Теория пограничного слоя Г. Шлихтинг под ред. Лойцянского Л.Г. (1013691), страница 149
Текст из файла (страница 149)
Некоторые результаты таких измерений даны на рис. 20.24. Аналогичного рода измерения в трубах, внутренняя поверхность которых была сделана искусственно шероховатой путем нарезки разной формы, были выполнены В. Л. Стритером (м) и Г. Мебиусом (ее). Трубы, считаемые в технических условиях гладкими, в большей части случаев не могут рассматриваться как гидравлически гладкие. Доказательством этого могут служить изображенные на рис.
20.18 результаты измерений Б. Бауэра и Ф. Галавича [з), выполненных для течения в технически гладкой железной трубе. ,")63 ~м ДРУГИЕ ВИДЫ ШЕРОХОВАТОСТИ В случае технической шероховатости трудность обычно состоит в установлении размера шероховатости. Обзор довольно обширного зкспериментального материала о солротивленин в технически шероховатых трубах 564 туРВулиитнои твчкнив В тРуБАх !гл. хх Ряе. 2биб. Вепомогательлая дяаграмма, поаволяюжая определать вквявалевтяую песочную пюроховатоеть для техлячеокя жероховатых труб яе: а) клепаной стали; б) желееобетояа; е) дерева; е) чугуна; д) одвкковаяяого желева; е) аефальтвроваявого желева; ж) строительной в куаяечкой оталя! а) для тявутых труб. По Моуди РЧ.
з 8. Течение в криволинейных трубах и диффузорах Криволинейные трубы. Все сказанное в предыдущих параграфах применимо только к прямым трубам. В криволинейных трубах на более быстрые частицы жидкости, движущиеся в середине трубы, действует ббльшая центробежная сила, чем на менее быстрые частицы, движущиеся вблизи стенок. Это приводит к возникновению вторичного течения, которое в середине трубы направлено к внешнему закруглению, т.е. наружу, а около стенок трубы— дающая с диаграммой Никурадзе (см. рис.
20.18). Эквивалентную относительную песочную шероховатость, знание которой необходимо для пользования диаграммой Моуди, следует брать из вспомогательной диаграммы, изображенной на рис. 20.26. В последней диаграмме технически шероховатые трубы расположены в порядке, совпадающем со шкалой песочной шероховатости. Это следует иэ того, что зависимость Х от /ге/о' при режиме с полным проявлением шероховатости приводит к значениям А„совпадающим со значениями, полученными И. Никурадзе и изображенными на рис. 20.18.
Однако в техни- чески шероховатых трубах переход г б от режима без проявления шерохова- ~-г~ тости при малых числах Рейнольдса "ч)ь к режиму с полным проявлением б и шероховатости при больших числах Рейнольдса происходит значительно более постепенно, чем в трубах с 'т песочной шероховатостью. р В некоторых случаях техническую шероховатость все же нельзя просто сравнить с песочной шероховатостью. Так, например, весьма ь своеобразная шероховатость, вызвавд ) шая необычайно сильное повышение Гг сопротивления, была обнаружена в /а'~, водопроводных трубах в Эккертале еч (ае), [то). После многолетней эксплуаг г гуг г г ~уг г г уг тации расход в этих трубах, диадиаме~пр прубы д, пп метр которых был равен 500 ггг), понизился более чем на 50%. При осмотре труб обнаружилось, что на их внутренней стенке образовались волнистые отложения, расположенные перпендикулярно к направлению течения и имеющие высоту всего около 0,5 ггм. Таким образом, геометрическая шероховатость составляла всего только /г/Я = 1/1000, в то время как эффективная песочная шероховатость /г,/В, соответствовавшая фактическим коэффициентам сопротивления, была равна от 1/40 до 1/20 (фактический коэффициент сопротивления был вычислен на основании измерения понижения расхода).
