Потери напора по длине, иначе их называют потерями напора на трение, возникают в гладких прямых трубах с постоянным сечением при равномерном течении. Такие потери обусловлены внутренним трением в жидкости и поэтому происходят и в шероховатых трубах, и в гладких. Основной расчетной формулой для потерь напора при ламинарном и турбулентном режиме движения жидкости в круглых трубах является формула Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид:
,
где λ– коэффициент гидравлического трения (иначе его называют коэффициент потерь на трение или коэффициент трения);
l - длина трубопровода, м;
d – диаметр трубопровода, м;
- средняя скорость движения жидкости, м/с;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
Коэффициент трения λ зависит от числа Рейнольдса Re (режима движения жидкости) и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или d/∆, – абсолютное значение эквивалентной шероховатости).
Коэффициент трения при ламинарном режиме движения жидкости рассчитывается по формуле:
|
|
,
Область турбулентного и переходного режимов в свою очередь разбиваются на три области:
1) область гидравлически гладких труб: ;
2) область доквадратичного сопротивления шероховатых труб: ;
3) область квадратичного сопротивления шероховатых труб: .
На практике при турбулентном режиме движения коэффициент трения может быть определен по графику Г.А. Мурина (рисунок 24) или рассчитан по формуле А.Д. Альтшуля:
,
где Re – критерий Рейнольдса,
– коэффициент трения;
– абсолютное значение эквивалентной шероховатости, м.
d – диаметр трубопровода, м.
Рисунок 24 – График Мурина
Область I соответствует области доквадратичного сопротивления шероховатых труб: ;
Область II соответствует области квадратичного сопротивления шероховатых труб: .
Область гидравлически гладких труб () на графике Мурина соответствует нижней кривой.
Величина называется относительная шероховатость трубопровода.
Обратное значение - относительная гладкость трубопровода.
Величину абсолютной эквивалентной шероховатости D при расчетах берут из справочной литературы в зависимости от материала трубопровода и состояния его внутренней поверхности (срок службы, вид перекачиваемой жидкости, рабочие параметры и т.д.) [2-5,13].