Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОТЕРЯХ НАПОРА В ВОДОВОДАХ ПРИ РАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ
- ЭМПИРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ И ОТКРЫТЫХ РУСЕЛ
Теоретические формулы для расчета потерь напора в трубопроводах и каналах получены лишь для случая ламинарного течения. Турбулентное течение до последнего времени не поддавалось теоретическому анализу, и определение потерь напора на трение при турбулентном течении в трубах производилось с помощью имеющих узкие пределы применимости эмпирических формул, результаты вычислений по которым часто расходятся между собой.
Первые попытки найти опытным путем связь между потерями напора и средней скоростью (или расходом) при турбулентном движении привели к заключению о том, что гидравлический уклон I примерно пропорционален квадрату средней скорости потока, т.е. (формула Шези)
(1)
(2)
где ν — средняя скорость течения; С — коэффициент Шези; R — гидравлический радиус; I — гидравлический уклон или уклон i дна канала; h — потеря напора на трение; λ — коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси); l — длина трубы; d — диаметр трубы; g — ускорение свободного падения.
Коэффициенты λ и С первоначально принимались постоянными. В середине XIX в. Дарси и Базеном были проведены первые систематические исследования на опытных трубопроводах и каналах из различного материала, которые показали, что коэффициент гидравлического трения λ и коэффициент Шези С зависят от шероховатости стенок, размеров русла, скорости течения. Были предложены первые формулы, учитывающие эту зависимость (формула Дарси, формула Вейсбаха и др.).
В 1869 г. Э. Гангилье и В. Куттер в результате обработки всех имевшихся в то время опытных данных по движению в открытых руслах поставили коэффициент Шези в зависимость не только от гидравлического радиуса и степени шероховатости, но и от уклона i и предложили формулу для коэффициента Шези в виде
Формулы чисто эмпирического происхождения для определения коэффициента Шези специалисты предлагают и в наше время. В результате к настоящему времени имеется большое количество формул для коэффициентов λ и С (для различных диаметров труб, скоростей течения, материалов, жидкостей и т.д.).
