Реферат: Лекции по гидравлике
минарной плёнки можно оценить исходя из эмпирического уравнения
Касательные напряжения в турбулентном потоке. В турбулентном потоке величина касательных напряжений должна быть больше, чем в ламинарном, т.к. к касательным напряжениям, определяемым при перемещении вязкой жидкости вдоль трубы следует добавить дополнительные касательные напряжения, вызываемые перемешиванием жидкости.
Рассмотрим этот процесс подробнее. В турбулентном потоке вместе с
перемещением частицы жидкости вдоль оси трубы со скоростью и эта же
частица жидкости одновременно переносятся в перпендикулярном направлении из
одного слоя жидкости в другой со скоростью равной скорости пульсации и . Выделим
элементарную площадку dS, расположенную параллельно оси трубы.
Через эту площадку из одного слоя в другой будет перемещаться жидкость со
скоростью пульсации при этом расход
жидкости составит:
Масса жидкости dMr, переместившаяся через площадку за время dt будет:
За счёт горизонтальной составляющей скорости пульсации и'х
эта масса получит в новом слое жидкости приращение количества движения dM,
Если
переток жидкости
осуществлялся в слой, двигающийся с большей скоростью, то, следовательно,
приращение количества движения будет соответствовать импульсу силы dT, направленной в сторону противоположную движению жидкости, т.е.
скорости и'х:
Тогда:
^
Для осреднённых значений скорости:
Следует отметить, что при перемещении частиц жидкости из одного слоя в другой они не мгновенно приобретают скорость нового слоя, а лишь через некоторое время; за это время частицы успеют углубиться в новый слой на некоторое расстояние /, называемое длиной пути перемешивания.
Теперь рассмотрим некоторую частицу жидкости находящуюся в точке А Пусть эта частица переместилась в соседний слой жидкости и углубилась в него на длину пути перемешивания, т.е. оказалась в точке В. Тогда расстояние между этими точками будет равно /. Если скорость жидкости в точке А будет равна и, тогда скорость в точке
В будет
равна.
Сделаем допущения, что пульсации скорости пропорциональны приращению скорости объёма жидкости. Тогда:
Полученная зависимость носит название формулы Прандтля и является законом в теории турбулентного трения так же как закон вязкостного трения для ламинарного движения жидкости. , Перепишем последнюю зависимость в форме:
Здесь коэффициент , называемый
коэффициентом турбулентного обмена
играет роль динамического коэффициента вязкости, что подчёркивает общность основ теории Ньютона и Прандтля. Теоретически полное касательное напряжение должно быть равно:
*
'
но первое слагаемое в правой части равенства мало по сравнению со вторым и его величиной можно пренебречь
Распределение скоростей по сечению турбулентного потока. Наблюдения за величинами осреднённых
скоростей в турбулентном потоке жидкости показали, что эпюра осреднённых
скоростей в турбулентном потоке в значительной степени сглажена и практически
скорости в разных точках живого сечения
равны средней скорости. Сопоставляя эпюры скоростей турбулентного потока (эпюра
1) и ламинарного потока позволяют сделать вывод о практически равномерном
распределении скоростей в живом сечении. Работами Прандтля было установлено,
что закон изменения касательных напряжений по сечению потока близок к
логарифмическому закону. При некоторых допущениях: течение вдоль бесконечной
плоскости и равенстве касательных напряжений во всех точках на поверхности
После интегрирования:
Последнее выражение преобразуется к следующему виду:
Развивая теорию Прандтля, Никурадзе и Рейхардт предложили
аналогичную зависимость для круглых труб.
Потери напора на трение в турбулентном потоке жидкости. При исследовании вопроса об определении коэффициента потерь напора на трение в гидравлически гладких трубах можно прийти к мнению, что этот коэффициент целиком зависит от числа Рей-нольдса. Известны эмпирические формулы для определения коэффициента трения, наиболее широкое распространение получила формула Блазиуса:
По данным многочисленных экспериментов формула Блазиуса
подтверждается в пределах значений числа Рейнольдса отдо 1-10 5. Другой
распространённой эмпирической формулой для определения коэффициента Дарси
является формула П.К. Конакова:
Формула П.К. Конакова имеет более широкий диапазон применения до значений числа Рейнольдса в несколько миллионов. Почти совпадающие значения по точности и области применения имеет формула Г.К. Филоненко:
Изучение движения жидкости по шероховатым трубам в области, где
потери напора определяются только шероховатостью стенок труб, и не зависят от скорости
движения жидкости, т.е. от числа Рейнольдса осуществлялось Прандтлем и Никурадзе. В результате их экспериментов на моделях с искусственной шероховатостью была установлена зависимость для коэффициента Дарси для этой так называемой квадратичной области течения жидкости:
Для труб с естественной шероховатостью справедлива формула Шифринсона
где: - эквивалентная
величина выступов шероховатости. Ещё более сложная обстановка связана с
изучением движения жидкости в переходной области течения, когда величина
потерь напора зависит от обоих факторов,
Наиболее приемлемых результатов добились Кёллебрук - Уайт:
Несколько отличная формула получена Н.З. Френкелем:
Формула Френкеля хорошо согласуется с результатами экспериментов других авторов с отклонением (в пределах 2 - 3%). Позднее А.Д. Альтшуль получил простую и удобную для расчётов формулу:
Обобщающие работы, направленные на унификацию результатов экспериментов, проведенных разными авторами, ставили перед собой цель связать воедино исследования потоков жидкости в самых разнообразных условиях. Результаты представлялись в графи-
ческой форме (широко известны графики Никурадзе, Зегжда, Мурина, опубликованные в специальной литературе и учебных пособиях). Графики Никурадзе построены для труб с искусственной шероховатостью, графики Зегжда для прямоугольных лотков с искусственно приданной равномерной шероховатостью. Наиболее часто употребляемыми являются графики построенные Никурадзе.
На графике зависимости легко различимы все четыре области течения жидкости.
I ламинарное
течение жидкости (прямая А),
II турбулентное течение жидкости в гидравлически гладких трубах (прямая В),
III переходная
область течения жидкости,
IV квадратичная
область течения жидкости,
6.4. Кавитационные режимы движения жидкости
В жидкости при любом давлении и температуре всегда растворено
какое-либо количество газов. Уменьшение давления в жидкости ниже давления
насыщения жидкости газом сопровождается выделением рас творённых газов в
свободное состояние, и, ГпасЬики Г.А. Муоина наоборот, при повышении давления, выде-
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26