На потери напора по длине при турбулентном режиме может оказывать влияние шероховатость стенок. ее обозначают k (или Δ).
Абсолютной шероховатостью k называют среднюю высоту выступов шероховатости.
Опыты показали, что при одной и той же величине абсолютной шероховатости влияние ее на величину гидравлического сопротивления различно в зависимости от диаметра трубы. Поэтому вводится величина относительной шероховатости.
Относительной шероховатостью называется отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы, т.е. .
Под эквивалентной шероховатостью Эта шероховатость пред
ставляет собой выступы равномерно распределенной зернис
той абсолютной шероховатости такого размера, который дает
при подсчетах одинаковые с действительной шероховатостью
потери напора. Значения эквивалентной шероховатости опре
деляют на основании гидравлических испытаний трубопроводов
и пересчета их результатов по соответствующим формулам.
При практических расчетах значения эквивалентной шеро
ховатости принимают с учетом материала трубы и ее состояния, зависящего, в частности, от продолжительности и условий
эксплуатации
|
Трубы называют гидравлически гладкими, если шероховатость не влияет на их гидравлическое сопротивление. Для них используют эмпирические формулы:
формулу П.К.Конакова для диапазона изменения критерия Рейнольдса от критического до нескольких миллионов
формулу Блазиуса для 2300<Re<105
К гидравлически гладким трубам относят цельнотянутые трубы из цветных металлов, а также стальные высококачественные бесшовные трубы.
На сопротивление шероховатых труб оказывает влияние критерий Рейнольдса, относительная шероховатость и ее характер. Равномерно распределенная зернистая шероховатость имеет один и тот же размер и форму бугорков
при ламинарном течении шероховатость стенок канала на сопротивление влияния не оказывает;
критическое значение критерия Рейнольдса от шероховатости практически не зависит;
в области турбулентного течения при небольших значениях Re и малых D/d шероховатость на сопротивление не влияет. Однако с увеличениемRe это влияние начинает проявляться;
при большихD/d и высоких значениях критерия Рейнольдса коэффициент сопротивления перестает зависеть отRe и становится постоянным для данного значения D/d.
Для труб с реальной шероховатостью, в которых бугорки имеют различную высоту и, при увеличении значения критерия Рейнольдса, начинают выступать за пределы ламинарного подслоя не одновременно, переход от линии, соответствующей сопротивлению гладких труб, к прямым горизонтальным участкам происходит более плавно.
Для практических расчетов коэффициента сопротивления шероховатых труб используют формулу А.Д.Альтшуля
,
где Dэ - эквивалентная абсолютная шероховатость (реальная шероховатость, которая оказывает такое же воздействие, что и равномерная зернистая шероховатость в опытах И.И.Никурадзе).
Характерные значения Dэ для труб из различных материалов
Трубы из латуни, свинца, меди
| 0,000 ¸ 0,002
| Стальные высококачественные бесшовные трубы
| 0,06 ¸ 0,20
| Стальные трубы
| 0,1 ¸ 0,5
| Чугунные трубы
| 0,2 ¸ 1,0
| Для труб, отличающихся по форме от цилиндрических, вводят понятие гидравлического (эквивалентного) диаметра. Гидравлический диаметр - это диаметр круглой трубы, имеющей площадь поперечного сечения, равную площади трубы иной формы
,
где П - полный смоченный периметр трубы.
Гидравлический диаметр используют в формулах для расчета потерь давления в трубах, форма поперечного сечения которых отличается от круга.
|