Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Вопрос №21. Гидравлические сопротивления. Формулы Дарси-Вейсбаха.

Гидравлическая жидкость в гидросистемах технологического оборудования, как уже обсуждалось ранее, играет роль рабочего тела. Она обеспечивает перенос энергии от источника гидравлической энергии к потребителю (в большинстве случаев, к гидродвигателю). Для такого переноса используются напорные потоки. В подобных потоках жидкость со всех сторон ограничена твёрдыми стенками трубопроводов, каналов гидроаппаратов и полостей гидромашин. В дальнейшем мы будем ориентироваться именно на такие случаи, хотя аналогичные процессы сопровождают и движение безнапорных потоков.

Естественно, что твёрдые стенки препятствуют свободному движению жидкости. Поэтому при относительном движении жидкости и твердых поверхностей неизбежно возникают (развиваются) гидравлические сопротивления. На преодоление возникающих сопротивлений затрачивается часть энергии потока. Эту потерянную энергию называют гидравлическими потерями удельной энергии или потерями напора. Гидравлические потери главным образом связаны с преодолением сил трения в потоке и о твёрдые стенки и зависят от ряда факторов, основными из которых являются:

геометрическая форма потока,

шероховатость твёрдых стенок потока,

скорость течения жидкости,

режим движения жидкости (который связан со скоростью, но учитывает её не только количественно, но и качественно),

некоторые другие эксплуатационные свойства жидкости.

Ногидравлические потери практически не зависят от давления в жидкости.

Величина гидравлических потерь оценивается энергией, потерянной каждой весовой единицей жидкости. Из уравнения Бернулли, составленного для двух сечений потока, обозначенных индексами 1 и 2 потери энергии потока жидкости Уравнение дарси вейсбаха физический смыслможно представить как Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Потери напора по длине, иначе их называют потерями напора на трение, в чистом виде, т.е. так, что нет никаких других потерь, возникают в гладких прямых трубах с постоянным сечением при равномерном течении. Такие потери обусловлены внутренним трением в жидкости и поэтому происходят и в шероховатых трубах, и в гладких. Величина этих потерь выражается зависимостью

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл,

где Уравнение дарси вейсбаха физический смысл— коэффициент сопротивления, обусловленный трением по длине.

При равномерном движении жидкости на участке трубопровода постоянного диаметра d длиной l этот коэффициент сопротивления прямо пропорционален длине и обратно пропорционален диаметру трубы

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл,

где lкоэффициент гидравлического трения (иначе его называют коэффициент потерь на трение или коэффициент сопротивления трения).

Из этого выражения нетрудно видеть, что значение l — коэффициент трения участка круглой трубы, длина которого равна её диаметру.

С учетом последнего выражения для коэффициента сопротивления потери напора по длине выражаются формулой Дарси

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл.

Эту формулу можно применять не только для цилиндрических трубопроводов, но тогда надо выразить диаметр трубопровода d через гидравлический радиус потока Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Уравнение дарси вейсбаха физический смыслили Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

где, напомним, Й – площадь живого сечения потока,

З — смоченный периметр.

Гидравлический радиус можно вычислить для потока с любой формой сечения, и тогда формула Дарси принимает вид

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл.

Эта формула справедлива как для ламинарного, так и для турбулентного режимов движения жидкости, однако коэффициент трения по длине »не является величиной постоянной.

Уравнение дарси вейсбаха физический смыслДля определения физического смысла коэффициента »рассмотрим объём жидкости длиной l, который равномерно движется в трубе диаметром d со скоростьюV. На этот объём действуют силы давления P1 и P2, причём P1> P2, и силы трения рассматриваемого объёма о стенки трубы, которые определяются напряжением трения на стенке трубы Д0. Условием равномерного движения под действием сказанных сил будет следующее равенство:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл.

Если учесть, что

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, то Уравнение дарси вейсбаха физический смысл,

и подставить эту величину в уравнение сил, действующих на рассматриваемый объём, получим:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл.

Сократив последнее выражение, получим Уравнение дарси вейсбаха физический смысл. Выразив из него », окончательно будем иметь

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл.

