3.7.1. Потери на трение по длине
При
ламинарном течении жидкости в круглых
трубах
.
На начальном участке трубопровода возникает дополнительное сопротивление, потому что происходит преобразование поля скоростей из равномерного на входе в параболическое. Коэффициент дополнительного сопротивления равен 0,165/Re, а потери будут определяться по формуле:
.
Расход через зазор единичной толщины при ламинарном течении, когда одна стенка перемещается относительно другой:
,
где u1 – скорость смещения стенок друг относительно друга, а1 – высота щели; первое слагаемое – расход напорного течения, второе – фрикционный расход.
При
течении в прямоугольных каналах
,
где k
– поправочный коэффициент, определяемый
по таб. 7.
Таблица 7
в*/а |
1 |
1,5 |
2 |
3 |
4 |
5 |
10 |
∞ |
K |
0,89 |
0,92 |
0,97 |
1,07 |
1,14 |
1,19 |
1,32 |
1,5 |
* в – ширина щели.
При ламинарной фильтрации скорость жидкости:
,
где
k
= mk0
– проницаемость материала, м2;
m
– пористость материала – отношение
суммарного объема пор к объему материала;
k0
= r2/8
– проницаемость; r
– радиус поровой трубки, м;
– коэффициент фильтрации, м/с; I
– гидравлический уклон.
Расход
,
где
– площадь поперечного сечения.
Расход
воздуха
,
где
– коэффициент воздухопроницаемости
конструкции.
При турбулентном движении жидкости различаются три области течения:
1.
Область гидравлически гладких труб:
,
где
–эквивалентная
шероховатость внутренней поверхности
(табл. 8).
– формула
Конакова для любых турбулентных режимов,
– формула
Блазиуса.
2.
Промежуточная область:
.
–
универсальная
формула Альтшуля для любых областей
турбулентного режима.
Таблица 8
Труба |
Состояние поверхности |
, мм |
Стальная бесшовная |
Новая |
0,01…0,02 |
Стальная сварная |
>> |
0,03…0,1 |
Для горячего и холодного водоснабжения |
Бывшая в употреблении |
1,0 |
Для пароснабжения |
>> |
0,2 |
Для водяных тепловых сетей |
>> |
0,5 |
Оцинкованная |
Новая |
0,1…0,2 |
Стальная |
При сильной коррозии |
2…4 |
Стеклянная, латунная, медная, свинцовая |
Новая |
0,0005…0,002 |
Алюминиевая |
>> |
0,015…0,06 |
Чугунная |
>> |
0,2…1,0 |
Чугунная, асфальтированная |
>> |
0,1...0,2 |
Резиновый шланг |
Любое |
0,02 |
Пожарный шланг |
>> |
0,75 |
Асбестоцементная |
Новая |
0,085 |
3.
Область квадратичного течения:
.
–
формула
Шифринсона.
Формулы Шевелева:
– для
новых труб;
– для труб, бывших в употреблении.
– формула
Колбрука.
При течении в открытых руслах используется формула Шези:
,
где
– гидравлический радиус; С
– коэффициент Шези, который можно
определять тремя различными способами:
,
n – коэффициент шероховатости поверхности русла (табл. 9).
Таблица 9
Характеристика русла |
n |
Естественные русла в весьма благоприятных условиях (чистое, прямое в плане, совершенно незасоренное земляное русло со свободным течением) |
0,025 |
Русла постоянных водотоков равнинного типа преимущественно больших и средних рек в благоприятных условиях состояния ложа и течении воды |
0,033 |
Сравнительно чистые русла постоянных равнинных водотоков в обычных условиях, извилистые, с некоторыми неправильностями в направлении струй или же прямые, но с неправильностями в рельефе дна (отмели, промоины, местами камни). Правильные, хорошо разработанные галечные русла рек в нижнем течении. Земляные русла периодических водотоков (сухих логов) в благоприятных условиях |
0,040 |
Русла (больших и малых рек), значительно засоренные, извилистые и частично заросшие, каменистые, с неспокойным течением. Периодические (ливневые и весенние) водотоки, несущие во время паводка заметное количество наносов, с крупно-галечным или покрытым растительностью, травой и пр. ложем. Поймы больших и средних рек, сравнительно разработанные, покрытые растительностью (трава, кустарники) |
0,050 |
Продолжене табл. 9
Характеристика русла |
n |
Русла периодических водотоков, сильно засоренные и извилистые. Значительно заросшие, неровные, плохо разработанные поймы рек (промоины, кустарники, деревья) с наличием заводей. Порожистые участки равнинных рек. Галечно-валунные русла горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала |
0,067 |
Реки и поймы, весьма заросшие (со слабым течением), с большими глубокими промоинами. Валунные горного типа русла с бурным, пенистым течением, с изрытой поверхностью водного зеркала (с летящими вверх брызгами воды) |
0,080 |
Поймы такие же, как и предыдущей категории, но с сильно неправильным косоструйным течением, заводями и пр. Горно-водопадного типа русла с крупновалунным извилистым строением ложа, перепады ярко выражены, пенистость настолько сильна, что вода, потеряв прозрачность, имеет белый цвет, шум потока доминирует над всеми остальными звуками, делает разговор затруднительным |
0,100 |
Реки болотного типа (заросли, кочки, во многих местах почти стоячая вода и пр.). Поймы лесистые, с очень большими мертвыми пространствами, с местными углублениями, озерами и пр. |
0,133 |
Потоки типа селевых, состоящие из грязи, камней и т. п. Глухие поймы, сплошные, лесные, таежного типа. Склоны бассейна в естественном состоянии |
0,200 |