Тема 4. Потери напора при установившемся равномерном движении жидкости

Литература: [1],с. 112-120, 129-142, 146-149, 154-174, 178-195; 

Методические советы

Целью настоящей темы является установление взаимосвязей между потерями напора, средней скоростью, длиной участка потока, гидравличе­ским радиусом, относительной шероховатостью, числом Рейнольдса (ре­жимом движения), видом гидравлического сопротивления (по длине или местные) и т. д. Основной задачей темы является применение расчетных формул для определения потерь напора при выполнении практических

расчетов.

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений сла­гаются из:

а) потерь напора на преодоление сопротивлений по длине, пропорциональных длине участков потока и называемых потерями по длине h _дл;

 

б) местных потерь напора h _мест, вызываемых теми или иными местными сопротивлениями (задвижка, кран, поворот и т. п.

Общие потери напора приближенно рассматривают как простую сумму потерь напора, вызываемых каждым сопротивлением в отдельно­сти, т. е. принимают

h _тр = h _дл + h _мест                          (4.1)

Потери напора по длине определяются по формуле  Дарси - Вейсбаха

или для напорных потоков в цилиндрических круглых трубах

где   - коэффициент гидравлического трения по длине (коэффициент Дарси); l - длина рассматриваемого участка; R - гидравлический радиус; d - диаметр трубы.

Местные потери напора определяются по формуле

где  - коэффициент потерь данного местного сопротивления.

Формулу (4.2) можно после простых преобразований привести к ви­ду формул  Шези:

 

где С - коэффициент Шези; I = h _дл / l - гидравлический уклон; - пло­щадь живого сечения; V - средняя скорость; Q - расход.

Формулы (4.5) и (4.6) являются основными при расчете равномерно­го движения жидкости.

При изучении материала темы необходимо особое внимание сосре­доточить на режимах движения жидкости. Существуют два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме отсутствует пульсация скорости, приводящая к пере-
мешиванию частиц. При турбулентном режиме наблюдается пульсация скорости, приводящая к перемешиванию частиц потока. Необ­ходимо знать методику определения режима движения, используя крити­ческое значение числа Рейнольдса   Re _кр.

Экспериментальные исследования показывают, что потери напора (как по длине, так и местные) зависят от режима движения. При ламинарном движении жидкости потери напора по длине пропорциональны первой степени скорости, а при турбулентном режиме - пропор­циональны скорости в степени, изменяющейся от 1.75 до 2.0.

Рассматривая механизм турбулентного потока, необходимо ознако­миться с процессом перемешивания, турбулентным ядром течения и при­стенным ламинарным слоем (вязким подслоем). Необхо­димо выяснить, что называется «гидравлически гладкими», «гидравличе­ски шероховатыми» стенками и переходной областью сопротивления.

Определяя потери напора при турбулентном движении, особое вни­мание необходимо сосредоточить на коэффициенте Дарси λ. Следует знать основные формулы для коэффици­ента Дарси при турбулентном движении жидкости в гладких, шерохова­тых трубах и в переходной области сопротивления, а также границы при­менения этих формул.

Знать связь между коэффициентом Дарси λ и коэффициентом Шези С, а также основные формулы для определения коэффициента Шези С в квадратичной области сопротивления.

Ознакомиться по рекомендуемой литературе и гидравлическим спра­вочникам с основными видами местных сопротивлений.

Вопросы для самопроверки

1.Как взаимосвязаны потери напора по длине, скорость V, длина уча­стка потока l, гидравлический радиус R и коэффициент Дарси λ?

2.Чем отличается ламинарный режим от турбулентного? Как устано­вить вид режима движения жидкости?

З. От каких факторов зависит коэффициент Дарси λ при турбулент­ном режиме в переходной области сопротивления?

4.Как взаимосвязаны расход Q, площадь живого сечения ω, коэффи­циент Шези С, гидравлический радиус R и гидравлический уклон I при равномерном  движении жидкости?