Местными гидравлическими сопротивлениями называются любые участки гидравлической системы, где имеются повороты, преграды на пути потока рабочей жидкости, расширения или сужения, вызывающие внезапное изменение формы потока, скорости или направления ее движения. В этих местах интенсивно теряется напор. Примерами местных сопротивлений могут быть искривления оси трубопровода, изменения проходных сечений любых гидравлических аппаратов, стыки трубопроводов и т.п. Потери напора на местных сопротивлениях Уравнение дарси вейсбаха физический смыслопределяются по формуле Вейсбаха:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл;

где Уравнение дарси вейсбаха физический смысл— коэффициент местного сопротивления.

Коэффициент местного сопротивления зависит от конкретных геометрических размеров местного сопротивления и его формы. В связи со сложностью процессов, которые происходят при движении жидкости через местные сопротивления, в большинстве случаев его приходится определять на основании экспериментальных данных.

Однако в некоторых случаях величины коэффициентов местных сопротивлений можно определить аналитически.

Из определения коэффициента Уравнение дарси вейсбаха физический смыслвидно, что он учитывает все виды потерь энергии потока жидкости на участке местного сопротивления. Его физический смысл состоит в том, что он показывает долю скоростного напора, затрачиваемого на преодоление данного сопротивления.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Коэффициенты различных сопротивлений можно найти в гидравлических справочниках. В том случае, если местные сопротивления находятся на расстоянии меньше (25ч50)d друг от друга ( Уравнение дарси вейсбаха физический смысл— диаметр трубопровода, соединяющего местные сопротивления), весьма вероятно их взаимное влияние друг на друга, а их действительные коэффициенты местных сопротивлений будут отличаться от табличных. Такие сопротивления нужно рассматривать как единое сложное сопротивление, коэффициент Уравнение дарси вейсбаха физический смыслкоторого определяется только экспериментально. Нужно отметить, что из-за взаимного влияния местных сопротивлений, расположенных вблизи друг друга в потоке, во многих случаях суммарная потеря напора не равна простой сумме потерь напора на каждом из этих сопротивлений.

Это трубопроводы постоянного по длине диаметра, у которых основными являются потери напора по длине, а местными потерями напора и скоростным напором можно пренебречь.

Потери напора по длине трубопровода определяютпо формуле Дарси—Вейсбаха:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Учитывая, что расход Q = VЧS и скорость движения потока Уравнение дарси вейсбаха физический смыслтогда

Уравнение дарси вейсбаха физический смыслили Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

где А удельное сопротивление трубопровода, определяемое по справочным таблицам; Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Для переходной области удельное сопротивление Ао=А*b,

где b — поправочный коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента гидравлического трения l от числа Рейнольдса.

Кроме удельного сопротивления А в литературе по гидравлике для решения задач приводится способ расчета длинных трубопроводов, базирующийся на формуле Шези.

Широко применяемые гидравлические параметры — это модуль расхода Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, сопротивление трубопровода ST=A*l, проводимость трубопровода Уравнение дарси вейсбаха физический смысл. С помощью вышеуказанных параметров потери напора по длине можно определить следующим образом:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 328 ; Нарушение авторских прав

Видео:Закон БернуллиСкачать

Закон Бернулли

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление — безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем (систем гидропривода, трубопроводах, другом гидрооборудовании), обусловленные наличием вязкого трения. Хотя потеря полной энергии — существенно положительная величина, разность полных энергий на концах участка течения может быть и отрицательной (например, при эжекционном эффекте).

Гидравлические потери принято разделять на два вида:

  • потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы;
  • местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером местных потерь могут служить: внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п.

Гидравлические потери выражают либо в потерях напора Уравнение дарси вейсбаха физический смыслв линейных единицах столба среды, либо в единицах давления Уравнение дарси вейсбаха физический смысл: Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, где Уравнение дарси вейсбаха физический смысл— плотность среды, g — ускорение свободного падения.

Формула Дарси — Вейсбаха

Во многих случаях приближённо можно считать, что потери энергии при протекании жидкости через элемент гидравлической системы пропорциональны квадрату скорости жидкости. По этой причине удобно бывает характеризовать сопротивление безразмерной величиной ?, которая называется коэффициент потерь или коэффициент местного сопротивления и такова, что

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

То есть в предположении, что скорость w по всему сечению потока одинакова, ?=?p/eторм, где eторм = ?w?/2 — энергия торможения единицы объёма потока относительно канала. Реально в потоке скорость жидкости не равномерна, в справочной литературе в данных формулах принимается среднерасходная скорость w=Q/F, где Q — объёмный расход, F — площадь сечения, для которого рассчитывается скорость. Таким образом, средняя энергия торможения потока обычно несколько больше ?w?/2, см. Среднее квадратическое.

