250
Течение в трубах
Связь между коэффициентами трения и сопротивления
Рассматривая уравнение движения
ρµ
τ
ρ
+gwp +
wD
2
r
∇−∇=
для безинерционного течения, т.е. когда 0=
τ
wD
, и пренебрегая гравитационными силами,
запишем уравнение силового баланса для элементарного объема pw= ∇∇
2
µ
(рис.22.3),
откуда для течения в трубе получим dxDdp
D
w
πτ
π
=
2
. Согласно формуле Дарси,
ρ
2
w
dx
dp=
ξ
. Учитывая, что
2
ρ
,
4
= ,
22
w
c
D
F
F
G
=w
fw
=
τ
π
ρ
,
получаем
=
f
c , (22.23)
где
ξ
- коэффициент сопротивления. Таким образом, из формулы видно, что
коэффициент трения меньше коэффициента сопротивления в четыре раза.
Теплоотдача в трубе при ламинарном режиме течения
При входе потока в трубу формируется
пограничный слой. Рост толщины пограничного слоя приводит к тому, что на некотором
расстоянии от входа пограничные слои смыкаются на оси трубы, условно разделяя
течение на так называемый начальный и основной участки (см. рис.22.4) с различным
видом профиля скорости. Разные профили скорости приводят и к разным законам
теплоотдачи. Рассмотрим теплоотдачу на основном участке при ламинарном режиме
течения (
кр
Re Re 〈 =2300) при q
w=
const.
Выделим в потоке кольцевой элемент (рис.22.4) и составим уравнение теплового баланса.
На координате R будем иметь:
dx
R
T
RQ
R
−=
∂
∂
πλ
2
&
, (a)
на
Q+dQ=QR+dR
RR+dR
&&&
:
, (b)
где dR
Q
QQd
R
∂
∂
&
&&
+= .
Вычитая (b) из (a) получим : dRdx
R
T
R2
R
Qd
=
∂
∂
λπ
∂
∂
&
. (n)
На координате x энтальпия потока
RdR2WTcI
xpx
πρ
=
&
,
на x+dx: dx
I
I=I+d I=I
xxx+dx
∂
∂
&
&&&&
+ , тогда
( )
dxRdRWTc
=Id
xp
πρ
∂
2
&
. (e)