Турбулентное течение в шероховатых трубах
Исследование течения жидкости в шероховатых трубах практически полностью основываются на экспериментальных исследованиях. На их результатах основаны зависимости и расчётные формулы, применяющиеся для определения потерь энергии в подобных условиях. Основная формула для определения потерь напора – формула Дарси. Отличие заключается только в коэффициенте потерь на трение. В отличие от турбулентных потоков в гладких трубах, где коэффициент на трение полностью определяется числом Рейнольдса Re, для потоков в трубах имеющих шероховатые внутренние поверхности
зависит ещё и от размеров этой шероховатости. Установлено, что решающее значение имеет не абсолютная высота неровностей (
абсолютная шероховатость)
k, а отношение высоты этих неровностей к радиусу трубы
r0. Эта величина обозначается
и называется
относительной шероховатостью. Одна и та же абсолютная шероховатость может практически не влиять на коэффициент трения в трубах большого диаметра, и существенно увеличивать сопротивление в трубах малого диаметра. Кроме того,
на сопротивление потоку жидкости влияет характер шероховатости. По характеру шероховатость разделяют на
естественную, при которой величина неровностей
k по длине трубы различна, и
регулярную, при которой размеры неровностей по всей трубе одинаковы. Регулярная шероховатость создаётся
искусственно и характеризуется тем, что имеет одинаковую высоту и форму неровностей по всей длине трубы. Шероховатость такого вида называют равномерно распределённой зернистой шероховатостью. Коэффициент потерь на трение в этом случае описывается функцией
.
Экспериментальным изучением влияния числа Рейнольдса и относительной шероховатости занимался Никурадзе И. И., который проводил опыты для диапазонов
и
.
Результаты этих исследований сведены к графику в логарифмических координатах.
На графике цифрами обозначены:
1 – зона ламинарного течения, коэффициент
вычисляется по формуле
;
2 – зона турбулентного гладко стенного течения, коэффициент
вычисляется по формуле
Содержание раздела