Для линейных потерь обычно пользуются коэффициентом потерь на трение по длине (также коэффициент Дарси) ?, фигурирующего в формуле Дарси — Вейсбаха

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл,

где L — длина элемента, d — характерный размер сечения (для круглых труб это диаметр). Иначе в единицах давления

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл;

таким образом, для линейного элемента относительной длины L/d коэффициент сопротивления трения ?тр=?L/d.

Видео:Лекция_Проницаемость_Закон_Дарси_09_10_2018Скачать

Лекция_Проницаемость_Закон_Дарси_09_10_2018

Лекция 9

9. ТЕОРИЯ ЛАМИНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ В КРУГЛОЙ ТРУБЕ

10.1. Потери напора на трение при ламинарном течении

10.2. Формула Вейсбаха-Дарси. Коэффициент Бусинеска.

10.3. Начальный участок ламинарного течения

10.4. Ламинарное течение в зазоре

10.5 Ламинарное течение в зазоре. Случай подвижных стенок.

10.6. Ламинарное течение в зазоре. Случай концентрических зазоров.

Видео:Закон БернуллиСкачать

Закон Бернулли

Рекомендуемые файлы

10.7. Особые случаи ламинарного течения. Течение c теплообменом

10.8. Течение при больших перепадах давления.

10.9. Течение с облитерацией.

10.1. Потери напора на трение при ламинарном течении.

Ламинарное течение является упорядоченным слоистым течением жидкости без перемешивания слоев.

Теория ламинарного течения основана на законе трения Ньютона, по которому касательное напряжение τ в жидкости определяется силой трения слоев друг о друга и о стенки

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, (10.1)

знак перед величиной касательного напряжения берется в зависимости от знака градиента скорости: Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

При ламинарном течении жидкости число Рейнольдса меньше 2300-4000 и в жидкости большую величину имеют силы вязкости в сравнении с силами инерции и силами тяжести, поэтому при выводах закономерностей, связанных с ламинарным течением эти силы не учитываются.

Для определения скоростей, расхода и потерь при ламинарном движении в прямой круглой трубе, расположенной горизонтально, с внутренним диаметром равным d = 2rо, выделяют цилиндрический объем длиной l между сечениями «1-1» и «2-2», радиусом r, соосный с трубой и имеющий основания в выбранных сечениях.

В сечении «1 – 1» давление равно Р1, а в сечении «2 – 2» равно Р2. При постоянном внутреннем диаметре трубы скорость жидкости будет постоянной V1=V2 и коэффициент Кориолиса α не будет изменяться вдоль потока.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Уравнение Бернулли для выбранных сечений «1-1» и «2-2»

Уравнение дарси вейсбаха физический смыслпри z1=z2, V1=V2

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл,

где hтр = Ртр /(ρg), — потеря напора на трение по длине, эту величину показывают пьезометры, установленные в этих сечениях.

В уравнение равновесия выделенного объема жидкости входят силы давления и трения выделенного объема о слои окружающей жидкости.

При трении на поверхности цилиндра возникают касательные напряжения τ. Они действуют на цилиндрической поверхности и имея ввиду малость длины цилиндра можно считать, что напряжения равномерно распределены по его площади, поэтому уравнение равновесия цилиндра приобретает вид

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл. (10.2),

где Ртр =(Р12) –перепад давлений на основаниях цилиндра.

Из формулы следует, что касательные напряжения в поперечном сечении трубы изменяются по линейному закону в функции радиуса. Эпюры касательного напряжения показаны на рис. 10.1, в начале трубы.

Выразим касательное напряжение τ по закону трения Ньютона через динамическую вязкость и поперечный градиент скорости, при этом заменим переменное расстояние у от стенки текущим радиусом r :

Подставляя значение τ в предыдущее уравнение (10.2) , получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Найдем отсюда дифференциал скорости

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

При положительном приращении радиуса получается отрицательное приращение (уменьшение) скорости, что соответствует профилю скоростей, показанному на рис. 10.1 в конце трубы.

