Презентация на тему: Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса

Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Режимы движения жидкости в трубах
Опыты Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Физический смысл числа Рейнольдса
Распределение скоростей в ламинарном и турбулентном потоке
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Кавитация
Сущность кавитации
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Стадии кавитации
Последствия кавитации
Борьба с кавитацией
Тема 5. Гидравлические сопротивления
Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Физическая природа гидравлических сопротивлений
Потери по длине. Формула Дарси-Вейсбаха
Местные потери. Формула Вейсбаха
Определение коэффициентов местных сопротивлений
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Коэффициент сопротивления при плавном расширении русла (диффузор)
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Коэффициент сопротивления при внезапном и плавном сужении русла
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Внезапный и плавный поворот потока
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Справочные коэффициенты местных потерь
Зависимость коэффициента местных потерь от Re
Определение потерь по длине (потерь на трение)
Коэффициент гидравлического трения
Участок I - ламинарный режим (  =2)
Участок II - гидравлически гладкие трубы (  ≈ 1) 4000 < Re < 10(d / Δ э)
Участок III - гидравлически шероховатые трубы
Характерные значения эквивалентной шероховатости Δ э для труб из различных материалов (в мм)
Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим)
Зависимость потерь по длине от расхода (турбулентный режим)
Определение коэффициента сопротивления λ
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса
1/51
Средняя оценка: 4.6/5 (всего оценок: 31)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1082 Кб)
1

Первый слайд презентации: Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса

Изображение слайда
2

Слайд 2: Режимы движения жидкости в трубах

В одних случаях жидкость сохраняет определенный строй своих частиц, в других - частицы перемещаются бессистемно. Опыты по этому вопросу были проведены Рейнольдсом в 1883 г.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Опыты Рейнольдса

1. Ламинарный режим движения. Особенности - слоистый характер течения жидкости, отсутствие пере-мешивания, неизменность давления и скорости по времени. 2. Переходный режим. 3. Турбулентный режим течения. Заметны: вихреобразование, вращательное движение жидкости, непрерывные пульсации давления и скорости в потоке воды.

Изображение слайда
4

Слайд 4

1. Ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости. 2. Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости.

Изображение слайда
5

Слайд 5

Примеры ламинарного и турбулентного течений Пламя Турбулентное течение в трубе Турбулентное и ламинарное обтекание Турбулентное течение за соплами

Изображение слайда
6

Слайд 6

3. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической V кр. Значение этой скорости прямо пропорционально кинематической вязкости жидкости  и обратно пропорционально диаметру трубы d. 4. Входящий в эту формулу безразмерный коэффициент k одинаков для всех жидкостей и газов, а также для любых диаметров труб. Этот коэффициент называется критическим числом Рейнольдса Re кр и определяется следующим образом:

Изображение слайда
7

Слайд 7

5. Критерий подобия Рейнольдса (число Рейнольдса) позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе. При Re < Re кр =2320 течение является ламинарным ; 2320 < Re < 3800…4200 - переходная область ; Re > 3800…4200 течение турбулентное. Зависимости справедливы только для круглых труб. Число Рейнольдса: Эпюры скоростей в трубе: а) ламинарный режим; б) турбулентный

Изображение слайда
8

Слайд 8: Физический смысл числа Рейнольдса

Число (критерий) Рейнольдса) Re - мера отношения силы инерции к силе трения - динамический коэффициент вязкости - кинематический коэффициент вязкости При увеличении скорости растут силы инерции. Силы трения при этом больше сил инерции и до некоторых пор выпрямляют траектории струек При некоторой скорости v кр : Сила инерции F и > силы трения F тр, поток становится турбулентным

Изображение слайда
9

Слайд 9: Распределение скоростей в ламинарном и турбулентном потоке

1. Ламинарное течение График распределения скоростей по поперечному сечению потока - параболоид вращения, а сечение параболоида осевой плоскостью - квадратичная парабола закон изменения скорости по радиусу трубы максимальная скорость на оси трубы

Изображение слайда
10

Слайд 10

Средняя скорость Объемный расход Потеря давления в трубопроводе Для использования в уравнении Бернулли перейдем к потерям напора: - потери напора пропорциональны средней скорости - коэффициент Кориолиса

Изображение слайда
11

Слайд 11

2. Турбулентное течение Пульсация скорости Характер линий тока В турбулентном режиме Ламинарный слой Турбулентное ядро δ л v t, c парабола - потери напора обычно пропорциональны квадрату средней скорости - коэффициент Кориолиса стремится к 1,0 при увеличении Re

