Распределение скоростей и определение потерь напора при турбулентном режиме движения жидкости в трубах.

При турбулентном режиме скорость движения в каждой точке изменяется по величине и направлению, то есть происходит пульсация скорости вокруг некоторого среднего значения, которое називается осредненной местной скоростью.

Осредненная скорость условно считается постоянной в рассматриваемой точке и направленной параллельно оси потока. Это движение по осередненим скоростям может считаться паралельноструйным и к нему можно применить уравнение Бернулли. Осередненная скорость потока, и дальше в теме будет считаться местной скоростью в данной точке.

Все модели распределения скоростей потока по сечению имеют полуэмпирический характер (полуопытный). Выявлено, что распределение скоростей по сечению также, как и при ламинарном движении, имеет характер параболы, но эта парабола значительно меньше вытянута вдоль оси движения. Закон распределения скоростей учитывает касательные напряжения вдоль стенок:

- динамическая скорость или скорость касательного напряжения, м/с.

х - универсальная постоянная Прадтнля, которая равняется приблизительно 0,4.

- коэффициент Дарси.

Соотношение средней и максимальной скоростей равняется 0,7 ¸0,9.

Коэффициент Кориолиса a=1,03¸1,2. Это свидетельствует о более равномерном распределении скоростей по сечению трубы в результате их пульсации.

Рис. 23. Распределение скоростей в трубе в двух режимах движения жидкости.

Немецкий ученый Прандтль создал полуэмпирическую теорию турбулентности. Согласно ей, в трубе поток распределяется на турбулентное ядро и тонкий ламинарный слой по периметру стенки с выступами шероховатости К_э (или Δ_э) .

Исследования ученых Никурадзе и Мурина позволили получить полуэмпирические формулы и графики для определения коэффициента l и потерь напора по формуле (1) при турбулентном режиме движения жидкости в трубах. Это есть основной расчетный режим при проектировании.