Лекции по гидравлике (стр. 17 из 27)
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 скоростидвижения 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-лившиеся из жидкости газы, вновь переходят в растворённое состояние. Изменение давления в жидкости может приводить и к изменению агрегатного состояния жидкости (переход жидкости в пар и пара в жидкое состояние). Если жидкость движется в закрытой системе, то колебания давления в потоке могут приводить к образованию локальных зон низкого давления и как следствие, в этих зонах происходят процессы образования паров жидкости («холодное» кипение жидкости) и её раз газирование. При этом, процесс разга-зирования, как правило - процесс более медленный, чем процесс парообразования. Однако и в том и в другом случае появление свободного газа и, тем более пара, в замкнутом пространстве крайне не желательно. Появление пузырьков газовой фазы говорит о том, что в жидкости появился разрыв. Далее эти пузырьки переносятся движущейся жидкостью. Процесс образования пузырьков пара в жидкости носит название паровой кавитации, образование пузырьков газа вызывает газовую кавитацию. При попадании в зону высокого давления пузырьки газа растворяются в жидкости, а пузырьки пара конденсируют-
ся. Поскольку последний процесс происходит почти мгновенно, говорят о том, что пузырьки схлопываются. Особенно интенсивно процессы схлопывания пузырьков пара происходит в месте контакта их с твёрдыми телами (стенки труб, элементы гидромашин и т.д.). Отрицательное воздействие пузырьков пара на элементы гидросистем заключаются в особенности их контакта с твёрдыми телами: при приближении к твёрдой границе пузырьки пара деформируются, что приводит к явлению подобному детонации. При таком воздействии свободного пара и газа на твердые элементы внутренних конструкций гидромашин, они разрушаются и выходят из строя. Для оценки режима течения жидкости вводят специальный критерий; число кавитации К f '
7. Истечение жидкости из отверстий и насадков >
7.1. Отверстие в тонкой стенке
Одной из типичных задач гидравлики, которую можно назвать задачей прикладного
характера, является изучение процессов, связанных с истечением жидкости из отверстия в тонкой стенке и через насадки. При таком движении вся потенциальная энергия жидкости находящейся в ёмкости (резервуаре) в конечном итоге расходуется на кинетическую энергию струи, вытекающей в газообразную среду, находящуюся под атмосферным давлением или (в отдельных случаях) в жидкую среду при определённом давлении. Отверстие будет считаться малым, если его размеры несоизмеримо малы по сравнению с размером свободной поверхности в резервуаре и величиной напора. Стенка называется тонкой, если величиной гидравлических сопротивлений по длине канала в тонкой стенке можно пренебречь. В таком случае частицы жидкости со всех сторон по криволинейным траекториям движутся с некоторым ускорением к отверстию. Дойдя до отверстия, струя жидкости отрывается от стенки и испытывает преобразования уже за пределами отверстия.
7.2. Истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке при установившемся
движении (жидкости).
Истечение жидкости в газовую среду при атмосферном давлении. При истечении из
отверстия в тонкой стенке криволинейные траектории частиц жидкости сохраняют свою форму и за пределами отверстия, т.е. после выхода из отверстия сечение струи уменьшается и достигает минимальных значений на расстоянии равном
(d - диаметр отверстия). Таким образом, в сечении 
В - В будет находиться как называемое сжатое сечение струи жидкости. Отношение площадичения струи к площади отверстия называется коэффсщииитоживинфиясфэ&мзвтачаетр^ивсек
гда:
где: s - площадь отверстия,
зсж - площадь сжатого сечения струи, s - коэффициент сжатия струи.
Запишем уравнение Бернулли для двух сечений А -А и В -В. В связи с тем, что отверстия в стенке является малым сечение В -В можно считать «горизонтальным» (ввиду малости отверстия), проходящим через центр тяжести сжатого сечения струи.
i. *"*
Поскольку величина скоростного напора на свободной поверхности жидкости (сечение А - А) мала из-за малости скорости, то её величиной можно пренебречь. В данном случае истечение жидкости происходит в атмосферу, следовательно р{ - р0. Тогда:
т г
F> f 
Поскольку в тонкой стенке потери напора по длине бесконечно малы, то
где'
- коэффициент потерь напора в тонкой стенке Следовательно, скорость в сжатом сечении струи будет равна: 
Первый сомножитель в равенстве носит название коэффициента скорости'
Определим расход жидкости при её истечении из отверстия (заметим, что скорость истечения жидкости у нас относится к площади сжатого живого сечения струи):
где:
- называется коэффициентом расхода.При изучении процесса истечения жидкости предполагалось, что ближайшие стенки и дно сосуда находятся на достаточно большом удалении от отверстия:
, т.е. не ближе 
тройного расстояния от направляющих стенок. В этом случае все линии тока имеют одинаковую кривизну, и такое сжатие струи