(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ШЕРОХОВАТОСТЕЙ
1
Изобретение относится к гидравлике и аэродинамике, включая как внутреннее, так и внешнее обтекание жидкостью (газом) твердых тел с шероховатой поверхностью.
Известен способ определения гидравлически эквивалентных шероховатостей поверхностей, обтекаемых турбулентным потоком, путем измерения размера шероховатости и характерного линейного размера потока.
По этим данным вычисляют относительную величину (высоту) элементов шероховатости, равную .отношению характерного размера шероховатости (средняя высота элементов шероховатости) к характерному размеру потока (например, радиусу трубы) 1.
Недостаток известного способа - небольшая точность. Это объясняется тем, что характер течения турбулентного пограничного слоя на шероховатой поверхности зависит не только от средней высоты шероховатостей, но также от плотности их размешения на поверхности, от формы элементов шероховатостей и других факторов.
Цель изобретения - повышение точности.
Указанная цель достигается тем, что измеряют один из параметров продольной скорости в пристенной части пограничного слоя потока и расстояние до стенки, строят профили этого параметра продольной скорости и определяют слой с характеристическим параметром, по расстоянию от которого до стенки судят о величине гидравлически эквивалентной шероховатости.В качестве наО раметра продольной скорости можно измерять ее среднеквадратичную пульсацию, а в качестве слоя с характеристическим параметром определять слой с максимальной среднеквадратичной пульсацией. Можно также в качестве параметра продольной скорости измерять среднюю составляющую продольной скорости, а слой с характеристическим параметром определять по излому профиля средней продольной скорости.
20 При осуществлении предлагаемого способа выбор в качестве величины гидравлически эквивалентной шероховатости расстояния от стенки до слоя с характеристическим параметром обусловлен тем, что на
расстоянии от стенки , однозначно определяемом соотношением
(О
Us
поверхности соответствуют максимальное значение среднеквадратичной пульсации продольной скорости и излом профиля средней продольной скорости, где f- плотность жидкости; - кинематический коэффициент вязкости; T(j- касательное напряжение на стенке; Uj - значение средней продольной скорости на расстоянии от стенки.
Следовательно, по измеренному профилю среднеквадратичной пульсации продольной скорости или профилю средней продольной скорости можно однозначно определить расстояние от стенки до поверхности максимума профиля пульсации или до поверхности излома профиля средней продольной скорости. Это расстояние является более общим характерным размером шероховатости по сравнению со средней высотой элементов шероховатости, используемой в известном способе, поскольку конкретное значение YS обусловлено как средней высотой элементов шероховатости, так и пло1ностью их размещения на поверхности, фор.мой элементов шероховатостей и другими факторами.
При помоши термоане.мометрической системы производят измерения как расстояний от поверхности, обтекаемой турбулентным потоком, (координатником), так и величин сигналов датчиков, соответствующих продольной скорости или ее среднеквадратичной пульсации.
В случае измерения среднеквадратичной пульсации определяют слой с ее максимальным значением и измеренное расстояние от стенки Y Yb - этого слоя выбирают в качестве размера шероховатости.
При измерении продольной скорости определяют слой с изломом средней продольной скорости и измеренное расстояние от стенки -Ю этого слоя выбирают в качестве размера шероховатости.
В зависимости от типа шероховатой поверхности существуют два варианта отсчета (измерения) у от шероховатой поверхности при турбулентном течении; от приведенной поверхности (приведенного диа.метра для трубы) и от внутренней поверхности (внутреннего диаметра для трубы).
Приведенная поверхность определяется экспериментально поливкой жидкостью (водой) шероховатой поверхности (путем определения количества воды, заполнившей впадины). Б случае шероховатой трубы приведенный диаметр
.-l
(2)
где V - внутренний объем участка трубы; L - его длина. О величине объема V судят по объему заполнившей его жидкости. Поскольку ось трубы однозначно определена,
то расстояние у измеряют от поверхности, находящейся от оси трубы на расстоянии, равном 0,5Dnp. В случае шероховатой поверхности на пластине жидкостью покрывают пластину непосредственно до полного погружения выступов, тогда объем жидкости равен
V HLtnp,(3)
где L - длина пластины; Н - п/ирина пластины. Из (3) определяют значение 1пр, от
которого ведут отсчет у. Так, расстояние у от шероховатой поверхности определяют для большинства видов шероховатой поверхности, которые характеризуются существенны.м вкладом вихревых зон, образующихся на шероховатой поверхности, в результирующий
турбулентный поток. В отдельных случаях происходит взаимное экранирование выступов, в результате чего основной поток слабо проникает во впадины. Это возможно при особом типе шероховатосги, когда из-за
относительно большой глубины впадин образующиеся во впадинах вихревые зоны вносят малый вклад в результирующее течение жидкости в направлении основного потока. В этом случае измеряют от внутреннего диаметра в случае течения в щероховатой трубе или от верщин выступов, образующих внутреннюю поверхность, в случае течения на пластине.
Шероховатости разных видов являются эквивалентными, если они характеризуются одним и тем же значением размера шероховатости.
Формула изобретения
1.Способ определения гидравлически эквивалентных шероховатостей поверхностей, обтекаемых турбулентным потоком, путем измерения размера шероховатости и характерного линейного размера потока, отли5 чающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют один из параметров продольной скорости в пристенной части пограничного слоя потока и расстояние от стенки, строят профили этого параметра продольной скорости и определяют слой с характеристическим параметром, по расстоянию от которого до стенки судят о величине гидравлически эквивалентной шероховатости.
2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве параметра продольной скорости измеряют ее среднеквадратичную пульсацию, а в качестве слоя с характеристическим пара.метром определяют слой с максимальной среднеквадратичной пульсацией.
56
3. Способ по п. 1, отличающийся тем,Источники информации,
что в качестве параметра продольной ско-принятые во внимание при экспертизе
рости измеряют среднюю составляющую1. Nikuradse. Т. Stromungsgesetze in rauпродольной скорости, а слой с характерис-han Rohren. Aus dem Kaiser Wihelm jnst.
тическим параметром определяют по изломуfiir Stromungforschung, Uottingen, Berlin
профиля средней продольной скорости. VDI-Verl., 1933, 22 s.
972166
