Потери напора при движении жидкости


При движении жидкости по трубам любые местные сопротивления виде вентиля, закругления, шибера, внезапного расширения и внезапного сужения вызывают соответствующие местные потери напора. Эти потери напора определяется по показаниям гидродинамических трубочек, которые на участках с постоянным сечением можно заменить пьезометрами. Местные потери напора вызываются тем, что частицы жидкости, встречая на своем пути сопротивления, изменяют направление движения, на что и затрачивается часть кинетической энергии.

Сейчас на участках с разным сечением трубы, местные потери напора фиксируют показания гидродинамических трубочек. При внезапном расширение трубы, образуется своеобразная застойная зона, в которой жидкость находится в состоянии медленного циркуляционного движения и не участвует в главном движение потока.

Итак, потери вызывают любое местное сопротивление, находящиеся на пути движения жидкости. Теперь рассмотрим потери напора по длине, при равномерном движении жидкости в трубе определенной шероховатости. Такое движение будет определяться скоростью течения, диаметром трубы и вязкостью жидкости, определяемые кинематическим коэффициентом вязкости. Выясним какое влияние на потери оказывают эти факторы. Установим напор и будем поддерживать его неизменным. Сейчас жидкость находится в относительном покое. Расположенные в начале и в конце трубы пьезометры, показывают одинаковое давления. Прежде всего, установим какое влияние оказывает скорость движения жидкости на потери напора. Бак наполнился тридцатью литрами воды за 30 секунд, что при данном диаметре трубы соответствует скорости 5 метров в секунду. Зафиксируем на пьезометрах величину потерь. Изменим скорость движения жидкости, для чего увеличим расход. Замер показывает, что расход равен трем литрам в секунду, то есть расход последовательно и скорость увеличилась втрое. Увеличение скорости вызвало увеличения потерь напора. Теперь выясним какое влияние оказывает на потери уменьшение диаметра трубы вдвое. Для сопоставления сохраним скорость течение неизменной. Поэтому в связи с уменьшением диаметра трубы в два раза, будем пропускать расход меньше и в четыре раза. Показания пьезометра фиксируют, что потеря напора увеличились вдвое, то есть потери напора обратно пропорциональны диаметру трубы. Опыты показывают, что потери напора зависит не только от скорости движения жидкости, диаметра трубы, но и от вязкости жидкости и шероховатости стенок трубы.
Взаимосвязь трех из этих факторов можно отразить комплексной безразмерной величиной именуемой числом Рейнольдса. Для демонстрации режимов движения применяется прибор состоящий из стеклянной трубы, напорного бака и сосуда с трубочками для пуска краски. В данный момент скорость движения воды незначительно. Соответствующий расчет дает малое число Рейнольдса. Струйки краски поступают медленно движущуюся жидкость, текут без перемешивания. Обмен между частицами краски окружающие их массы не наблюдается. Режим движения воды, который мы сейчас видим называется ламинарным. Отметим на втором пьезометре потери напора по длине при данной скорости. Увеличим скорость вдвое. Увеличение скорости даёт новое число Рейнольдса. Ламинарный режим нарушается, однако движение жидкости пока не вызывает перемешивании частиц. Показание пьезометра фиксируют, что потери напора при ламинарном режиме увеличились вдвое. Они пропорциональны первой степени скорости. Дальнейшее увеличение скорости движения жидкости приводит к перемешиванию частиц. Режим движения который мы сейчас наблюдаем называется турбулентным. Возникает он при числе Рейнольдса больше 2320. Число 2320 называется критическим числом Рейнольдс. Теперь потери напора оказались пропорциональны скорости в степени выше первой. Еще увеличим скорость, при больших числах Рейнольдса потери напора становится в пределе пропорциональным квадрату скорости.

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *