ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ГІДРАВЛІЧНОГО ТЕРТЯ ПРИ РУСІ РІДИНИ В НАПІРНІЙ ТРУБІ
Загальні відомості
Втрати напору по довжині під час руху в'язкої рідини в напірному трубопроводі визначаються за формулою Вейсбаха-Дарсі
,
(5.1)
де - коефіцієнт гідравлічного тертя; - довжина трубопроводу;
- діаметр трубопроводу; - середня швидкість.
Формула Вейсбаха-Дарсі дійсна як для ламінарного, так і для турбулентного режиму руху. Різними в цих випадках будуть розрахункові залежності для коефіцієнта , від правильного вибору величини якого залежить точність гідравлічних розрахунків.
Сучасні розрахункові формули для визначення коефіцієнта передбачають залежність цього коефіцієнта в загальному випадку від розмірів поперечного перерізу труб, шорсткості стінок і числа Рейнольдса.
При вивченні факторів, які впливають на значення коефіцієнта і теоретичної розробки проблеми руху рідини в трубопроводах, істотне значення мали роботи Прандля, Кармана, Нікурадзе і ін.
Узагальнені результати експериментальних досліджень у вигляді графіків (графіки Нікурадзе, Муріна) приведені в літературі. Ці графіки дозволили в зручній формі узагальнити питання про втрати напору і наочно показати таке:
1) коефіцієнт у самому загальному випадку залежить тільки від відносної шорсткості і числа Рейнольдса;
2) мають місце окремі випадки руху рідини, коли залежить або тільки від числа Рейнольдса, або тільки від відносної шорсткості
3) мають місце цілком визначені зони сполучення і , для яких у формулах, які виражають залежність втрат напору по довжині від середньої швидкості ( ), показник ступені набуває цілком визначену величину ( ; і т.п.).
Розглядаючи графік Нікурадзе, можна зробити наступні висновки. Все поле графіка розбивається на три зони (І, II, ІII); в межах кожної із цих зон залежність коефіцієнта від числа Рейнольдса має свій особливий характер.
Зона І - зона ламінарного режиму. В цій зоні коефіцієнт не залежить від шорсткості, а залежить від числа Рейнольдса і визначається за формулою Пуазейля:
.
(5.2)
Втрати напору з цій зоні пропорційні середній швидкості в першій степені, тобто
.
(5.3)
Верхньою границею цієї зони є .
Зона II - перехідна зона. В цій зоні відбувається перехід від ламінарного режиму до турбулентного і коефіцієнт не залежить від шорсткості, а залежить тільки від числа Рейнольдса і визначається за формулою Н.З. Френзеля:
.
(5.4)
Втрати напору в цій зоні пропорціональні середній швидкості в степені , тобто
.
(5.5)
Границями цієї зони є число Рейнольдса в проміжку .
Ця зона не має практичного значення.
Зона III - зона турбулентного режиму, яка в свою чергу поділяється на три області (1,2,3).