При турбулентном режимев области гидравлически гладких труб в эмпирические зависимости для коэффициента λвходит только числоРейнольдса.
λ = f(Re).
Толщина δл ламинарного подслоя невелика, но, подсчитанное по толщине δл, скорости Vл и кинематической вязкости ν, число Re≤ 2300.
Внутриламинарногоподслоя происходит течение,в котором Reкр >2300, и эта часть потока называется "турбулентное ядро".
При увеличении скорости к переходной области толщина δл ламинарного подслоя уменьшается.
Труба называется гидравлически шероховатой, когда на ее внутренней поверхности ламинарный подслой мал или отсутствует и сопротивление потоку определяется только относительной шероховатостью Δ/d
λ = f(∆/d).
Областью гидравлически шероховатых труб называется часть графика, в которой λ зависит только от относительной шероховатости внутренней поверхности трубы.
Относительной шероховатостью называется отношение ∆/r0 (или ∆/d), где ∆ - средняя высота бугорков неровностей(шероховатостей) внутри трубы, r0 — радиус трубы, d–диаметр. Используется в графике Никурадзе.
Относительной гладкостью называется отношение d/∆э,где ∆э –эквивалентная шероховатость внутри трубы, d -диаметр трубы. Используется в графике Мурина.
Одинаковая абсолютная шероховатость может не оказывать влияния на сопротивление трубы большого диаметра, но значительно влияет на сопротивление трубы малого диаметра, поэтому используются относительные шероховатости и гладкости.
Область гидравлически гладких труб на графике λ расположена между осями координат и первой кривой
λ=f(Re).
Сопротивление гидравлически гладких труб формируется устойчивым ламинарным подслоем.
Область гидравлически шероховатых труб на графике λ расположена в правой части графика, где линии λ параллельны оси абсцисс
λ =f(d/∆).
Сопротивление шероховатых труб формируется шероховатостями (неровностями), выступающими на поверхность, ламинарный подслой размыт, относительная гладкость изменяется от самой малой до самой большой.
Переходная область на графике λ расположена между областью гидравлически гладких и шероховатых труб.Вэтой области еще есть ламинарный подслой и сопротивление потоку зависит и от числа Re, и от шероховатости внутренней поверхности трубы.
λ =f(Re, ∆/d).
На рис.11.8даны результаты опытов, проведенных во Всесоюзном теплотехническом институте Г.А.Муриным.
Этот график показывает зависимость коэффициентов λ при турбулентном режиме течения. Коэффициент λ для натуральных шероховатых труб на графике указан в зависимости от Re для разных значений относительной гладкости - d/∆э.
Переход от линии, соответствующей области гладких труб, к горизонтальным прямым соответствующимобласти шероховатых труб, происходит для натуральных труб более плавно без провала кривых, характерных для графика Никурадзе.
На этом графике выделяют три области.
1.При 2300<Re =<20d/∆э.Область гидравлически гладких труб.
Для определения λиспользуется формулаБлазиуса
2.При 20d/∆э<Re< 500 d/∆э, переходная область.
Для определения λиспользуется формулаА. Д. Альтшуля
(11.7)
1.2.Область шероховатых труб.При Re>= 500 d/∆э.
Для определения λт используется формула
, (11.8)
где ∆э - эквивалентная абсолютная шероховатость; d - диаметр трубы.
Обычно в задачах и расчетах задается диаметр, скорость и вязкость, по ним определяется число Re, шероховатость или дана, или ей задаются.
По относительной гладкостиd/Δи числу Reпо графикам Мурина находят область, к которой можно отнести используемую трубу и определяют число λт, по формуле Вейсха-Дарси находят сопротивление трубопровода.
Таким образом, путем использования численного значения отношения d/∆эи числаRe можно установить границы указанных выше областей (режимов) турбулентного течения в шероховатых трубах.