Турбулентный режим движения жидкости. Структура турбулентного потока. Гидравлические потери при турбулентном режиме движения жидкости.

Турбулентным называется хаотичное, крайне нерегулярное движение

жидкости. Оно сопровождается активным поперечным перемешиванием,

пульсациями скорости и давления. Примерами турбулентного режима

движения является течение воды в реках и каналах. Структура турбулентного потока определяется физическими свойствами жидкости, а также формой и размерами ограничивающего поток канала. Здесь влияние сил вязкого трения минимально и ядро потока можно рассматривать как идеальную жидкость. В наибольшей степени влияние сил вязкого трения проявляется около стенок. Поэтому вблизи стенки имеется слой, в котором на структуру потока преимущественное влияние оказывают силы вязкости. Таким образом, турбулентный поток состоит из турбулентного ядра и пристенного пограничного слоя. На этом основана теория турбулентности Прандтля. Согласно современным теориям, пограничный слой в турбулентном потоке имеет сложную структуру. Он состоит из вязкого подслоя, в котором жидкость движется практически ламинарно, турбулентного пограничного слоя и находящейся между ними переходной области.

Структура турбулентного потока весьма сложна. Основной расчетной формулой для потерь напора при турбулентном течении жидкости в круглых трубах является уже приводившаяся выше эмпирическая формула, называемая формулой Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид:

Различие заключается лишь в значениях коэффициента гидравлического трения λ. Этот коэффициент зависит от числа Рейнольдса Re и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или Δ/r0, где r0 - радиус трубы).

Впервые наиболее исчерпывающей работы по определению были даны И.И. Никурадзе, который на основе опытных данных построил график зависимости lg(1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r0. Опыты Никурадзе были проведены на трубах с искусственно заданной шероховатостью, полученной путем приклейки песчинок определенного размера на внутренние стенки трубопровода. Результаты этих исследований представлены на рис. 4.5, где построены кривые зависимости lg (1000λ) от lg Re для ряда значений Δ/r0.