Физическая природа гидравлических сопротивлений
Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли
Режимы движения
Число Рейнольдса Re
Критическое число Рейнольдса Reкр
Гидравлический диаметр
Потери по длине. Формула Дарси-Вейсбаха
Местные потери. Формула Вейсбаха
Коэффициенты местных потерь
Коэффициент трения
Гидравлически гладкие трубы
Гидравлически шероховатые трубы
Ламинарный режим
Рекомендации для расчетов
Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим)
Зависимость потерь по длине от расхода (турбулентный режим)
711.00K
Категория: ФизикаФизика

Физическая природа гидравлических сопротивлений

1. Физическая природа гидравлических сопротивлений

Сопротивления по длине, обусловленные силами трения и
обтеканием граничных поверхностей
Сила трения
Эпюра
скоростей
Энергия тратится на работу по
преодолению силы трения и на
вихреобразование при
обтекании микронеровностей
стенки турбулентным потоком
Местные сопротивления, обусловленные деформацией
потока, в связи с препятствиями на его пути
кран
вихри
поворот
Энергия тратится на работу по
преодолению силы инерции
при деформации потока и на
вихреобразование

2. Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли

z1+ p1/rg+a1v12/2g= z2+ p2/rg+a2v22/2g+ h1-2
2
2
1
0
0
Потери удельной
энергии (напора) при
движении жидкости
от сеч. 1-1 к сеч. 2-2:
h1-2 = hдл +
hкр+ hпов+ hвых
1
местные потери
hдл- cопротивления по длине,
hм - местные сопротивления

3. Режимы движения

Струйка краски параллельна
оси трубы. Слои жидкости не
перемешиваются. Ламинарное
движение (от латинского lamina
– слой)
Струйка краски распалась на
отдельные вихри. Слои
жидкости перемешиваются в
поперечном направлении.
Турбулентное движение (от
латинского turbulentus –
хаотический, беспорядочный)

4. Число Рейнольдса Re

v d r v d
Re
динамический
-коэффициент
вязкости
Число (критерий) Рейнольдса).
Re-мера отношения силы
инерции к силе трения
r
- кинематический
коэффициент
вязкости
При увеличении скорости растут
силы инерции. Силы трения при этом
больше сил инерции и до некоторых
пор выпрямляют траектории струек
При некоторой скорости vкр:
Сила инерции Fи > силы трения Fтр, поток становится турбулентным

5. Критическое число Рейнольдса Reкр

Reкр
Число Рейнольдса, при котором ламинарный
режим сменяется турбулентным
Reкр зависит от формы сечения канала
- в таком канале больше
поверхность контакта
между жидкостью и
стенкой и больше
локальных
возмущающих факторов
Reкр =2300
Reкр =1600

6. Гидравлический диаметр

Характерный линейный размер сечения.
4s

S - площадь сечения; П - смоченный периметр
- по этой формуле определяется
v dг r v dг
Re
число Рейнольдса в канале любой
геометрии
4s 4 d 2

d
4 d
4s 4 d 2 2

d
8 d
4s 4 (D 2 d 2 )

D d
4 (D + d )

7. Потери по длине. Формула Дарси-Вейсбаха

2
l v
hдл
d 2g
Формула Дарси-Вейсбаха
- коэффициент гидравлического трения,
зависит от режима движения и состояния
поверхности трубопровода
l, d – длина и диаметр трубопровода
v – средняя скорость движения

8. Местные потери. Формула Вейсбаха

2
v

2g
Формула Вейсбаха
- коэффициент местного сопротивления,
зависит от его вида и конструктивного
выполнения
– приводится в справочной литературе
v – средняя скорость движения

9. Коэффициенты местных потерь

Вид местного сопротивления
Коэфф.
Вход в трубу без закругления входных
кромок
0,5
То же, но при хорошо закругленных
кромках
0,1
Выход из трубы в сосуд больших
размеров
1
Резкий поворот без закругления при угле
поворота 900
1,32
Колено (плавное загругление) при
радиусе закругления (2-7)d (d - диаметр
трубы)
0,5 – 0,3
Кран
5-10
Вход во всасывающую коробку насоса с
обратным клапаном
5-10

10. Коэффициент трения

Опыты И. И. Никурадзе (1933) и Г. А. Мурина
Lg100
2 ,4 0
2 ,2 0
Lg (100Kо пы т)
2 ,0 0
диам /ш ер о х=100
ламинарный
режим
1 ,8 0
диам /ш ер о х=1000
ламинарный
1 ,6 0
диам /ш ер о х=5000
1 ,4 0
1 ,2 0
1 ,0 0
турбулентный
0 ,8 0
0 ,6 0
0 ,4 0
0 ,2 0
Re=2300
0 ,0 0
1 ,0 E +0 1
1 ,0 E +0 2
1 ,0 E +0 3
1 ,0 E +0 4
1 ,0 E +0 5
1 ,0 E +0 6
1 ,0 E +0 7
1 ,0 E +0 8
Ч и с ло Р е й н о льдсRe
а
Число Рейнольдса
- турбулентный режим

11. Гидравлически гладкие трубы

- турбулентный
режим
При увеличении
скорости движения
толщина ламинарного
слоя уменьшается
Бугорки шероховатости
обтекаются ламинарным
потоком и не влияют на
сопротивление
Условие для определения
толщины ламинарного слоя

12. Гидравлически шероховатые трубы

При увеличении скорости толщина ламинарного слоя уменьшается
Бугорки шероховатости
выступают в турбулентное ядро,
с них срываются вихри. А это
дополнительное сопротивление
При дальнейшем увеличении скорости
Ламинарный слой очень тонкий. Все
бугорки шероховатости выступают в
турбулентное ядро и полностью
определяют сопротивление трубы.

13. Ламинарный режим

Ламинарный режим существует по всему сечению трубы
- при ламинарном
режиме
Бугорки шероховатости
покрыты ламинарной пленкой и
не оказывают влияния на
сопротивление трубы

14. Рекомендации для расчетов

- при ламинарном режиме
- при турбулентном
режиме
При проведении расчетов то слагаемое,
которое несущественно, дает незначительный
вклад в величину коэффициента трения

15. Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим)

2
l v
hдл
d 2g
Формула ДарсиВейсбаха
Формула
Пуазейля
l v 2 64 l v 2 64 l v 2 32 l v 128 l Q
hдл
2
d 2g Re d 2g v d d 2g
d g
d 4 g
hдл
При ламинарном режиме
потери по длине
пропорциональны
расходу в первой степени
Q

16. Зависимость потерь по длине от расхода (турбулентный режим)

l v2
hдл
d 2g
Формула ДарсиВейсбаха
68 э 0,2
0,11 (
+
)
v d d
lv
68 0,25 l v
hдл
0,11 (
)
v 1.75 Q1.75
d 2g
v d
d 2g
2
2
э 0,25 l v 2
l v2
hдл
0,11 ( )
v 2 Q2
d 2g
d
d 2g
Гидравлически
гладкие трубы
Абсолютно
шероховатые
трубы
hдл
При турбулентном режиме
потери по длине
пропорциональны Q 1.75-2
Q0
Q
English     Русский Правила