Изображение слайда
12

Слайд 12: Кавитация

Кавитация – явление, возникающее в жидкости при высоких скоростях движения жидкости, т.е. при малых давлениях. Кавитация – нарушение сплошности жидкости с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), вызванное падением статического давления жидкости ниже давления насыщенных паров этой жидкости при данной температуре. - условие возникновения кавитации

Изображение слайда
13

Слайд 13: Сущность кавитации

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 потока реальной жидкости: Отсюда

Изображение слайда
14

Слайд 14

Скорость максимальна при минимально возможном давлении р 2 = р нп : - максимальная скорость истечения В жидкости наступает кипение – выделение пузырьков пара по всему объему. Поток превращается в двухфазный (пар + жидкость), его сплошность нарушается – кавитация Кавитация полностью нарушает процесс транспортировки жидкости.

Изображение слайда
15

Слайд 15: Стадии кавитации

а – образование пузырьков пара; b – объединение в крупные пузыри; c – образование паровых каверн; d – уменьшение скорости – «схлопывание» пузырей – гидравлический удар – резкое местное повышение давления – откол частиц металла ( кавитационная коррозия )

Изображение слайда
16

Слайд 16: Последствия кавитации

а) Гребные винты; б) Рабочие колеса насоса

Изображение слайда
17

Слайд 17: Борьба с кавитацией

Возникает в гидромашинах, кранах, вентилях, гребных винтах, всасывающих трубопроводах насосов и т.д. Меры борьбы с кавитацией: снижение скорости жидкости в трубопроводе; уменьшение перепадов диаметров трубопровода; повышение рабочего давления в гидросистемах (наддув баков сжатым газом); установка всасывающего отверстия насоса не выше допускаемой высоты всасывания (из паспорта насоса); применение кавитационно-стойких материалов.

Изображение слайда
18

Слайд 18: Тема 5. Гидравлические сопротивления

Изображение слайда
19

Слайд 19: Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли

0 0 1 1 2 2 Потери удельной энергии (напора) при движении жидкости от сеч. 1-1 к сеч. 2-2: h 1-2 = h дл + h кр + h пов + h вых Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли Составляющие гидравлических потерь: h дл - потери на cопротивлениях по длине, å h м - потери на местных сопротивлениях местные потери z 1 + p 1 / r g +a 1 v 1 2 /2g= z 2 + p 2 / r g +a 2 v 2 2 /2g+ h 1-2

Изображение слайда
20

Слайд 20

В одних случаях потери напора распределяются по длине трубопровода - это линейные (путевые) потери ; В других - потери сосредоточены на очень коротких участках, длиной которых можно пренебречь - потери на местных гидравлических сопротивлениях (местные потери) : вентили, закругления, сужения, расширения и т.д., - потери на деформацию потока. Источником потерь во всех случаях является вязкость жидкости, т.е. потери возникают только в реальной жидкости, в идеальной потерь нет. Потери напора по длине и в местных гидравлических сопротивлениях сильно зависят от режима движения жидкости.

Изображение слайда
21

Слайд 21: Физическая природа гидравлических сопротивлений

Местные сопротивления, обусловленные деформацией потока, в связи с препятствиями на его пути Сопротивления по длине, обусловленные силами трения и обтеканием граничных поверхностей Энергия тратится на работу по преодолению силы трения и на вихреобразование при обтекании микронеровностей стенки турбулентным потоком Энергия тратится на работу по преодолению силы инерции при деформации потока и на вихреобразование

Изображение слайда
22

Слайд 22: Потери по длине. Формула Дарси-Вейсбаха

Формула Дарси-Вейсбаха для трубы постоянного сечения l - коэффициент гидравлического трения, зависит от режима течения и состояния поверхности трубопровода l, d – длина и диаметр трубопровода V – средняя скорость движения

Изображение слайда
23

Слайд 23: Местные потери. Формула Вейсбаха

Потери напора V – средняя скорость потока перед препятствием. Иначе - обязательно оговаривается. x (кси) (иногда ζ (дзета) ) - коэффициент местного сопротивления, зависит от его вида, размера и конструктивного выполнения. Потери давления

Изображение слайда
24

Слайд 24: Определение коэффициентов местных сопротивлений

Формула Вейсбаха Коэффициент  в основном берется из справочной литературы, кроме случаев: внезапное расширение потока; внезапное сужение; диффузор и конфузор (плавное расширение/сужение); резкий и плавный поворот русла (колено/отвод). Во всех случаях - только для турбулентного режима течения.

