1. Гидравлические сопротивления. Режимы движения жидкости

При движении реальных жидкостей в различных гидросистемах требуется точная оценка потерь напора на преодоление гидрав­ли­ческих сопротивлений. Точный учёт этих потерь во многом оп­ре­деляет надёжность технических расчётов. Кроме того, это позволяет найти экономически целесообразное инженерное решение, об­ладаю­щее достаточной степенью совершенства. Для этого необхо­ди­мо иметь ясное представление о механизме движения жидкости.

В процессе исследований известный физик Рейнольдс в 1883 го­ду подтвердил теорию о существовании двух режимов движения жид­кости. Это прежде всего ламинарный режим движения жид­кости, соответствующий малым скоростям. Ламинарное движение можно рассматривать как движение отдельных слоёв жидкости, происходящее без перемешивания частиц.

При более высоких скоростях движения жидкости наблюдается турбулентный режим («турбулентус» по-латыни – вихревой). Та­кое движение называют беспорядочным-перемешивание жидкости в потоке на больших скоростях.

Для оценки режима движения жидкости Рейнольдс ввёл без­размерный критерий Re, который учитывает влияние скорости v, диаметра (характерного размера) , плотности , а также ди­на­ми­ческой вязкости :

или , (1.1)

где  = –

кинематическая вязкость.

Граница существования того или иного режима движения жид­кости определяется двумя критическими значениями числа (Рейнольдса) Re: ниж­ним и верхним .

Так, при > Re возможен только ламинарный режим, а при < Re – только турбулентный режим, при < Re < на­блюдается неустойчивое состояние потока.

При расчётах принято исходить из одного критического зна­че­ния числа Re = 2320, что приводит к большей надёжности в гидрав­ли­ческих расчётах.

2. Способы определения потерь напора при равномерном движении жидкости

Основной формулой при расчёте напорных трубопроводов явля­е­т­ся формула Дарси-Вейсбаха:

,- потеря напора на трение (2.1)

На графике (рис.1) показана зависимость потерь на трение в зависимости от скорости движения жидкости .

При ламинарном движении жидкости коэффициент  для труб определяется по формуле

(2.2)

Впервые наиболее исчерпывающие данные о значении  были получены Никурадзе. Результаты показаны на Рис 2.1

Р ис.2.1

В пределах прямой 1 коэффициент  зависит не от шерохо­ва­тости стенок трубы, а от числа Re (2.2)

Прямая 2 представляет зависимость для гидравлических гладких труб, у которых шероховатость меньше толщины ламинарного при­стенного слоя.

Коэффициент  для гидравлических гладких труб определяется по формуле Блазиуса (прямая 2):

(2.3)

Между линиями 2 и линией 3 слева располагается зона А, в ко­то­рой  зависит как от числа Рейнольдса, так и от шероховатости по­верхности стенок труб.

Для определения  в этой области может применяться формула А. Д. Альтшуля:

, (2.4)

где kэ –

эквивалентная равномерно зернистая шероховатость, опре­де­ляемая опытным путем.

В области В коэффициент  зависит только от шероховатости.

Для определения  в этой области рекомендуется формула Никурадзе

, (2.5)

где r –	радиус трубы;
 –	абсолютная шероховатость стенок трубы.