Этот случай показывает, что волнистая шероховатость вызывает аначительно большее увеличение сопротивления, чем песочная шероховатость с такой же высотой выступов. Тщательное исследование повышения сопротивления в трубах, применяемых в вентиляционных шахтах, содержится в работе Э. Хюбнера (м). Дальнейшие сведения о сопротивлении, связанном с шероховатостью, в частности о сопротивлении, вызываемом отдельными выступами шероховатости, будут даны в главе ХХ1 при изложении вопроса о сопротивлении пластины при ее продольном обтекании. ТЕЧЕНИЕ В КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБАХ И ДИФФУЗОРАХ 565 б 8] к внутреннему закруглению, т.
е. к центру кривианы (рис. 20.27). При большой кривизне распределение скоростей значительно изменяется — максимум скорости перемещается наружу. При ламинарном течении влияние кривизны значительно сильнее, чем при турбулентном. Экспериментальным исследованием ламинарного течения в криволинейных трубах занимались К. М. Уайт Ра] и М. Адлер Р[, а турбулентного течения — Г. Нипперт [ао] и Г. Рихтер ['а]. Теоретические расчеты ламинарного течения выполнены В. Р. Дином Р] и М. Адлером [2].
Рнс. 20.2Ь Течение н нриноннвсаноа трубе. По Пра|щппо [О], Параметром, определяющим влияние кривизны трубы, при ламинарном течении является число Дина (20.39) где Л есть радиус трубы, а г — радиус кривизны. Измерения, выполненные М. Адлером для значений отношения г!Л = = 50; 100 и 200, показали, что при ]]е У" Вlг ) 102~2 кривизна трубы вызывает сильное увеличение сопротивления. По расчетам М. Адлера, коэффициент сопротивления ]0 криволинейной трубы равен — = 0,1064 []]е ~/ — 1 (20.40) где ]00 есть коэффициент сопротивления прямой трубы, определяемый формулой (20.30).
Однако измерения показывают, что эта формула применима только для значений У Юг ) 10' '. Лучше согласуется с измерениями формула — = 0,3700'вб, (20.41) Ао предложенная Л. Прандтлем [аь]. Она дает хорошее совпадение с эксперименгомп и 10],0 ( ]ч ( ]] ) ы~ Для коэффициента сопротивления криволинейной трубы при турбулентаом течении К. М. Уайт [00] вывел формулу — = 1+ 0,075]те~~~ ( — ) (20.42) ') ь] В работе Х.
Ито [м] приводятся формулы: Ь ( — ) =0,029+0,304 [йе ( — ) 1 при 0,034(йе ( — ) (300 — '=[йе О) 7'" ". "( —.) )ти формулы дают для А несколько ииые значения, чем формула Уайта (20.42), ио в общем овпадают с исй. ~гл. хх ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ Новые измерения в криволинейных трубах выполнены Г.
Г. Камингом [т). 'Гщательными измерениями коэффициентов потерь при турбулентном течении, а также теоретическими расчетами занимался Р. В. Детра [го). Он исследовал криволинейные трубы не только с круглым, но и с некруглым поперечным сечением. Выяснилось, между прочим, что в трубах с эллиптическим поперечным сечением коэффициент потерь в том случае, когда большая ось эллипса лежит в плоскости кривизны, значительно больше, чем -тогда, когда эта ось перпендикулярна к указанной плоскости.
Вторичное течение в изогнутом по окружности канале с прямоугольным поперечным сечением исследовано Э. Беккером [е) для случая, когда радиальное протяжение поперечного сечения значительно больше его высоты. Вопросу образования застойной зоны и отрыва течения в колене с квадратным поперечным сечением для поворота течения в трубе на 90' посвящена работа Д. Хаазе [ге!. Диффузоры. Весьма многочисленные экспериментальные и теоретические исследования течения в прямых и криволинейных диффузорах выполнены 'Ж.
Аккеретом [г) и Г. Шпренгером [ео), ["1, а также С. Клайном [га), — Рчгунре— / Ре — О,— Ю Ре ьь й Е .ь ге- ~~г г.РУРРе ~Х Х йт 0 ахеи деи е)е22 КОМ 005 000 Рд; тнннуннн ОененннннннененОннОО 66щщуор, рп Рвс. 20.22. Зависимость иоафавивевта преобразования давленая в прямых я нриволинеавых лиФФУ- .ворах с вруглым поперечным сечением от толщины вытеснения пограничного слоя пря вхоие в ВифФуаор (Формула (2ВАВ)Х По ж. Авиертету Н и Г.
