Импульсивная теория теплопередачи, развитая с успехом для обтекания пластинки, основана на связи между теплообменом и сопротивлением трения. Между тем у всех тел, за исключением только очень узких, весьма значительную долю сопротивления составляет сопротивление давления (стр. 242), которое, очевидно, непосредственно никак не связано с теплообменом. Косвенно это сопротивление может вызвать повышение теплообмена благодаря вызываемому им увеличению завихренности потока позади его места отрыва от поверхности тела. Аналогичные соображения имеют место и для шероховатых поверхностей, которые также обладают сопротивлением давления. Теплообмен для таких поверхностей значительно выше, чем для гладких поверхностей, при условии, что их сопротивление больше, чем у гладких поверхностей, иными словами, при условии, что шероховатые поверхности не являются гидравлически гладкими (стр. 178). Полностью этот вопрос до сих пор не исследован. [c.542]

Экспериментами установлено, что коэффициент гидравлического трения к в формуле Дарси — Вейсбаха, а соответственно и потери напора по длине зависят от числа Рейнольдса и от относительной шероховатости. Это вытекает и из теоретических исследований. Поэтому усилия как советских, так и зарубежных ученых были направлены на выявление характера этой зависимости. Было установлено, что при больших числах Рейнольдса и высокой шероховатости коэффициент гидравлического трения "к в трубах совсем не зависит от вязкости жидкости (числа Рейнольдса), а зависит только от относительной шероховатости (в этих условиях трубы и русла называют вполне шероховатыми). Трубы же, в которых коэффициент К зависит только от числа Рейнольдса и не зависит от относительное шероховатости, что бывает при сравнительно малых Re и kid, называют гидравлически гладкими. При этом один и тот же трубопровод в одних условиях может быть гидравлически гладким, а в других — вполне шероховатым. Условия, в которых А. зависит и от числа Рейнольдса йот относительной шероховатости, называются переходной областью. Это объясняется тем, что при малых числах Рейнольдса вблизи стенок сохраняется сравнительно толстый ламинарный слой, и выступы шероховатости обтекаются н<идкостью без образования и отрыва вихрей. Свойства поверхности стенок трубопровода в этом случае не влияют на сопротивление и зависимость К = f (Re) выражается в логарифмических координатах прямой (см. рис. V. 6). [c.91]

В соответствии со сказанным в гидравлике различают поверхности гидравлически гладкие ( <6в. с) и шероховатые (к>6в.с)- [c.123]

Коэффициент к тем больше, чем сеть длиннее, извилистее, более сужена по проходным сечениям, шероховатость внутренних поверхностей больше и т. д. в этом случае характеристика сети получается более крутой. Показатель степени п большинства вентиляционных установок близок к 2 (квадратичный закон сопротивления). Можно принимать п = 2 при турбулентном движении, большом количестве местных сопротивлений и гидравлически шероховатых стенках трубопроводов и л<2 при турбулентном движении, местных сопротивлениях, вызываемых раздроблением потока (решетки, фильтры) и гидравлически гладких стенках трубопроводов. При ламинарном движении потока л=1. [c.71]

В практических условиях, по крайней мере при больших числах Рейнольдса, трубы не могут рассматриваться как гидравлически гладкие. Шероховатость стенок труб приводит к тому, что сопротивление получается более высоким, чем это следует из формул, выведенных в предыдущем параграфе для гладких труб. В связи с этим понятно, что законы течения в шероховатых трубах имеют большое практическое значение и поэтому уже давно служили предметом многочисленных исследований. Однако попытки систематического исследования наталкивались на одну принципиальную трудность, связанную с большим многообразием геометрических форм шероховатости и, следовательно, с чрезвычайно большим числом параметров, определяющих шероховатость. В самом деле, пусть мы имеем стенку с совершенно одинаковыми элементами, образующими шероховатость очевидно, что сопротивление, оказываемое такой стенкой движению жидкости, зависит не только от формы и высоты элементов шероховатости, но также от плотности распределения шероховатостей, т. е. от числа элементов шероховатости, приходящихся на единицу площади, и, кроме того, от группировки этих элементов на поверхности. Вследствие этих обстоятельств потребовалось довольно значительное время, прежде чем удалось вывести ясные и простые законы течения в шероховатых трубах. Обзор многочисленных старых измерений дал Л. Хопф [ ]. Он установил, что все ранее выведенные законы сопротивления в шероховатых трубах и каналах могут быть разбиты на два типа. В законах первого типа сопротивление в точности пропорционально квадрату скорости, следовательно, коэффициент сопротивления Я не зависит от числа Рейнольдса. Такой тип закона сопротивления получается для сравнительно грубой и очень частой шероховатости, наблюдающейся, например, у цемента, необработанного железа, а также в искусственных условиях— при наклейке на стенки крупных зерен песка. В этом случае шероховатость стенки может быть охарактеризована посредством одного-единственного параметра, так называемой относительной шероховатости к/В, где к есть высота элементов шероховатости, а 7 — радиус трубы с круглым поперечным сечением или гидравлический радиус некруглого сечения. Из соображений о подобии можно заключить, что при такой шероховатости коэффициент сопротивления X зависит только от относительной шероховатости. Эту зависимость можно определить экспериментально, если одну и ту же шерохова- [c.554]