Изображение слайда
25

Слайд 25: Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока

Потеря напора (энергии) при внезапном расширении русла расходуется на вихреобразование, связанное с отрывом потока от стенок, т.е. на поддержание вращательного непрерывного движения жидких масс.

Изображение слайда
26

Слайд 26

Рассмотрим два сечения потока: 1-1 и 2-2. Допущения: а) поток турбулентный (  = 1 ); б) напряжения трения  = 0. Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2: Из теоремы об изменении количества движения Учитывая, что и разделив на ,

Изображение слайда
27

Слайд 27

получаем: или , то есть - теорема Борда (1766) Теорема Борда - потеря напора при внезапном расширении русла равна скоростному напору, определенному по разности скоростей

Изображение слайда
28

Слайд 28

Частный случай: при ( расширение из трубы в бассейн) - полная потеря напора Из уравнения неразрывности и

Изображение слайда
29

Слайд 29: Коэффициент сопротивления при плавном расширении русла (диффузор)

Течение в диффузоре сопровождается уменьшением скорости и увеличением давления, т.е. преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. В диффузоре, как и при внезапном расширении русла, происходит отрыв основного потока от стенки и вихреобразование. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора α.

Изображение слайда
30

Слайд 30

Кроме того, в диффузоре имеются и обычные потери на трение, подобные тем, которые возникают в трубах постоянного сечения. Полную потерю напора в диффузоре рассматривают как сумму двух слагаемых: h тр и h расш - потери напора на трение и расширение (вихреобразование). Без вывода: где n = S 2 /S 1 = ( r 2 /r 1 ) 2 - степень расширения диффузора; k - коэффициент смягчения (отн. уступа). При  = 5…20° k = sin .

Изображение слайда
31

Слайд 31

Тогда полную потерю напора можно переписать в виде: коэффициент сопротивления диффузора Функция  = f(  ) имеет минимум при значении угла  - оптимальный угол раскрытия диффузора

Изображение слайда
32

Слайд 32: Коэффициент сопротивления при внезапном и плавном сужении русла

Потеря напора обусловлена трением потока при входе в более узкую трубу и потерями на вихреобразование, которые образуются в кольцевом пространстве вокруг суженой части потока Конфузор Внезапное сужение

Изображение слайда
33

Слайд 33

Полная потеря напора определится по формуле: Коэффициент сопротивления сужения  суж определяется по полуэмпирической формуле И.Е. Идельчика: где n = S 1 /S 2 При выходе трубы из резервуара больших размеров (когда можно считать, что S 2 /S 1 = 0 ), а также при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сопротивления    суж = 0,5.

Изображение слайда
34

Слайд 34

Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления. В конфузоре имеются лишь потери на трение где коэффициент сопротивления конфузора определяется по формуле где n = S 1 /S 2 - степень сужения Внимание! При сужении русла потери напора относятся к скорости за препятствием V 2 !

Изображение слайда
35

Слайд 35: Внезапный и плавный поворот потока

Плавность поворота значительно уменьшает интенсивность вихреобразования, т.е. сопротивление отвода по сравнению с коленом. Колено Отвод d ≈ 40 мм

Изображение слайда
36

Слайд 36

Коэффициент сопротивления отвода  отв зависит от отношения R / d, угла δ, и формы поперечного сечения трубы. Для отводов круглого сечения с углом δ= 90° и R/d > 1 при турбулентном течении можно воспользоваться эмпирической формулой: Для углов δ  70° коэффициент сопротивления При δ > 100°

Изображение слайда
37

Слайд 37: Справочные коэффициенты местных потерь

5-10 Вход во всасывающую коробку насоса с обратным клапаном 5-10 Кран 0,5–0,3 Колено (плавное закругление) при радиусе закругления (5-7)d 1,3 2 Резкий поворот без закругления при угле поворота 90 0 1 Выход из трубы в сосуд больших размеров 0,1 То же, но при хорошо закругленных кромках 0,5 Вход в трубу без закругления входных кромок Коэфф. x Вид местного сопротивления

Изображение слайда
38

Слайд 38: Зависимость коэффициента местных потерь от Re

Если на трубопроводе имеется несколько местных сопротивлений и расстояние между ними больше (40-60) d, то потери в них суммируются, считается, что взаимное влияние местных сопротивлений отсутствует. При меньшем расстоянии соседние местные сопротивления считаются одним сопротивлением ; коэффициент  для него определяется опытным путем. При турбулентном режиме коэффициенты местного сопротивления  не зависят от числа Рейнольдса. 1-е критическое число Рейнольдса Re кр =1260...1580

