Как поведет себя жидкость в турбулентном потоке, зависит от того, каким является коэффициент шероховатости стальных труб. Различные неровности на внутренней поверхности отражаются на характеристиках коллекторов, их пропускной способности и происходящих внутри процессах. Как и почему это происходит, расскажет данная статья.
Виды шероховатостей в гидравлике
Течение жидкости в ламинарном режиме происходит медленно и плавно, и она спокойно обтекает на своем пути небольшие препятствия. Местное сопротивление в этом случае настолько незначительное, что его величиной можно пренебречь.
На заметку! Турбулентным движением называется движение газа, жидкости или воздуха, при котором кроме средней скорости общего потока, частицы вещества имеют добавочную скорость. Ее направление может не совпадать с направлением средней скорости.
При турбулентном потоке даже мелкие препятствия могут стать источником вихревого движения жидкостей. Они приводят к возрастанию точечных гидравлических сопротивлений, которые в ламинарном потоке настолько малы, что не заслуживают внимания. Препятствиями в данном случае считаются царапины, заусеницы, бугорки и т.п. на стенках трубопровода. В гидравлике они называются выступами шероховатости.
Проблема данного вида может быть абсолютной или относительной:
- Абсолютная шероховатость труб зависит от средней высоты бугорков, которые располагаются на внутренних стенках магистрали. Здесь имеет значение качество изготовления, условия эксплуатации и материал конструкции. Данный показатель не оказывает влияния на потерю напора, поскольку не связан с поперечными размерами потока.
- Относительная шероховатость труб – это отношение величины абсолютной шероховатости к диаметру трубопровода. Этот показатель сказывается на величине потери напора.
Помимо двух основных видов существует также понятие эквивалентной шероховатости стальных труб, которая искусственно создается бугорками одинаковой высоты по всей длине трубопровода. При ее определении диаметр зерен подбирается так, чтобы в местах квадратичного сопротивления коэффициент по величине был равен коэффициенту при естественной неровности внутренней поверхности сетей.
На заметку! Данный показатель определяется экспериментально, берется из справочных таблиц или вычисляется по приближенной формуле. Как он сказывается на величине гидравлического сопротивления, зависит от диаметра коллектора.
Гидравлически гладкие и шероховатые трубы
У поверхности трубы с внутренней стороны существует относительно статичный слой, рядом с которым все скорости равняются нулю. Этот подвязкий слой называют ламинарным. Если сравнивать с основным потоком, он очень тонкий, но именно из-за него происходят потери напора или удельной энергии.
В случае, когда бугорки на поверхности профиля по высоте меньше толщины ламинарной пленки, они не оказывают влияния на характер движения жидкости. Напор в этом случае может уменьшаться по другим причинам, и такие трубы имеют название – гидравлически гладкие.
Когда высота выступающих зерен больше толщины ламинарной пленки, то напор теряется по причине неровностей внутренней поверхности. Такие конструкции называются гидравлически шероховатыми.
Гидравлические потоки имеют свои особенности, и их следует учитывать при выборе и проектировании транспортирующих магистралей.