Учебное пособие: Гидромеханические процессы

б) При движении потока по трубопроводу он проходит участки, в которых меняется форма русла или его скорость: вентили, краны, повороты, отводы и др. В этих участках также возникают касательные напряжения. Потери энергии на преодоление этих напряжений называются местными.

Таким образом, энергия движения жидкостей по трубопроводам теряется на преодоление потери напора, который складывается из двух составляющих.

(1.2)

где: - напор, теряемый на преодоление сил трения, м;

- напор, теряемый в местных сопротивлениях, м.

Расчет потерь напора является одним из основных вопросов прикладной гидродинамики. Зная величину потерянного напора, определяют затраты энергии, необходимой для компенсации этих потерь и затем определяют вид насоса, компрессора или вентилятора для перекачивания потока жидкости или газа.

Для определения потерянного напора пользуются формулой Вейсбаха:

(1.3)

где: j - коэффициент сопротивления;

w - средняя скорость потока, м/с.

При расчете потерь энергии на трение в качестве коэффициента сопротивления в формулу (1.3) подставляют коэффициент сопротивления на трение по длине j _l , а при расчете местных потерь энергии принимают коэффициент местного сопротивления j_{м. с .}

Определение потери напора на трение.

Коэффициент сопротивления на трение определяют по формуле:

(1.4)

где: l - коэффициент трения (коэффициент Дарси);

l - длина трубопровода, м;

d - диаметр трубопровода, м.

С учетом выражения (1.4) уравнение (1.3) преобразуется в уравнение Дарси-Вейсбаха:

(1.5)

Величина коэффициента трения зависит от многих факторов: режима движения потока, его физических свойств, формы и величины живого сечения трубы, шероховатости внутренней стенки трубы. Зависимость (1.5) в логарифмических координатах:

(A)

где: - средняя высота выступов шероховатости, числовые значения которых приводятся ниже, мм.

Трубы из латуни, свинца, меди: - 0,002

Стальные бесшовные трубы - 0,006-0,2

Стальные трубы - 0,1…, 0,5

Чугунные трубы - 0,2…,1,0

В функциональной зависимости (А) существуют четыре характерные области. Первая область соответствует ламинарному режиму движения (Re<2300). В этом режиме внутренние слои движутся параллельно друг другу, а количество элементарных струек, копирующих рельеф выступов шероховатости и имеющих повышенные потери энергии, невелико, поэтому коэффициент трения в этом режиме не зависит от шероховатости трубы. На основе теоретического анализа закономерностей ламинарного режима движения потока Пуазейль получил зависимость для определения потерь напора на трение:

(1.6)

где: m - динамический коэффициент вязкости, Па^. с;