Гидравлические затворы должны иметь внутри гладкую поверхность, без выступов и шероховатостей, чтобы не происходило налипания на ней осадков и закупоривания сечений затвора. Чугунные водяные затворы изготовляются с покрытыми битумом наружной и внутренними поверхностями или эмалированной внутренней поверхностью. [c.250]

Однако современные исследования показывают, что и в открытых руслах режим движения жидкости может быть различным (учитывая к тому же, что под жидкостью следует понимать не только воду), а граничные поверхности русла в одних случаях следует рассматривать как гидравлически гладкие , а в других — гидравлически шероховатые . При движении жидкости в открытых руслах имеется также и переходная область сопротивлений. [c.185]

В зависимости от соотношения сил инерции и тяжести (гравитационных сил) состояние потока может быть различным — спокойным (до-критическим), критическим и бурным (сверхкритическим) (см. 49). Исследования показывают, что и в открытых руслах режим движения жидкости может быть как турбулентным, так и ламинарным (учитывая к тому же, что под жидкостью следует понимать не только воду), а граничные поверхности русла как и в напорных трубах в одних случаях могут быть гидравлическими гладкими , в других — <(.гидравлически шероховатыми . [c.177]

Этим критерием можно воспользоваться и для пограничного слоя на шероховатой пластине. Однако практически удобнее выразить допустимую высоту выступа неровности поверхности Б виде отношения (А//)доп. Для этого можно воспользоваться номограммой (рис. 9.6), из которой видно, что для любого заданного Re = UqIIv допустимая высота выступа определяется той кривой //А, которая сходит с кривой гидравлически гладкого режима при этом числе Рейнольдса. Можно убедиться, что различным числам Рейнольдса приближенно соответствуют следующие значения [c.373]

В условиях промежуточной шероховатости коэффициент трения зависит от Ulв/v, Я, кг/в. Установить вид этой зависимости не удалось. Поэтому при расчетах пограничного слоя поверхность рассматривают как гидравлически гладкую или с развитой шероховатостью в зависимости от того, в каком из этих двух случаев получается более высокое значение коэффициента трения. На рнс. 10-8 пунктирными линиями показаны значения ( l9/v)s, при которых величины коэффипиента трения на гидравлически гладкой поверхности [уравнение (10-31)] такие же, как и на поверхности с развитой шероховатостью [уравнение (10-34)]. Если действительное значе-290 [c.290]

На величину коэффициенга А, при турбулентном потоке может оказывать влияние характер (шероховатость) поверхности стенок трубопровода. Это обусловлено тем, что с увеличением значения Re толщина ламинарного пограничного слоя уменьшается, в результате чего при известных значениях Re выступы шероховатости трубы оголятся и она перестанет быть гидравлически гладкой. Ввиду этого для более точных расчетов значение коэффициента Я, для турбулентного потока следует принимать с учетом относительной шероховатости е стенок труб, где k — абсолютная шероховатость d — внутренний диаметр трубы (фиг. 1). [c.15]