Выполнив интегрирование, получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Получим зависимость скорости от радиуса r

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл. (10.3)

Эта зависимость является законом распределения скоростей по сечению круглой трубы при ламинарном течении. Кривая, изображающая эпюру скоростей, является параболой.

Максимальная скорость в центре сечения при r = 0 равна

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл(10.4)

Входящее в формулу (10.4) отношение Уравнение дарси вейсбаха физический смысл (рис.10.1) называется пьезометрическим уклоном. Эта величина является постоянной вдоль прямой трубы постоянного диаметра при ламинарном течении с постоянной скоростью.

Элементарный расход выражается как произведение скорости на малую элементарную площадку δS:

Площадка dS берется в виде кольца радиусом r, и шириной δr, переходя к дифференциалам:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл.

После интегрирования по всей площади поперечного сечения т. е. от r =0 до r = r0

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл,

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл(10.5)

Среднюю по сечению скорость найдем делением расхода на площадь. С учетом выражения (10.5) получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, (10.6)

Сравнение этого выражения с формулой Уравнение дарси вейсбаха физический смысл показывает, что средняя скорость при ламинарном течении в 2 раза меньше максимальной : Vср = 0,5Vмакс.

Потери напора hтр на трение через расход и размеры трубы с учетом μ=νρ

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, ( 10.7)

При ламинарном течении в трубе круглого сечения потеря напора на трение пропорциональна расходу и вязкости в первой степени и обратно пропорциональна диаметру в четвертой степени. Этот закон обычно называемый законом Пуазейля, используется для расчета потерь в трубопроводах при ламинарным течением.

Жорж Пуазейль — французский ученый, получил эту формулу (10.7) экспериментальным путем в 1840 г

10.2. Формула Вейсбаха-Дарси. Коэффициент Бусинеска

Потери напора на трение выражаются через среднюю скорость по формуле (10.6). Приведем формулу для потерь на трение Уравнение дарси вейсбаха физический смыслк виду формулы Вейсбаха—Дарси:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

для этого в формуле (10.7) выразим расход через среднюю скорость Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, и перегруппировав множители, после сокращении получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, (10.7а)

Умножим числитель и знаменатель на Vср получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Формуле Вейсбаха-Дарси для определения потерь на трение при ламинарном движения

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл (10.8)

где — λл — коэффициент потерь на трение для ламинарного течения:

Потеря напора на трение по длине при ламинарном течении пропорциональна скорости в первой степени. Квадрат скорости в формуле (10.8) для ламинарного течения получен умножением и делением на Vср, а коэффициент λл обратно пропорционален Re и, следовательно, скорости Vср.

[Закон распределения скоростей по сечению трубы позволяет определить коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей в уравнении Бернулли, для случая установившегося ламинарного течения жидкости в круглой трубе. Для этого в выражении для α заменим скорость по формуле Уравнение дарси вейсбаха физический смысли среднюю скорость по формуле Уравнение дарси вейсбаха физический смысл(1.81), а также учтем, что dS = 2πrdr. После подстановок и сокращений получим

α = Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Обозначив переменную 1 — r 2 /r0 через z, найдем

α = — 8Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Итак, действительная кинетическая энергия ламинарного потока с параболическим распределением скоростей в 2 раза превышает кинетическую энергию того же потока, но при равномерном распределении скоростей.

Таким же путем можно показать, что секундное количество движения ламинарного потока с параболическим распределением скоростей в 2 раза больше количества движения того же потока, но при равномерном распределении скоростей, причем коэффициент β, называемый коэффициентом Буссинеска, в данном случае равен 4/3.]

Изложенная теория ламинарного течения жидкости в круглой трубе хорошо подтверждается опытом, и выведенный закон сопротивления обычно не нуждается в каких-либо поправках, за исключением течения в начальном участке трубы, где происходит постепенное формирование параболического профиля скоростей.

2) при течении с теплообменом;

З) при течении в капиллярах и зазорах с облитерацией;

4) при течения с большими перепадами давления (пп. 2—4 рассмотрен в п. 1.27).

10.3. Начальный участок ламинарного течения

При ламинарном течении и подаче жидкости из резервуара в прямую трубу постоянного диаметра у входа в трубу распределение скоростей по сечению получается практически равномерным, особенно, если вход выполнен c закруглением (рис.10.2).

