Материал труб |
Состояние труб |
Кэ , мм |
|
новые |
|
0,2 −0,5 |
|
||
Чугунные |
0,3 |
|
|
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
бывшие в употреб- |
|
|
0,5 −1,5 |
|
||
|
|
|
||||
|
1,0 |
|
|
|||
|
лении |
|
|
|||
|
|
|
||||
|
новые |
0,05 −0,1 |
||||
Асбоцементные |
0,085 |
|
|
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
бывшие в употреб- |
0,6 |
|
|
||
|
лении |
|
|
|
|
|
|
при хорошей по- |
0,3 −0,8 |
||||
|
верхности с затир- |
0,5 |
|
|
||
Бетонные |
кой |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
с грубой (шерохо- |
|
|
3 − 9 |
||
|
ватой) поверхно- |
|
|
|||
|
стью |
|
|
|
|
|
4.3. Законы сопротивления
Законом сопротивления является зависимость λ(Re, Кэ/d). На основе многочисленных экспериментов установлены следующие закономерности гидравлического сопротивления круглых труб, приведенные в табл. 5. При ламинарном режиме течения (Re < 2300) шероховатость труб не оказывает влияния на коэффициент сопротивления, и закон сопротивления соответствует теоретическому решению Пуазейля для гладких труб, λ = 64/Re .
При турбулентном режиме течения в определенном диапазоне чисел Рейнольдса (4000 < Re < Reпред) шероховатость также не сказывается на законе сопротивления, и он имеет вид, установленный
Блазиусом для гладких труб: λ = 0,3164 . Имеет место так назы-
Re 0,25
ваемая зона гидравлически гладких труб. Предельное значение числа Рейнольдса Reпред, выше которого начинает сказываться шерохо-
14
ватость, определяется величиной, эквивалентной относительной шероховатости Кэ/d.
|
|
|
Законы сопротивления |
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Зона сопротивления |
|
Границы зоны |
|
|
|
|
|
Закон сопротивления |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1. Ламинарное те- |
|
|
Re < 2300 |
|
|
|
|
|
λ = 64 / Re − закон |
|
||||||||||||||||||
|
чение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гагена-Пуаэейля |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ = |
0,3164 |
− формула |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
2. Зона гидравличе- |
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
Re 0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ски гладких труб |
4000 < Re < 20 |
|
|
|
|
|
|
Блазиуса; |
|
|
|
|
||||||||||||||||
при турбулентном |
Kэ |
λ = |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
− |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
режиме течения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1,8 lg Re−1,64)2 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формула Филоненко-Альтшуля |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Переходная зона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
|
||
(от |
зоны гидравли- |
20 |
d |
|
< Re < 500 |
|
d |
|
|
|
|
|
K |
э |
|
|
|
68 |
|
|||||||||
чески гладких труб |
|
|
|
|
|
|
λ = 0,11 |
|
|
|
|
+ |
|
|
− |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Kэ |
|
Kэ |
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
Re |
|
||||||||||||||
к зоне квадратично- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формула Альтшуля |
|
|||||||||||||||
го сопротивления) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ = |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
− |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 2lg |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,74 |
|
|
|
|
||||||||||
4. Зона квадратич- |
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kэ |
|
||||||
|
500 |
< Re |
|
|
|
|
|
формула Прандтля − Никурадзе |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
ного сопротивления |
|
|
|
|
Kэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
0,25 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ = 0,11 |
|
|
|
− |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формула Б.Л.Шифринсона |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15
Чем больше относительная шероховатость, тем при меньших Re
она начинает сказываться (тем меньше Reпред). Для труб с неравномерной шероховатостью (Re)пред ≈ 20/(Кэ/d). Подходя к этому вопро-
су с другой стороны, можно говорить, что гидравлически гладкими трубами являются трубы, имеющие эквивалентную относительную шероховатость меньше некоторого предельного значения, завися-
щего от Re: Кэ/d < (Кэ/d) пред. Для труб с неравномерной шероховатостью (Кэ/d)пред ≈ 20/Re. Для труб с равномерно-зернистой шероховатостью в пределах до Re = 105 имеют место следующие соотноше-
ния (Кэ/d) пред = 17,85·Re-0,875, (Re)пред = 26,9/(Кэ/d)1,143.
При больших значениях числа Рейнольдса (Rе ≥ 106) коэффициент гидравлического трения перестает зависеть от него и определяется только относительной шероховатостью труб. Имеет место так называемая зона квадратичного сопротивления или зона вполне шероховатых стенок, или зона турбулентной автомодельности. Между зоной гидравлически гладких труб и зоной квадратичного сопро-
тивления лежит переходная зона, в которой λ = f (Re,KЭ
d ). Зна-
чения коэффициента гидравлического трения λ рассчитываются по формулам табл. 5 для заданных Rе и шероховатости Кэ/d.
4.4. Местные сопротивления
Некоторые виды местных сопротивлений и их коэффициенты сопротивлений представлены в Приложении.
Компенсаторы устанавливаются на магистральных трубопроводах через определенные промежутки друг от друга и, деформируясь, принимают на себя те температурные напряжения, которые могут возникнуть в трубопроводе при колебаниях его температуры. Например, стальной трубопровод длиной 60 м при изменении температуры на 200 К изменяет свою длину на 150 мм.
Более подробные сведения по различным типам местных сопротивлений находятся в справочниках [3-4].
16