фрагмент № 7г потери энергии жидкости по длине

Жидкость, при своём движении по трубопроводам (см. Фрагмент № 20Г) теряет часть энергии, которую сообщил ей насос. Общие потери складываются из потерь напора по длине  и потерь в местных сопротивлениях (см. Фрагмент № 8Г).

Потери напора на трение по длине в чистом виде возникают в прямолинейных участках трубопровода постоянного диаметра, то есть при равномерном течении, и возрастают пропорционально длине трубы. Теряемая механическая энергия потока переходит в теплоту, которая рассеивается в окружающее пространство.

Как показывают опыты, при установившемся движении жидкости, величина потерь напора по длине зависит от длины трубопровода l, внутреннего диаметра d, шероховатости внутренней поверхности трубопровода Δ, вязкости жидкости ν и ее средней скорости движения V.

Величину потерь напора по длине h_l можно вычислить по формуле:

где λ – безразмерный коэффициент потерь на трение;

       g – ускорение свободного падения, м/с².

Эта формула применима как при ламинарном, так и при турбулентном режимах течения (см. Фрагмент № 9Г). Различие заключается лишь в значениях коэффициента λ.

Для количественной оценки шероховатости введено понятие абсолютной шероховатости Δ, под которой понимают среднюю высоту неровностей (выступов) на внутренней поверхности трубы. Однако опыты показывают, что при одной и той же величине абсолютной шероховатости, влияние ее на величину гидравлического сопротивления различно в зависимости от диаметра трубы. Поэтому в гидравлических расчетах исходят не из абсолютной, а из относительной шероховатости, определяемой делением абсолютной шероховатости на диаметр трубы, то есть величиной  Δ/d.

Исследования показывают, что для ламинарного режима коэффициент λ вполне определяется числом Рейнольдса (см. Фрагмент № 9Г) и может быть подсчитан по формуле:  λ = 64/Re.

При турбулентном режиме течения коэффициент λ зависит еще и от шероховатости внутренней поверхности трубы и может быть найден по одной из эмпирических формул, например, по формуле Альтшуля:

Таким образом, коэффициент потерь на трение λ в общем случае может зависеть от двух безразмерных параметров – числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости Δ/d. Характер влияния этих параметров на коэффициент λ можно видеть из приведенного на рис. 1 графика, на котором в логарифмических координатах даны результаты опытов по изучению сопротивления течению жидкости в трубах с различной относительной шероховатостью.

График включает в себя ряд кривых λ = f(Re), каждая из которых соответствует определенной относительной шероховатости, и прямую ламинарного режима.