Затем под действием сил вязкости происходит перераспрУравнение дарси вейсбаха физический смыследеление скоростей по сечениям: слои жидкости, прилежащие к стенке, тормозятся, а центральная часть потока, где еще сохраняется равномерное распределение скоростей, движется ускоренно.

При этом толщина слоев заторможенной жидкости постепенно увеличивается, пока не станет равной радиусу трубы, т. е. пока слои, прилегающие к противоположным стенкам, не сомкнутся на оси трубы. После этого устанавливается характерный для ламинарного течения параболический профиль скоростей.

Участок от начала трубы, на котором формируется параболический профиль скоростей, называется начальным участком течения — lнач. За этим участком стабилизированное ламинарное течение, параболический профиль скоростей остается неизменным, как бы не была длинна труба, если сохраняется ее прямолинейность и постоянное сечения.

Теория ламинарного течения применима для этого стабилизированного ламинарного течения и неприменима для начального участка:

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Для определения длины «начального участка» можно пользоваться приближенной формулой Шиллера, выражающей эту длину, отнесенную к диаметру трубы, как функцию числа Re:

Сопротивление на начальном участке трубы получается больше, чем на последующих участках. На начальном участке значение производной dv/dy у стенки трубы больше, чем на участках стабилизированного течения, больше и касательное напряжение, определяемое законом Ньютона.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Потеря напора на участке трубы, длина которого l ≤ lнач определяется по формулам (10.7) или (10.8) с поправочным коэффициентом k>1. Значения этого коэффициента могут быть найдены по графику (рис.10.3), на котором он изображен как функция безразмерного параметра х*10 3 / (d*Re). С увеличением этого параметра коэффициент уменьшается и при значении

т. е. при х = lнач, становится равным 1,09. Следовательно, сопротивление всего начального участка трубы на 9% больше, чем сопротивление такого же участка трубы, взятого в области стабилизированного ламинарного течения.

Для коротких труб значения поправочного коэффициента, как видно из графика, весьма существенно отличаются от единицы.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Учитывая формулы (10.7) и (10.8) и выполняя соответствующие преобразования, получаем

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл(10.12)

Если относительная длина l/d трубы трубопровода велика, то дополнительный член в скобках, равный 0,165 можно ввиду малости не учитывать. Однако, при уточненном расчете труб, длина которых соизмерима с lнач этот член следует учитывать. Для начального участка трубы с плавным входом коэффициент Кориолиса α возрастает от единицы до двух.

10.4. Ламинарное течение в зазоре

Определим скорость, расход и потери при ламинарном течении в зазоре, образованном двумя параллельными плоскими стенками, расстояние между которыми равно а (рис. 10.4). Начало координат поместим в середине зазора, направив ось Ох вдоль течения, а ось Оу — по нормали к стенкам.

Возьмем два нормальных поперечных сечения потока на расстоянии l одно от другого и рассмотрим поток шириной, равной единице. Выделим объем жидкости в форме прямоугольного параллелепипеда, расположенного симметрично относительно оси Ох между выбранными поперечными сечениями потока и имеющего размеры сторон l*2y*b, где b=1.

Условие равномерного движения выделенного объема вдоль оси Ох:

где ртр = р1— р2 – разность давлений(перепад) в рассматриваемых сечениях. Знак минус, потому что производная V/∂y отрицательна, 2l*b, так как две поверхности – сверху и снизу

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Из предыдущего (10.13) найдем приращение скорости V, соответствующей приращению координаты y: Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

После интегрирования получим: Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Так как на стенке y = a/2, V = 0, находим C = Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, откуда

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл, (10.13)

Далее подсчитаем расход q, приходящийся на единицу ширины потока, для чего возьмем симметрично относительно оси Оz две элементарные площадки 2b*δy = 2δy, так как b=1 и выразим элементарный расход

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

перейдя к дифференциалам и интегрируя, получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Выразим потерю давления на трение через полный расход Q= q*b при зазоре шириной b ≠ 1; получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл(10.14)

10.5. Ламинарное течение в зазоре. Случай подвижных стенок.

Когда одна из стенок, образующих зазор, перемещается параллельно другой стенке, а давление в зазоре постоянно вдоль длины, подвижная стенка увлекает за собой жидкость, и возникает так называемое фрикционное безнапорное движение.