Значение б достигает всего нескольких долей миллиметра., У гидравлически гладких стенок по мере увеличения числа Рейнольдса все тоньше становится ламинарный слой и в большей мера проявляется их шероховатость. Выступы, которые раньше полностью располагались в ламинарном слое, начинают выступать в турбулентную зону. Следовательно, одна и та же стенка в зависимости от числа Рейнольдса Ке может быть в одном случае гидравлически гладкой, в другом — шероховатой. Одни и те жа размеры шероховатости оказывают большее влияние на характер течения жидкости в потоках малых поперечных размеров, чем в потоках с большими сечениями. Поэтому для характерг1стакк влияния шероховатости на гидравлическое сопротивление в гидравлике введено понятие относительная шероховатость Обратную величину с1/Кэ называют относительной гладкостьяз поверхности. Таким образом, коэффициент гидравлического трения X для турбулентного режима в общем случае является функцией числа Рейнольдса и относительной гладкости поверхности к = / (Яе,, ШКэ). [c.37]

Вследствие различной структуры формул для определения коэффициента Со шкала оценки шероховатости одной и той же поверхности давалась разная (см. 48). Согласно исследованиям, граничные поверхности в открытых руслах в одних случаях являются гидравлически гладкими- , в других — <кгидравлически шероховатыми . Поэтому в каналах как с гладкими, так и с шероховатыми граничными поверхностями зависимости Я. = f(Re) или Со=/](Ке) с изменением числа Рейнольдса или точнее с изменением режима движения жидкости будут различными. [c.182]

Исследования А. П. Зегжда показали, что в открытых руслах по-добно трубам круглого сечения гидравлические сопротивления при движении жидкости также имеют переходную область, заключенную между прямыми 2 и 4 (см. рис. Х.5), когда гидравлически гладкие граничные поверхности русел становятся по мере увеличения числа Рейнольдса гидравлически шероховатыми. Следовательно, если средняя высота выступов незначительно превышает толщину ламинарной пленки, то это не вызывает интенсивной турбулентности, наблюдаемой при шероховатых поверхностях. В этом случае п заключено в пределах от 1,75 до 2, а х==п—р—2= =0 и поэтому o=f R ,elR). [c.183]

Однако в реальных конструкциях на течение в боковых полостях влияет также шероховагость стенок. Поэтому в общем случае целесообразно использовать в качестве связи между напряжением трения и средней скоростью в потоке зависимости работы [2], справедливые, в отличие от других формул, как при гидравлически гладких, так и при шероховатых стенках, а также в переходной области. Эти зависимости хорошо согласуются с многочисленными экспериментальными исследованиями каналов и труб с естественной шероховатостью и переходят в крайних случаях при гидравлически гладких поверхностях в известные формулы Блазиуса. Общую для шероховатых и гладких стенок формулу Альтшуля для коэффициента сопротивления трения жидкости можно представить [c.19]

Кроме того, с увеличением параметра з/Л теплообмен уменьшается незначительно (см. рис. 15.5), а сопротивление уменьшается в несколько раз. Следовательно, для увеличения теплообмена при минимальном возрастании сопротивления целесообразно выполнять шероховатость с /г = Лщт и большими значениями з//г, естественно не превышающими значение з/Л = 12. При решении задачи о тепловой защите поверхности желательно обеспечить условия, при которых тепловой поток от горячей среды в поверхность уменьшается. С этой целью целесообразно сделать поверхность гидравлически гладкой, т. е. такой, неровности которой не приводят к увеличению теплообмена. Допустимая высота шероховатости которая не вызывает увеличение теплообмена, определится из условия Ке р = tг/I p/vI п = ЮО, где VIJп определяется по температуре газа во впадине. [c.378]

Значения Я, в функции числа Re для стальных труб при d/Д = onst представлены на рис. 23 [5]. Нижняя огибающая линия определяет значения Я для гидравлически и технически гладких труб, не имеющих выступов шероховатости (внутренняя поверхность волнистая) обычно это цельнотянутые латунные, свинцовые, стеклянные или пластиковые трубы. [c.86]

Рабочие участки выполнялись из нержавеющих труб внутренним диаметром 33 и 20 мм с естественной и искусственной шероховатостью. В последнем случае на внутренней поверхности труб нарезалась треугольная резьба с шагом, равным высоте профиля. В районе отборов статического давления и в сечениях у-просвечи-вания поверхность оставлялась гладкой на длине 0.5d. Эквивалентная шероховатость определялась гидравлической тарировкой на однофазных средах в диапазоне чисел Re=3-lO -f-2.5-10 . Опыты на различных участках проводились индивидуально. [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...