Начальный участок ламинарного потока


Только что рассмотренная теория ламинарного течения жидкости в круглой трубе хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями. Однако в отдельных случаях, например течение на начальном участке трубы, где происходит формирование параболического профиля скоростей, полученный закон сопротивления нуждается в некоторых поправках.

Как показывает анализ течения жидкости в прямом трубопроводе круглого сечения, распределение скоростей по сечению трубы в непосредственной близости от входа получается практически равномерным (Рис. 5.2).

Но затем под действием сил вязкости происходит перераспределение действительных скоростей по живому сечению потока. На некотором расстоянии от начала трубы lнач устанавливается характерный для ламинарного течения параболический профиль скоростей. Этот участок, на котором формируется (стабилизируется) параболический профиль скоростей, называется начальным участком течения или участком стабилизации.

Для определения длины начального участка можно воспользоваться приближенной формулой немецкого ученого Шиллера

.                                                                  (5.15)

Сопротивление на начальном участке трубы получается больше, чем на участке стабилизированного течения жидкости. Это вызвано тем, что градиент скорости у стенки трубы на начальном участке больше, чем на участке стабилизированного течения, соответственно больше и касательное напряжение, определяемое по формуле Ньютона. Причем, касательное напряжение будет тем больше, чем ближе рассматриваемое сечение к началу трубы, т.е. чем меньше расстояние х.

Когда длина l трубы больше длины lнач начального участка, полная потеря напора определяется как сумма потери напора на начальном участке и потери напора на участке стабилизированного течения

.                                                       (5.16)

При достаточно большом значении относительной длины  трубопровода дополнительным слагаемым в скобках, равным 0,165 можно пренебречь и определять потери напора при ламинарном режиме течения жидкости по зависимости (5.12).