Турбулентный режим

В неупорядоченном турбулентном потоке жидкости скорость в каждой точке непрерывно меняется по направлению и величине. Экспериментально, однако, установлено, что осредненная местная скорость, за исключением пристенного слоя, вследствие интенсивного перемешивания масс жидкости распределяется по поперечному сечению более равномерно, чем в ламинарном режиме (рис.33).

Рис.33

Потери напора в турбулентном режиме по-прежнему определяют по формуле Дарси-Вейсбаха, но коэффициент сопротивления по длине в общем случае зависит не только от числа Рейнольдса, но и от шероховатости стенок труб. На шероховатость в свою очередь влияют материал, способ обработки поверхности, форма и количество выступов, загрязнение, коррозия и др. факторы.

Обширные исследования потерь напора в турбулентном режиме выпол-нены в 1933 г. Никурадзе на гладких латунных трубах и трубах с регулярной искусственной шероховатостью из кварцевого песка. Им обнаружено существование трех областей движения, отличающихся характером влияния на коэффициент сопротивления числа Рейнольдса и шероховатости:

I – течение в гидравлически гладких трубах, при котором l зависит только от числа Рейнольдса;

II – течение в переходной области, где на l влияют и число Рейнольдса, и шероховатость;

III – течение в так называемых вполне шероховатых трубах, при котором l зависит только от шероховатости.

В области I, которой соответствуют малые числа Рейнольдса, движение жидкости в тонком пристенном слое является ламинарным и свойства поверхности не оказывают влияния на сопротивление. С увеличением ско-рости движения, т.е. числа Рейнольдса, начинает турбулизироваться пристен-ный слой жидкости, образуются вихри при обтекании выступов шерохо-ватости, которые являются причиной дополнительных потерь (область II). Наконец, при очень больших числах Рейнольдса основной вклад в сопро-тивление вносит вихреобразование в пристенном слое (область III).

В опытах других авторов на технических трубах с нерегулярной шеро-ховатостью в основном подтверждены результаты, полученные Никурадзе. Отличия состояли лишь в характере зависимости l= f(Re) в области II.

Рис.34

Прямая 1 соответствует ламинарному движению жидкости. Коэффициент сопротивления по длине в этом режиме определяется по формуле Пуазейля

.

Прямая 2 соотетствует турбулентному движению жидкости в гидравлически гладких трубах. В этом случае используется формула Блазиуса

.

Коэффициент сопротивления вполне шероховатых труб определяется по формуле Шифринсона

.

В переходной области используется формула Альтшуля

.

цельнотянутые из цветных металлов 0, 001

стальные бесшовные 0, 014

стальные сварные 0, 06

железные оцинкованные 0, 15

чугунные без покрытия 0, 3

Коэффициент Кориолиса для турбулентного режима движения жидкости находится в пределах α = 1, 05-1, 1.