Жидкости в трубах

Режим движения жидкости в трубах определяется гидродинамическим числом Рейнольдса Re.

Различают 3 режима течения жидкости в трубах:

– ламинарный;

– переходный;

– турбулентный.

Ламинарный и турбулентный режимы являются установившимися. Гидродинамику и теплообмен этих режимов можно описать с помощью критериальных зависимостей. Эпюры скоростей показаны на рис. 14.1.

Ламинарный режим течения возможен при значении числа Рейнольдса , если .

Режим течения турбулентный если число Рейнольдса

.

Если значение Re лежит в пределах

,

то режим течения будет переходным.

В случае ламинарного режима, средняя скорость равна половине осевой скорости: .

В случае турбулентного режима течения

.

Рассмотрим процесс течения жидкости из большого объёма в трубу (рис. 14.2).

Если жидкость поступает в трубу из большого объёма, а передняя кромка трубы закруглена, то распространение скорости на начальном участке трубы является равномерным.

При движении у стенок за счёт прилипания жидкости к стене возникает пограничный слой, толщина которого постепенно нарастает по ходу движения жидкости. На некотором расстоянии от передней кромки стены _н.д. происходит слияние гидродинамического слоя. Этот участок ( _н.д.) называется длиной гидродинамического начального участка или участка гидродинамической стабилизации.

Для ламинарного режима характерно параболическое распределение скорости по сечению, которое может быть описано следующим выражением: ,

где – скорость на оси трубы;

r – радиус трубы;

у – расстояние от оси трубы.

В практических расчётах используется понятие средней скорости потока: , м/с,

где f – площадь поперечного сечения, м²;

V – объёмный расход, м³/c,

М – массовый расход, кг/с.

Длина участка динамической стабилизации потока при ламинарном режиме (Re < 2300) равна:

.

Т.е. с увеличением скорости длина участка гидродинамической стабилизации возрастает.

Для турбулентного режима длина участка гидродинамической стабилизации слабо зависит от скорости и равна: .

Участок гидродинамической стабилизации оказывает влияние на теплоотдачу между поверхностью трубы и теплоносителем.

Рассмотрим участок тепловой стабилизации (рис. 14.3).

где T – температура жидкости;

– температура стенки трубы, .

Участок термической или тепловой стабилизации возникает внутри трубы при нагревании или при охлаждении жидкости.

На расстояние от входа в трубу _н.т. тепловой пограничный слой заполняет всё сечение трубы, и в дальнейшем вся жидкость участвует в теплообмене со стенкой. Причём интенсивность теплообмена (a) не зависит от скорости и температуры на входе ().

При ламинарном течении жидкости:

(, I рода),

(при , II рода),

При турбулентном течении:

.