Виды потерь энергии и их определение

1. h_l - потери на трение по длине - пропорциональны длине потока; h_l = K_l × vⁿ, n=1 для ламинарного и n=2 для турбулентного движения. Если - скоростной напор, то h_l = z_l × v²/2g, где z_l = ll/d, l - коэффициент сопротивления трубы. - первая водопроводная формула; так как v = Q/w, и если 8l/p²g = K, то - вторая водопроводная формула; пусть K/d⁵ = S, тогда - третья водопроводная формула.

2. hм - местные сопротивления - потери возникают в результате изменения скорости потока на местном участке пути, в результате изменения формы и размеров поперечного сечения или направления продольной оси трубопровода; h_м = z_м × v²/2g, где - скорость после местного сопротивления и z_м - коэффициент местного сопротивления. Для внезапного расширения: z_м = ((D/d)² - 1)², для внезапного сужения: z_м = (1 - (d/D)²) / 2

В общем случае: h_w = h_l + h_м;

Опыты Рейнольдса для двух режимов жидкости

Ламинарный режим движения жидкости - слоистое движение без пульсации скорости и без перемешивания частиц.

Турбулентный режим движения жидкости - пульсация скорости.

Критические скорости и числа Рейнольдса

Верхняя критическая скорость - скорость при которой движение становится турбулентным. v_вк = Re_вк × d/n, где Re_вк = 4000..20000 - верхнее критическое число Рейнольдса.

Нижняя критическая скорость - скорость при которой движение становится ламинарным. v_нк = Re_нк × d/n, где Re_нк = 2320 - нижнее критическое число Рейнольдса.

Действительное число Рейнольдса: Re = vd/n, где n - кинематическая вязкость, зависящая от рода жидкости и ее температуры. При сравнении полученного Re с Re_нк определяем режим движение жидкости.

Зависимость потерь напора от режимов движения жидкости

При ламинарном режиме движения жидкости потери напора пропорциональны средней скорости потока: hw = k_л × v, k_л - коэффициент пропорциональности при ламинарном режиме.

При турбулентном режиме движения жидкости потери напора пропорциональны квадрату средней скорости потока: hw = k_т × v², k_т - коэффициент пропорциональности при турбулентном режиме.

Гидравлически гладкие, переходные и шероховатые поверхности

Для турбулентного потока:

1. область гидравлически гладких труб - толщина вязкого подслоя d значительно меньше абсолютной шероховатости стенок D - l = 0.3164 / Re^0.25; причем 3000<Re<20d/D;

2. переходная область - толщина вязкого подслоя d приблизительно равна абсолютной шероховатости стенок D - l = 0.11(D/d + 68/Re)^0.25; где 20d/D<Re<500d/D;

3. область гидравлически шероховатых труб - квадратичная область - толщина вязкого подслоя d значительно больше абсолютной шероховатости стенок D - l = 0.11(D/d)^0.25; причем Re>500d/D;