Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по гидравлике. Бабкин В.Ф., Журавлева И.В

где k - безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый критическим числом Рейнольдса, которое показывает во сколько раз силы инерции потока больше сил вязкого трения , и обозначается

Значение Reкр зависит от условий входа в трубу, шероховатости её стенок, отсутствия или наличия первоначальных возмущений в жидкости, конвекционных токов и др. При практических расчетах для круглых труб постоянного диаметра принимается Reкр=2320.

Ламинарное течение устойчиво и практически наблюдается при значениях числа Рейнольдса:

Re < Reкр ,

здесь υ - средняя скорость движения жидкости по сечению в трубе, м/с; υ = Q/S (Q - объемный расход в м3/с, S - площадь сечения трубы.

Для трубы круглого сечения S=πd2/4).

d - диаметр трубопровода, м; ν - кинематическая вязкость, м2/с, кинематическая вязкость воды определяется по эмпирической формуле ν=f(T°C):

При Re>Reкр ламинарное течение теряет, а турбулентное течение приобретает устойчивость и, наконец, при числах Рейнольдса, больших некоторого значения Re'кр, наблюдается вполне развитая турбулентность. Интервал Reкр<Re<Re'кр соответствует переходному режиму, при котором турбулентность перемежается с ламинарным режимом. Численное значение Re'кр зависит от рода жидкости и условий течения и изменяется в широких пределах (4000 для минеральных масел, 12000 для воды).

Ламинарное течение практически наблюдается в тонких (капиллярных) трубках, в слое смазки в подшипниках, в зазорах между поршнем и цилиндром, в пограничном слое лопаток насосов и т.д.

Течения в реальных трубопроводах наиболее распространенных маловязких жидкостей (вода, бензин, масло, кислоты и пр.) являются, как правило, турбулентными.

20

Таблица 5

Форма записи результатов измерений

Контрольные вопросы

1.В каких случаях в природе и технике встречается ламинарное течение?

2.Вычертить эпюру скоростей движения жидкости в круглой трубе при ламинарном течении.

3.По каким параметрам изменяются со временем местные скорости в любой точке потока при турбулентном режиме движения жидкости?

4.Вычертить эпюру распределения скоростей в турбулентном потоке по сечению круглой трубы.

5.Каков физический смысл числа Рейнольдса?

6.Как изменится значение числа Рейнольдса с изменением площади поперечного сечения круглой трубы (при неизменных температуре и расходе жидкости)?

7.Какова зависимость между диаметром живого сечения трубы и скоростью движения жидкости в ней (при неизменном расходе и температуре)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАПОРНОМ ТРУБОПРОВОДЕ

Тема для изучения при подготовке к работе:

Потери напора по длине в различных режимах течения.

6.1.Цель работы

1.Определить коэффициенты гидравлического трения при течении воды в напорном трубопроводе в различных режимах.

2.Вычислить шероховатость внутренней поверхности стенки трубы.

22

6.2.Краткие теоретические сведения

Втехнических трубопроводах имеют место гидравлические сопротивления, которые приводят к потери напора. Как показывает опыт, во многих случаях потери напора примерно пропорциональны квадрату средней скорости движения жидкости, поэтому в гидравлике принято выражать потерянный напор пропорционально скоростному напору:

где ζ- безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом сопротивления.

Сопротивление при турбулентном режиме больше, чем при ламинарном вследствие перемешивания жидкости.

Потери напора потока вызываются сопротивлениями двух видов:

1)сопротивлениями по длине, обусловленными силами трения;

2)местными сопротивлениями, вызванными изменениями скорости потока по величине и направлению.

Потери напора по длине, или, как их еще называют, потери на трение

или путевые потери, затрачиваемые на преодоление сопротивления вязкого трения при течении жидкости в трубе, описываются уравнением (6.1), а коэффициент сопротивления ζтр удобно связывать с относительной длиной трубы L/d и коэффициентом гидравлического трения λ. В результате формула (6.1) приобретет вид формулы Дарси-Вейсбаха:

где L - длина трубы, λ - коэффициент гидравлического трения.

Коэффициент λ зависит от числа Re и относительной шероховатости ∆/d, здесь ∆ - абсолютная шероховатость, т.е. некоторая осредненная эквивалентная высота неровностей внутренней поверхности стенки трубы. Для новых стальных труб ∆=0,06 мм, для бывших в употреблении ∆=0,2-1 мм.

Существует несколько областей изменения числа Рейнольдса, в которых закон сопротивления λ=f(Re, ∆/d) имеет различный вид:

1. Область линейного сопротивления (ламинарный режим), для которой потери напора hтр пропорциональны первой степени скорости и не зависят от шероховатости труб:

23