ДО РОЗВИТКУ ГІДРАВЛІЧНИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ ТУРБУЛЕНТНИХ ПОТОКІВ У ТРУБОПРОВОДАХ
DOI:
https://doi.org/10.32347/2524-0021.2023.42.71-83Ключові слова:
гідравлічні розрахунки, трубопроводи, турбулентні потокиАнотація
Наведено результати теоретичного аналізу турбулентного руху води у трубопроводах. Запропоновано проводити оцінку параметрів турбулентних потоків за показниками молекулярної та турбулентної в’язкості із введенням у розрахунки умовної відносної товщини примежового шару. Уточнено залежності логарифмічного закону розподілу осереднених швидкостей у поперечних перетинах трубопроводів. На відміну від аналогічних формул напівемпіричної теорії турбулентного руху вони відповідають крайовим умовам на стінці трубопроводу. Отримано нові теоретичні залежності між основними параметрами турбулентних потоків у трубопроводах. Доведено, що величина коефіцієнтів гідравлічного тертя визначається двома параметрами: умовною відносною товщиною примежового шару та коефіцієнтом пропорційності, що враховує зміну дотичних напружень у турбулентному потоці. Адекватність отриманих залежностей підтверджена їхньою відповідністю експериментальним даним гідравлічних закономірностей турбулентних потоків, на основі яких було розроблено чинні нормативи для гідравлічних розрахунків водопровідних труб. Для гідравлічно гладких труб отримано залежність явного виду для коефіцієнтів гідравлічного тертя у широкому діапазоні чисел Рейнольдса (від 7 10³ до 10⁷). Вона практично повністю відповідає відомій формулі Прандтля-Кольбрука, що має неявну форму. Визначено числові значення та аналітичні залежності між параметрами турбулентного руху у гідравлічно гладких трубопроводах. Встановлено, що із зростанням числа Рейнольдса величини як умовної, так і абсолютної товщин примежового шару зменшуються, а із збільшенням діаметрів труб – зростають. Показано, що товщина примежового шару залежить від виду і величини шорсткості внутрішньої поверхні труб і є визначальною при оцінці інших параметрів турбулентних потоків у трубопроводах.
Посилання
Altschul, A. D. (1982) Hydraulic resistance. Moscow: Nedra. [in Russian]
Bolshakov, V. A., Konstantinov, Yu. M., Popov, V. N. and others (1984). Handbook of hydraulics. Kyiv: Higher School. [in Russian]
Konstantinov, Yu. M., & Gizha, O. O. (2002) Technical mechanics of liquids and gases. Textbook. Kyiv: Higher School. [in Ukrainian]
Tkachuk, O. A. (2022) Hydraulic calculations of pipeline systems of water supply and drainage: Monograph. Rivne: NUWEE. [in Ukrainian]
Khlapuk, M. M., Moshinskyi, V. S., Bezusiak, O. V., & Volk, L. R. (2019) To the development of the theory of flow movement in pipelines in the turbulent regime. Bulletin National University of Water and Environmental Engineering, 3(87). 3- 18. [in Ukrainian]
Khlapuk, M. M., Moshinskyi, V. S., Bezusiak, O. V., & Volk, L. R. (2020) Investigation of the profile of the average flow velocity in pipelines in the turbulent regime in the area of hydraulically smooth resistance,, Bulletin National University of Water and Environmental Engineering, 1(89). 3-11. [in Ukrainian]
Shevelev, F. A. (1953) Investigation of the main hydraulic regularities of turbulent motion in pipes. Moscow: Stroyizdat. [in Russian]
Brkić, D. (2016) A note on explicit ap-proximations to Colebrook’s friction factor in rough pipes under highly turbulent cases. In-ternational Journal of Heat and Mass Transfer, 93, 513-515. https://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.109
Choo, Y.-M.; Kim, J.-G.; Park, S.-H. (2021) A Study on the Friction Factor and Reynolds Number Relationship for Flow in Smooth and Rough Channels. Water, 13, 1714. https://doi.org/10.3390/w13121714
Dutta, Р.; & Nandi, N. (2015) Effect of Reynolds Number and Curvature Ratio on Single Phase Turbulent Flow in Pipe Bends. Mechanics and Mechanical Engineering, 19(1). 5–16. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/282884519_Effect_of_Reynolds_number_and_curvatu-re_ratio_on_single_phase_turbulent_flow_in_pipe_bends
Engineering ToolBox, (2004). Fluid Flow Friction Loss - Hazen-Williams Coefficients. [online] Available at: https://www.engineeringtoolbox.com/hazen-williams-coefficients-d_798.html
Hultmark, M., Vallikivi, M., Bailey, S. C. C. , & Smits, A. J. (2013) Logarithmic scaling of turbulence in smooth- and rough-wall pipe flow. Journal of Fluid Mechanics, 728. 376-395 Retrieved from https://fluids.princeton.edu/pubs/Hultmark_et_al_2013.pdf
Kalenik, M., Chalecki, M., & Wichowski, P. (2020) Real Values of Local Resistance Coefficients during Water Flow through Welded Polypropylene T-Junctions. Water, 12, 895. https://doi.org/10.3390/w12030895
Neto, O. R., Botrel ,T. A., Frizzone, J. A., Camargo, A. P. (2014) Method for deter-mining friction head loss along elastic pipes. Irrigation Science, 32(5). 329-339. https://doi.org/10.1007/s00271-014-0431-7
Orel, V., Pitsyshyn, B., & Konyk T. (2021) Hydrodynamical instability of newtonian flow before an axisymmetric sudden contraction. Theory and Building Practice. 3(2). 32 – 38. https://doi.org/10.23939/jtbp2021.02.032
Pérez Pupo, J. R., Navarro-Ojeda, M. N., Pérez-Guerrero, J. N., & Batista-Zaldívar, M. A. (2020) On the explicit expres-sions for the determination of the friction fac-tor in turbulent regime. Revista Mexicana de Ingeniera Quimica, 19(1). 313-334. https://doi.org/10.24275/rmiq/Fen497
Rollmann, P., & Spindler, K. (2015) Ex-plicit representation of the implicit Colebrook–White equation. Case Studies in Thermal Engi-neering, 5, 41–47. https://doi.org/10.1016/j.csite.2014.12.001
Samie, M., Marusic, I., Hutchins, N., Fu M. K., Fan, Y., Hultmark, M., &Smits, A. J. (2018) Fully-resolved measurements of turbu-lent boundary layer flows up to Reτ = 20000. Journal of Fluid Mechanics, 851. 391-415. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.508
Shaikh, M. M., Massan, S. R., Wagan, A. I. (2015). A new explicit approximation to Colebrook’s friction factor in rough pipes un-der highly turbulent cases. International Jour-nal of Heat and Mass Transfer, 88. 538-543. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.05.006
Wichowski, P., Kalenik, M., Lal, A., Morawski, D., Chalecki, M. (2021) Hydraulic and technological investigations of a phenome-non responsible for increase of major head losses in exploited cast-iron water supply pipes. Water, 13(11). 16004. https://doi.org/10.3390/w13111604
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Олександр Ткачук, Ольга Шевчук
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a) Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 70 років після смерті останнього співавтора з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b) Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c) Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
