Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости

Будем считать, что по всему поперечному сечению Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru . Строго говоря, это утверждение справедливо только для параллельных трубок тока. Выделим в общем потоке элементарную струйку, такую тонкую, что изменением параметров в поперечном сечении будем пренебрегать. От трубки к трубке скорость потока будем считать переменной.

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru

Введем понятие элементарной мощности потока dN, которая переносится элементарной струйкой. Известно, что мощность равна Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru (dE – приращение энергии), тогда элементарная мощность равна

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Полный напор элементарной струйки равен

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Из последнего выражения выразим Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru и, учитывая последнее выражение, представим элементарную мощность в виде

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Проведем преобразования: Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ; Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ; Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ; Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru , где Q – объемный расход жидкости, Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru – удельный вес жидкости. Тогда

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ,

где Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Мощность всего потока определится как

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Пользуясь теоремой о среднем: Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru , можем записать:

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ; (3.1)

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Подставляя выражение полного напора в (3.1), получим

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ; Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ;

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru , (3.2)

где Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru – коэффициент неравномерности потока (Кориолиса). (3.3)

Экспериментально установлено следующее:

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru , (3.4)

где Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru – суммарные потери полного напора в канале между сечениями 1 и 2.

Уравнение (3.4) – это уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости. Развернутая форма уравнения Бернулли имеет вид:

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Отметим, что уравнение неразрывности для течения реальной вязкой жидкости (для сечений 1 и 2) примет вид:

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru .

Существует 2 вида потерь полного напора:

1. потери по длине потока Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ; они обуславливаются вязкостью реальной жидкости (трением), для их существования необходима достаточная длина канала;

2. местные потери Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru . Они возникают в тех местах (внезапное расширение, поворот потока и др.), где изменяется конфигурация потока, приводящая к деформации эпюр распределения скоростей в поперечном сечении трубы.

Местные потери могут быть оценены с помощью формулы Вейсбаха:

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ,

где ξ – коэффициент сопротивления (местного сопротивления).

Для местных сопротивлений Vcp – средняя по сечению скорость в трубе, в которой установлено данное местное сопротивление. Если же диаметр трубы и, следовательно, скорость в ней изменяется по длине, то за расчетную скорость удобнее принимать большую из скоростей, т.е. ту, которая соответствует меньшему диаметру трубы (см. уравнение неразрывности).

Каждое местное сопротивление характеризуется своим значением коэффициента сопротивления ξ, которое во многих случаях приближенно можно считать постоянным для данной формы местного сопротивления (при развитом турбулентном течении, подробнее – см. ниже). Нахождение численных значений коэффициента ξ для различных местных сопротивлений подробно рассмотрено ниже.

Потери на трение для круглой трубы длиной l и диаметром d можно представить в виде (формула Дарси):

Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru ,

где Уравнение Бернулли для реальной вязкой жидкости - student2.ru – коэффициент гидравлического сопротивления трения (коэффициент потерь на трение, коэффициент трения).

Нахождение численных значений коэффициента λ для различных режимов течения жидкости (ламинарный, турбулентный) подробно рассмотрено ниже.

Наши рекомендации