Шпренгеру Ип [аа), [аа) И ЕГО СОтрудНИКаМИ. ОДНИМ ИЗ ВажНЕйШИХ рЕЗуЛЬтатОВ ЭТИХ ИССЛЕ- дований является следующий: толщина турбулентного пограничного слоя при входе в диффузор оказывает очень большое влияние на коэффициент полезного действия диффузора, т. е. на величину Ра — Ре Ч 1 — р (ие — иа) 2 (20.43) определяющую повышение давления, достигаемое при помощи диффузора. В формуле (20.43) р есть статическое давление, а и — осредненная по поперечному сечению скорость. Индекс 1 относится к этим величинам во входном сечении диффузора, а индекс 2 — к тем же величинам в выходном сечении.
На рис. 20.28 изображена зависимость коэффициента у)о от отношения 26г,/еее для диффузоров с круглым поперечным сечением ебм есть толщина вытесне- 567 ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ ХХ мия пограничного слоя при входе в диффузор, а Рг — диаметр входного сечения). Мы видим, что у прямого диффузора в том случае, когда толщина вытеснения бп при входе составляет 0,5% от радиуса Рг/2, коэффициент г)п равен 0,9.
При возрастании толщины вытеснения б„до 5в4 от 1Аг!2 коэффициент г)п уменыпается до 0,7. У криволинейных диффузоров коэффициент т)о сильно уменьшается при увеличении угла поворота диффузора. Далее, выполненные измерения показали, что у криволинейных диффузоров большую роль играет также форма выходного сечения. Так, например, у диффузора с круглым входным и эллиптическим выходным поперечным сечением коэффициент г)п значительно ниже в том случае, когда большая ось эллипса лежит в плоскости кривизны диффузора.
Если же большая ось эллипса перпендикулярна к плоскости кривизны, то получается больший коэффициент г)п. Причина этого заключается в том, что в первом случае возникает значительно более мощное вторичное течение, что влечет за собой более высокие потери энергии.
Для прямых диффузоров с круглым поперечным сечением Ж. Аккерет определил коэффициент полезного действия теоретически посредством расчета турбулентного пограничного слоя способом, указанным в главе ХХП. Как показывает рис. 20.28, теоретический результат хорошо совпадает с измерениями. Систематические расчеты пограничного слоя в прямых 'диффузорах выполнены также Г. Шлихтингом и К.
Герстеном [в'[. Эти расчеты показали, что при неизменяющемся отношении площади входного поперечного сечения к площади выходного поперечного сечения для каждого числа Рейнольдса, составленного для условий при входе в диффузор, существует оптимальный угол 2а раствора диффузора, при котором коэффициент г)о достигает максимума. Этот оптимальный угол раствора лежит в пределах от 2а = 3' до 2а = 8' и уменьшается при увеличении числа Рейнольдса. Экспериментальными исследованиями диффузоров занимались также Ф. А. Л. Уинтерниц и В.
Дж. Рамзей [гв[. Сводный обзор о течениях в диффузорах в недавнее время опубликован Д. Дж. Кокрелом и Э. Маркледдом [вв[. 9 9. Нестационарное течение в трубе Ф. Шультц-Грунов [вг[ исследовал течение в трубе с периодической пульсацией, наложенной на осредненное течение. Для создания пульсаций в выходном сечении трубы была устроена раздвижная диафрагма, которая периодически расширялась и суживалась. К выходному сечению вода притекала с постоянным избыточным давлением. Профили скоростей в периоды ускорения и замедления течения резко отличаются один от другого.
В период ускорения они более или менее сходны с профилями скоростей стационарного течения в постепенно суживающейся трубе или суживающемся канале; в период же замедления они более близки к профилям скоростей стационарного течения в расширяющемся канале (диффузоре; см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
