3.7 Формулы для определения коэффициента Дарси

Для расчета коэффициента Дарси существует очень большое количество эмпирических и полуэмпирических формул, большинство из которых имеет ограниченную зону применения. Мы рассмотрим только несколько основных, наиболее часто применяемых формул, которые имеют широкие границы.

При ламинарном режиме (Rе < 2320) для определения в круглых трубах применяют формулу Пуазейля:

=64/Rе.

Формула выведена теоретически, что показано в разделе «Особенности течения при ламинарном режиме».

В области перехода от ламинарного к турбулентному режиму λ рассчитывается по формуле Френкеля:

.

При турбулентном режиме существует три зоны: - для гидравлически гладких труб используется несколько формул;

Наиболее часто используемые:

Блазиуса область применения (4000<Rе<10⁵)

Конакова П.К. область применения (4000<Rе<Зх10⁶)

- для гидравлически шероховатых труб

Альтшуля А.Д. ,

где; кэ - эквивалентная равнозернистая шероховатость, аналогична .

Кольбрука – Уайта .

Границы использования этих формул могут определятся в диапазоне чисел Рейнольдса от 10 d/кэ до 500 d/кэ.

- в области квадратичного сопротивления (числа Рейнольдса более 500 d/кэ) применяются формулы:

Шифринсона Б.Л. .

Прандтля – Никурадзе .

Приведенные выше формулы наиболее полно и правильно учитывают влияние различных факторов на коэффициент гидравлического сопротивления трения. Они выбраны из большого числа формул, существующих в настоящее время.

Формула Альтшуля А.Д. является наиболее универсальной и может применяться для любой из трех зон турбулентного режима. При небольших числах Рейнольдса она очень близка к формуле Блазиуса, а при больших числах Рейнольдса - преобразуется в формулу Шифринсона Б.Л.

4 Основы расчета трубопроводных систем

4.1 Классификация трубопроводов

В современной технике применяются трубопроводы для перемещения разнообразных жидкостей, изготавливаемые из различных материалов.

В зависимости от геометрической конфигурации и способов гидравлического расчета различают простые и сложные трубопроводы.

Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, не имеющих боковых ответвлений. Он может выполняться из труб одного или различных диаметров, различных длин (рис. 41).

Рисунок 41 - Простые трубопроводы

Сложным называют трубопровод, состоящий из основной магистрали и ряда отходящих от нее ответвлений (рис. 42). Сложные трубопроводы подразделяются на следующие виды:

-параллельные, когда к основной магистрали параллельно подключена одна или несколько труб;

-разветвленные или тупиковые, когда жидкость из магистрали подается в боковые ответвления, обратно в магистраль она не возвращается; -кольцевые, представляющие собой замкнутую сеть (кольцо), питаемую от магистрали.

Рисунок 42 - Сложные трубопроводы

В зависимости от величины местных потерь напора все трубопроводы можно разделить на гидравлически длинные и короткие.

Трубопроводы, в которых основными потерями являются потери на трение , а местными потерями Им и скоростным напором можно пренебречь называются гидравлически длинными. В этом случае местные потери напора не должны превышать 5-10% от потерь на трение . А трубопроводы, в которых местные потери и скоростной напор соизмеримы с потерями на трение называются гидравлически короткими.

Расход может быть сосредоточенным или непрерывным. Расход называется сосредоточенным, если точки отбора находятся на значительном расстоянии друг от друга, и непрерывным, если эти точки расположены очень близко одна от другой (рис. 43).

Рисунок 43 - Расход сосредоточенный и непрерывный

Рисунок 44 - Напорный и безнапорный трубопроводы.

Различают также трубопроводы напорные и безнапорные (рис. 44). В напорных жидкость находится под избыточным давлением и при полном заполнении всего поперечного сечения. Безнапорные трубопроводы работают неполным сечением и характеризуется наличием свободной поверхности.