Выделим в таком потоке элемент dx*dy*b, как показано на рис. 10.5 и рассмотрим действующие на него силы.

Давления, приложенные к левой и правой граням элемента одинаковы (напора – нет), на элемент действуют только силы трения, вызываемые касательными напряжениями на верхней грани — τ на нижней грани τ+δτ.

Для того чтобы имело место равновесие, эти силы должны быть равны и τ = С.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

По закону Ньютона τ = — μdv/dy = C (знак минус взят т.к. при dy > 0, dv ’ л =л т. е.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

где k — поправочный коэффициент, зависящий от формы сечения.

Для прямоугольного сечения (a*b)Dг = 2ab/(а +b), а к = f(b/a)

Для сечения в форме равностороннего треугольника со сторонами а k= 0,83.

10.7. Особые случаи ламинарного течения. Течение е теплообменом

Течение е теплообменом. В рассмотренных выше случаях ламинарного течения не учитывалось изменение температуры и, следовательно, влияние вязкости жидкости, как в пределах поперечного сечения, так и вдоль потока, т. е предполагалось постоянство температуры во всех точках потока. Подобное течение в отличие от течений, сопровождающихся изменением температуры жидкости, называют изотермическим.

Если по трубопроводу движется жидкость, температура которой значительно выше температуры окружающей среды, то такое течение сопровождается теплоотдачей через стенку трубы во внешнюю среду и, следовательно, охлаждением жидкости. Когда же температура движущейся жидкости ниже температуры окружающей среды, происходит приток тепла через стенку трубы, в результате жидкость в процессе течения нагревается.

Таким образом, при течении жидкости происходит теплообмен с внешней средой, следовательно, температура жидкости, а также ее вязкость не сохраняются постоянными, а течение не является изотермическим. Поэтому формулы (1.88) и (1 .8), полученные в предположении постоянства вязкости по сечению потока, при течении жидкости со значительным теплообменам нуждаются в поправках.

При течении, сопровождающемся охлаждением жидкости, ее слои, непосредственно прилегающие к стенке, имеют температуру более низкую, а вязкость более высокую, чем основное ядро потока. Вследствие этого происходит более интенсивное торможение пристенных слоев жидкости и снижение градиента скорости у стенки. При течении сопровождающемся нагреванием жидкости обусловленным притоком тепла через стенку, пристенные слои жидкости имеют более высокую температуру и пониженную вязкость, вследствие чего градиент скорости у стенки более высокий. Таким образом, вследствие теплообмена через стенку трубы между жидкостью и внешней средой нарушается рассмотренный выше параболический закон распределения скорости.

На рис. 1.51 показаны сравнительные графики распределения скоростей: при Изотермическом течении (1), при течении с охлаждением (2) и с нагреванием (3) жидкости, но при одинаковом расходе и при одинаковой вязкости жидкости в ядре потока. Из рисунка видно, что охлаждение жидкости влечет за собой увеличение неравномерности распределения скоростей (α > 2), а нагревание — уменьшение этой неравномерности (α αp 1.

Для изотермического течения в формуле (1.97) следует положить k=0 . С учетом предыдущего в этом случае, получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

Найдем относительный расход q, равный отношению расхода при переменной вязкости и расходу при μ = μ0 = const. Для этого разделим уравнение (1.97) на

Q0 = P1*ab/(12 μ0l) и получим

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

На рис. 1.52 представлены зависимости Уравнение дарси вейсбаха физический смыслот Р1 по формуле (1.99) для трех жидкостей : керосина(1), трансформаторного масла (2) и жидкости АМГ-10(3), причем для двух случаев : k=1 отсутствие теплообмена) и k = 0 (изотермическое течение). Кривые, соответствующие двум крайним режимам, расходятся довольно существенно. Реальные процессы описываются кривыми, которые располагаются между этими предельными кривыми. В связи с тем, что скорости течения жидкости в зазорах при столь высоких перепадах давления очень велики и каждая частица пребывает в зазоре вес ьма незначительное время, более вероятными представляется режим течения , при котором k = 1 т.е. теплообмен играет незначительную роль. Это предположение подтверждается новыми экспериментами по исследованию изотермического течения в зазорах, проведенными Солиным. Однако, эти же исследования показывают, что при увеличении относительной длины зазора l/a и числа Прандтля, равного Pr= μc/λ (c – теплоемкость, λ — коэффициент теплопроводности, а также при уменьшении числа Re роль теплообмена возрастает, и процесс течения может приближаться к изотермическому.

