Ламинарное течение жидкости
Используя значение скорости u, определим величину расхода через кольцевую площадь dωc шириной dr, находящуюся на расстоянии r от центра трубы. Выше было отмечено, что скорость в любой точке этого кольца одинакова, и тогда
.
Проинтегрировав dQ по всей площади трубы (т.е. от r = 0 до r = r0), получим
Средняя скорость в таком потоке будет
Заметим, что средняя скорость потока с параболическим распределением скоростей вдвое меньше максимальной.
Из последнего выражения легко получить закон сопротивления потоку, т.е. зависимость потерь энергии от размеров и параметров движения жидкости:
Заменив в этом выражении динамический коэффициент вязкости кинематическим и выразив радиус трубы r0 через диаметр d, получим
Полученное выражение носит название закона Пуазейля и применяется для расчета потерь энергии с ламинарным течением.
Эту же величину потерь на трение ранее мы выразили формулой Дарси. Если приравнять правые части формулы Дарси и закона Пуазейля, получится:
Заменим расход произведением и подставим в последнее равенство
.
Искусственно умножим и разделим числитель и знаменатель на V:
Очевидно, что в этом случае
.
Это выражение для коэффициента гидравлического трения при ламинарном движении жидкости хорошо подтверждается экспериментом и используется на практике для определения потерь энергии в потоке при ламинарном течении. Иногда этот коэффициент обозначается .
Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 463;