Лекции по гидравлике (стр. 14 из 27)

направленные от внутренней стенки трубы к внешней стенке трубы. Коэффициент потерь

напора определяется по эмпирическим формулам или по

таблицам. При угле поворота русла на 90° и

:

При угле поворота русла а)100° :

i

при а = 90°

Здесь: R - радиус закругления трубы, г - радиус трубы.

Если

, то данные таблицы следует умножать на коэффициент:

Кроме приведённых зависимостей имеются и другие справочные сведения. Наличие обширного набора сведений по этим вопросам объясняется тем, что колена в закруглённом исполнении весьма широко применяются в строительстве трубопроводов и в различных гидравлических системах.

Задвижки. Задвижки часто используют как средство регулирования характеристик потока жидкости (расход, напор, скорость). При наличии задвижки в трубопроводе поток обтекает находящиеся в трубе плашки

задвижки, наличие которых ограничивает живое сечение потока, а также приводит к возникновению вихревых

потоков жидкости около плашек задвижки. Коэффициент потерь напора зависит от степени закрытия задвижки

Краны. Краны также могут использоваться в качестве средств регулирования параметров потока. В этих случаях коэффициент потерь напора зависит от степени закрытия крана (угла поворота).

Обратные клапаны и фильтры. Коэффициенты потерь напора определяются, как правило, экспериментально.

5.6. Потери напора по длине

При установившемся движении реальной жидкости основные параметры потока: величина средней скорости в живом сечении (v) и величина перепада давления

зависят от физических свойств, движущейся жидкости и от размеров пространства, в котором жидкость движется. В целом, физические свойства жидкости определяются через размерные величины, называемые физическими параметрами жидкости.

Можно установить взаимосвязь между всеми параметрами, от которых зависит движение жидкости. Условно эту зависимость можно записать как некоторую функцию в неявном виде.

где:

- линейные величины, характеризующие трёхмерное

пространство,

- линейная величина, характеризующая состояние стенок канала (шероховатость), величина выступов,

- средняя скорость движения жидкости в живом сечении потока,

- разность давления между начальным и конечном живыми сечениями потока (перепад давления),

- удельный вес жидкости,

- плотность жидкости,

- динамический коэффициент вязкости жидкости,

- поверхностное натяжение жидкости, К - модуль упругости жидкости.

Для установления зависимости воспользуемся выводами так называемой

-теоремы. Суть её заключается в том, что написанную выше зависимость, выраженную в неявном виде, можно представить в виде взаимозависимых безразмерных комплексов. Выберем

три основных параметра с независимыми размерностями

, остальные парамет-

ры выразим через размерности основных параметров.

Эта операция выполняется следующим образом: пусть имеется некоторый параметр i, выразим его размерность через размерности основных параметров; это будет означать:

?

т.е. размерности левой и правой частей равенства должны быть одинаковыми. Тогда можно записать:

Полученные в результате такой операции безразмерные параметры будут называться пи-членами. Эти безразмерные комплексы имеют глубокий физический смысл, они представляют собой критерии подобия различных сил, действующих в тех или иных процессах.

Проделаем такую операцию с некоторыми из параметров.

Параметр А.

i

Теперь запишем показательные уравнения по размерностям последовательно в следующем порядке: L (длина), М (масса), и Т (время):

Из этой системы уравнений:

Таким образом, безразмерным

комплексом по этому параметру может быть:

Параметр у.

>* ' откуда получим:

и найдём:

. Таким образом, безразмерным комплексом по

этому параметру может быть:

. Эта безразмерная величина называется

числом Фруда, Fr. Параметр /и.

и найдём:

Полученный безразмерный комплекс называется числом Рейнольдса, Re. Выполняя аналогичные операции с остальными параметрами можно найти:

число Эйлера, число Вебера, We.

число Коши, Са. В итоге получим как результат:

Поскольку, в большинстве случаев силами поверхностного натяжения можно пренебречь, а жидкость считать несжимаемой средой, можно упростить запись предыдущего выражения, решив последнее уравнение относительно Ей:

Считая канал круглой цилиндрической трубой, и принимая

, получим:

Множитель был вынесен за скобки ввиду того, что потери напора по длине пропорциональны длине канала конечных размеров. Далее учитывая, что:

, получим:

Обозначим:

Эту величину принято называть коэффициен-

том сопротивления трения по длине или коэффициентом Дарси. Окончательно для круглых труб, учитывая, что

:

Эта формула носит название формулы Дарси-Вейсбаха и является одной из основных формул гидродинамики.

Коэффициент потерь напора по длине будет равен:

Запишем формулу Дарси-Вейсбаха в виде:

Величину

называют гидравлическим уклоном, а величину называ-

ют коэффициентом Шези.

Величина

имеет размерность скорости и носит название динамической