Изложенная теория позволяет получить зависимость Р/Р1 от x/l и построить соответствующие кривые (рис.1.53) Как видно из графика, чем выше давление Р1 тем больше отклонение кривых от прямой , соответствующей закону Пуазейля.

Уравнение дарси вейсбаха физический смысл

10.9. Течение с облитерацией.

Иногда при течении через капилляры и малые зазоры наблюдается явление, которое может, не быть объяснено законами гидравлики. Оно заключается в том, что расход жидкости через капилляр или зазор с течением времени уменьшается, несмотря на то, что перепад давления, под которым происходит движение жидкости, и ее физические свойства остаются неизменными. В отдельных случаях движение жидкости по истечении некоторого времени может прекратиться полностью. Это явление носит название облитерации, и его причина заключается в том, что при определенных условиях уменьшается площадь поперечного сечения канала (зазора, капилляра), вследствие, адсорбции (отложения) полярноактивных молекул жидкости на его стенках.

Толщина адсорбционного слоя для масел составляет несколько микрометров, поэтому при течении через капилляры и малые зазоры этот слой может существенно уменьшить площадь поперечного сечения или даже полностью перекрыть его.

💥 Видео

Вязкость. Ламинарное и турбулентное течения жидкостей. 10 класс.Скачать

Вязкость. Ламинарное и турбулентное течения жидкостей. 10 класс.

Урок 132. Основные понятия гидродинамики. Уравнение непрерывностиСкачать

Урок 132. Основные понятия гидродинамики. Уравнение непрерывности

Галилео. Эксперимент. Закон БернуллиСкачать

Галилео. Эксперимент. Закон Бернулли

Дифференциальное уравнение Эйлера. Основное уравнение гидростатикиСкачать

Дифференциальное уравнение Эйлера. Основное уравнение гидростатики

Урок 133. Закон Бернулли. Уравнение БернуллиСкачать

Урок 133. Закон Бернулли. Уравнение Бернулли

Эффект Вентури и трубка Пито (видео 16) | Жидкости | ФизикаСкачать

Эффект Вентури и трубка Пито (видео 16) | Жидкости  | Физика

Урок 134. Применения уравнения Бернулли (ч.1)Скачать

Урок 134. Применения уравнения Бернулли (ч.1)

Урок 156. Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессыСкачать

Урок 156. Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессы

Урок 194. Уравнение Ван-дер-ВаальсаСкачать

Урок 194. Уравнение Ван-дер-Ваальса

Уравнение Ван-дер-Ваальса (вывод и применение). By Bogatov N.A.Скачать

Уравнение Ван-дер-Ваальса (вывод и применение). By Bogatov N.A.

Уравнение Бернулли гидравликаСкачать

Уравнение Бернулли гидравлика

Уравнение Ван-дер-Ваальса | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 8)Скачать

Уравнение Ван-дер-Ваальса | Газы.Молекулярно-кинетическая теория | Химия (видео 8)

Основные физические понятия технической электродинамики, 1978Скачать

Основные физические понятия технической электродинамики, 1978

Уравнение Бернулли и его приложения | Гидродинамика, ГидравликаСкачать

Уравнение Бернулли и его приложения | Гидродинамика, Гидравлика

Уравнение БернуллиСкачать

Уравнение Бернулли

Лекция 6.5 | Нормальное и тангенциальное ускорение | Александр Чирцов | ЛекториумСкачать

Лекция 6.5 | Нормальное и тангенциальное ускорение | Александр Чирцов | Лекториум
Поделиться или сохранить к себе:
Читайте также:

  1. A) Результат вычисления формулы на основе имеющихся данных
  2. Акты международных организаций по экономическим вопросам.
  3. Акушерство в вопросах и ответах
  4. Акушерство в вопросах и ответах
  5. Акушерство в вопросах и ответах
  6. Акушерство в вопросах и ответах
  7. Акушерство в вопросах и ответах
  8. Акушерство в вопросах и ответах
  9. Акушерство в вопросах и ответах
  10. Акушерство в вопросах и ответах