Коэффициент гидравлического сопротивления нефтепровода

 

Коэффициент гидравлического сопротивления λ является функцией числа Рейнольдса Re = wD/ν и относительной шероховатости k/D (k – эквивалентная абсолютная шероховатость, характеризует влия­ние состояния внутренней поверхности трубопровода на гидравли­ческое сопротивление).

При ламинарном и турбулентном течениях в зоне сравнительно небольших Re выступы шероховатости плавно обтекаются потоком жидкости, шероховатость не влияет на потерю напора и коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от числа Рейнольдса. С увеличением Re коэффициент λ уменьшается. Область, в которой λ = λ (Re), называется областью гладкого трения. Увеличение числа Рейнольдса приводит к тому, что от бугорков шероховатости начи­нают отрываться вихри. Это явление наступает тем раньше, чем больше шероховатость. Теперь сопротивление течению жидкости за­висит не только от числа Рейнольдса, но и от шероховатости.

Область, в которой λ = λ (Re, k/D), называется областью смешан­ного трения. Здесь с увеличением Re его влияние на λ постепенно уменьшается, а влияние k/D возрастает (увеличивается интенсив­ность вихреобразования у выступов шероховатости).

При большом числе Рейнольдса коэффициент λ перестаёт зависеть от него.

Область, в которой λ = λ (k/D), называется областью совершенно шероховатого трения или областью квадратичного режима движения, так как здесь λ – постоянная величина и потеря напора прямо про­порциональна квадрату скорости.

При ламинарном течении (Re <2000) коэффициент гидравличе­ского сопротивления находят по формуле Стокса: λ = 64/Re. Лами­нарный режим бывает при перекачке вязкой нефти. Для вычисления λ при турбулентном режиме (Re >3000) в зоне гладкого трения служит

эмпирическая формула Блазиуса: λ = 0,3164/Re^0,25. Обычно этой формулой пользуются при расчёте нефтепроводов для нефти средней вязкости.

При расчёте трубопроводов для перекачки светлых нефтепродук­тов в ряде случаев приближённо можно считать, что режим течения квадратичный. При квадратичном законе трения А. Д. Альтшуль ре­комендует пользоваться формулой Шифринсона: λ = 0,11 (k/D)^0,25.

Для определения коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения применяют «универсальную» формулу Альтшуля:

 

 

 

При значениях Re<2320 наблюдается ламинарный режим течения жидкости. Область турбулентного течения подразделяется на три зоны:

§ Гидравлически гладкие трубы 2320<Re<Re₁;

§ Зона смешанного трения Re₁<Re<Re₂;

§ Квадратичное (шероховатое) трение Re> Re₂.

Значения переходных чисел Рейнольдса Re₁ и Re₂ определяют по формулам

 

где k – эквивалентная (абсолютная) шероховатость стенки трубы, зависящая от материала и способа изготовления трубы, а также от её состояния. Для нефтепроводов после нескольких лет эксплуатации можно принять k = 0,2 мм