Изображение слайда
39

Слайд 39: Определение потерь по длине (потерь на трение)

Формула Дарси-Вейсбаха l - коэффициент гидравлического трения. Зависит от режима течения (числа Рейнольдса) и состояния поверхности трубопровода (ее эквивалентной шероховатости) Определение коэффициента гидравлического трения λ для каждого конкретного случая - одна из самых сложных задач гидравлики

Изображение слайда
40

Слайд 40: Коэффициент гидравлического трения

Опыты И. И. Никурадзе и Г. А. Мурина (1933) Логарифм числа Рейнольдса Re Re=2300 L g1000 l ламинарный турбулентный Re=2300 I II III IV

Изображение слайда
41

Слайд 41: Участок I - ламинарный режим (  =2)

Бугорки шероховатости покрыты ламинарной пленкой и не оказывают влияния на сопротивление трубы Ламинарный режим существует по всему сечению трубы - формула Хагена - Пуазейля парабола V

Изображение слайда
42

Слайд 42: Участок II - гидравлически гладкие трубы (  ≈ 1) 4000 < Re < 10(d / Δ э)

При увеличении скорости движения толщина ламинарного слоя уменьшается Бугорки шероховатости обтекаются ламинарным потоком и не влияют на сопротивление зависимость Блазиуса зависимость Конакова Гидравлически гладкие трубы V Условие для определения толщины ламинарного слоя

Изображение слайда
43

Слайд 43: Участок III - гидравлически шероховатые трубы

Бугорки шероховатости выступают в турбулентное ядро, с них срываются вихри. А это дополнительное сопротивление Ламинарный слой очень тонкий. Все бугорки шероховатости выступают в турбулентное ядро и полностью определяют сопротивление трубы. При увеличении скорости толщина ламинарного слоя уменьшается Абсолютно шероховатые трубы δ л << Δ э формула Альтшуля формула Шифринсона Гидравлически шероховатые трубы δ л < Δ э При дальнейшем увеличении скорости - участок IV

Изображение слайда
44

Слайд 44: Характерные значения эквивалентной шероховатости Δ э для труб из различных материалов (в мм)

Стекло 0 Трубы, тянутые из латуни, свинца, меди 0…0,002 Высококачественные бесшовные стальные трубы 0,06…0,2 Стальные трубы 0,1…0,5 Чугунные асфальтированные трубы 0,1…0,2 Чугунные трубы 0,2…1,0 Эквивалентной шероховатостью Δ э называется такая равномерная зернистая шероховатость («шероховатость Никурадзе»), которая дает одинаковую с естественной шероховатостью данной трубы величину λ. Для определения Δ э не нужно производить каких-либо обмеров шероховатости - ее определяют путем гидравлических испытаний.

Изображение слайда
45

Слайд 45: Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим)

Формула Дарси-Вейсбаха Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим) Формула Пуазейля h дл Q При ламинарном режиме потери по длине пропорциональны расходу в первой степени

Изображение слайда
46

Слайд 46: Зависимость потерь по длине от расхода (турбулентный режим)

Формула Дарси-Вейсбаха Зависимость потерь по длине от расхода (турбулентный режим) h дл Q При турбулентном режиме потери по длине пропорциональны Q 1.75 (зона III – зона доквадратичного сопротивления) и Q 2 (зона IV – зона квадратичного сопротивления) Гидравлически гладкие трубы Абсолютно шероховатые трубы Q 0

Изображение слайда
47

Слайд 47: Определение коэффициента сопротивления λ

1. Аналитический способ

Изображение слайда
48

Слайд 48

2. Графический способ а) Номограмма Колбрука-Уайта

Изображение слайда
49

Слайд 49

б) График Мурина У труб с естественной шероховатостью, переход от кривой Блазиуса к кривой для гидравлически шероховатых труб происходит более плавно, без «ложки». Это объясняется тем, что в трубах с естественной шероховатостью все бугорки имеют различную высоту; их выход из-под вязкого подслоя происходит постепенно. Поэтому λ изменяется более плавно.

Изображение слайда
50

Слайд 50

3. Табличный способ Таблицы Ф.А. Шевелева /таблицы Лукиных (водопр. трубы) (канализ. трубы) 1000 i – гидравлический уклон, м/км

Изображение слайда
51

Последний слайд презентации: Тема 4. Режимы течения жидкости. Число Рейнольдса

Начальный участок ламинарного течения в трубе Длина трубы, на которой стабилизируется профиль скорости, называется начальным участком. Длина участка Потери на трение

Изображение слайда