ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Турбулентный режим движения жидкости в трубах из "Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем" При турбулентном движении, как отмечалось в 1.5.1, жидкость перемешивается, вследствие чего турбулентный поток является, по существу, неустановившимся. Однако, если в какой-либо точке усреднить скорость и другие параметры по времени, то осредненные величины при условии постоянства расхода будут постоянными для данного места потока. [c.55] Если сравнить профили скоростей при ламинарном и турбулентном движении в одном и том же трубопроводе, то можно обнаружить большую разницу между ними. На рис. 1.39 показаны профили скоростей в сечении ламинарного и турбулентного потока, причем скорость v отнесена к величине средней в сечении скорости Г(для турбулентного потока скорости осредненные). [c.55] Более равномерное распределение скоростей в сечении турбулентного потока обусловливает меньшее значение коэффициента кинетической энергии а. В случае турбулентного режима движения величина а изменяется незначительно от а = 1,13 при Re = ReKp до а = 1,025 при Re 3 106. Поэтому при выполнении практических расчетов величину а принимают равной единице, что обеспечивает достаточную точность полученных результатов, величину р также принимают 1. [c.56] Многочисленными опытами установлено, что турбулентный поток в трубопроводе состоит из двух частей прилегающего к стенке тонкого слоя, движение в котором имеет ламинарный характер (ламинарного подслоя), и самого турбулентного потока, где скорости почти не меняются (турбулентного ядра). [c.56] На рис. 1.40 показаны ламинарный подслой и турбулентное ядро потока в трубопроводе. [c.56] Поэтому целесообразно турбулентные режимы движения разделить на три области. [c.56] Первая область — область гидравлически гладких труб. Ей соответствуют числа Рейнолъдса в диапазоне 3-103 Re 105[162]. [c.56] Формулы (1.154) и (1.155) при сравнении с зависимостью (1.151) показывают, что коэффициент трения k при турбулентном режиме с изменением числа Re меняется значительно слабее, чем при ламинарном. Поэтому в практических расчетах, если диапазон изменения чисел Re небольшой, величину X определяют по среднему значению Re и считают постоянной в этом диапазоне Re. [c.56] На рис. 1.41 показаны кривые зависимости коэффициента трения от числа Re для ламинарного и турбулентного режимов движения в гладких трубах. [c.56] Как показывают опыты и результаты расчетов по формуле (1.156), шероховатость внутренней поверхности трубопроводов в ряде случаев может очень сильно влиять на величину коэффициента трения. [c.57] Более полные данные приведены в таблице 1.41 в разделе 1.7. [c.57] Поскольку коэффициент трения в области квадратичного сопротивления не зависит от числа Re, то режим движения в этом случае называют автомодельным по числу Рейнолъдса. [c.57] Выберем для определенности величину — = - = 60 и проследим за изменением коэффициента трения 1 при увеличении числа Re. [c.57] При малых числах Re, когда Re Re , шероховатость практически не изменяет величину X, которую можно находить и для шероховатых труб по формуле (1.151) для ламинарного режима движения. Это объясняется тем, что отрыва потока на бугорках шероховатости при малой скорости жидкости не происходит. Опыт показывает, что и на величину Re,p шероховатость влияния не оказывает. [c.57] Точка 1 на прямой А соответствует началу перехода, а участок кривой 1—2 характеризует всю область перехода от ламинарного к турбулентному движению. [c.57] При числах Re Re на участке 2—3 и правее имеет место турбулентное движение жидкости. Коэффициент трения на участке 2-3, который соответствует области гидравлически гладких труб, не зависит от шероховатости. Его можно определить по формуле (1.154) или (1.155). [c.57] На участке 3-4 величина коэффициента X возрастает, приближаясь с ростом числа Re к некоторому постоянному значению. Этому участку соответствует переходная область турбулентных режимов движения, где X = Х рассчитывается по формуле (1.156). [c.58] При числах Re, больших Re в точке 4, коэффициент трения, оставаясь постоянным, не зависит от числа Re. Однако величина X зависит при этом от относительной шероховатости. Названная область является областью квадратичного сопротивления, где А определяется по формуле (1.157). [c.58] В области 3 4 бугорки шероховатости начинают выступать из ламинарного подслоя. В этом случае они частично обтекаются основным турбулентным потоком (рис. 1.44). При этом обтекание носит срывной характер, в результате которого бугорки шероховатости будут иметь сопротивление и начнут влиять на величину коэффициента трения X. При увеличении числа Re в области 3-4 бугорки все больше и больше выступают из ламинарного подслоя, так как последний при этом становится тоньше. [c.58] Можно считать, что в точке 4 ламинарный подслой практически исчезает, а бугорки полностью обтекаются основным турбулентным потоком (рис. 1.45). Интенсивное вихре-образование за бугорками в этом случае и приводит к квадратичному закону сопротивления, т. е. к независимости К от числа Re. [c.58] Вернуться к основной статье