Чертеж 5
Чертеж 6
Результаты этих измерений, таким образом, доказывают, что собственно испытательная установка из-за ее полукруглой, свисающей вниз конфигурации вызывает эффект, подобный эффекту закручивающейся трубы, который, однако, полностью или до самой большой степени аннулируется использованием поперечного сечения прямой трубы. В случае включения спиралевидной геликоидальной трубы (№ 2) не предполагается, что эффект нисходящей тестируемой трубы (№ 1) нейтрализуется, но, возможно, в дальнейшем даже увеличится. Следовательно, чтобы поддерживать необходимую нейтрализацию трения в испытательных трубах для водовыпуска q, необходимо далее уменьшать различия в высоте уровня воды около градиентов давления при выходе потока. На чертеже 7 водовыпуск q, зависящий от значений (h —?h), отображен на графике в двойной логарифмической системе координат.
Таблица 1. Водовыпуск прямых и геликоидальных труб
Таблица 2. Водовыпуск и потери, связанные с силой трения прямых и спиралевидных труб из меди и стекла
Соединительные линии взаимосвязанных измеренных величин водозабора и водовыпуска экспериментальной установки № 1, так же как соединительные линии прямых стеклянных и медных труб, имеют точно такие же направления и происходят по величине значения спиралевидных геликоидальных труб, тоже отображают характерные колебания последних. Результаты измерений, полученные таким образом, затем использовались для определения потерь, вязанных с силой трения в тестируемых трубах длиной 45 м, как обозначено на чертеже 7, каждая из ординат между q — h-линиями экспериментальной установки и тестируемых труб установлена и отображена в таблице 2.
Чертеж 7
На чертеже 8 водовыпуск трубы графически отображен в декартовой системе координат, основанной на значениях илы трения и соответствующих измеренных значениях водовыпуска, соотносимых вертикально и горизонтально. Хорошо заметно, что все линии соединения отображают характерный колеблющийся курс, который наиболее ясно прослеживается в случае со спиралевидной геликоидальной трубой (№ 2).
Бесспорно, исходя из конфигурации трех кривых на графике можно сделать вывод, что при равных значениях силы рения спиралевидная геликоидальная медная труба имеет большую продуктивность, чем прямая медная труба с той же ушной и таким же поперечным сечением. Эти результаты, применимые относительно турбулентного потока, в настоящий момент считаются верными, однако могут рассматриваться как подтверждение гипотез, выдвинутых на ►сновании процессов течения, развивающихся в прямых рубах благодаря винтообразному притоку воды.
С синхронизацией скорости и формы потока в спиралевидной или спиралевидной геликоидальной трубе было заметно фактическое уменьшение силы трения до нуля.
Полное исчезновение силы трения может происходить, когда кинетическая энергия воды, текущей в спиралевидной геликоидальной трубе, взаимодействует с ее спиралевидным движением, образующимся во входном отверстии благодаря нарезке на стенах трубы. Взаимодействие воспроизводит пространственные колебания воды, точно соответствующие закрученной конфигурации испытательной трубы.
В этой связи, однако, центростремительно направленная сила всасывания, являющаяся результатом закручивания течения, также вносит определенный вклад. Относительно экспериментальных моделей, исследованных в вопросе 1, фактически воздействие этой силы настолько велико, что подвешенные за один конец шелковые нити были скручены в трехмерную пространственную спираль, соответствующую форме потока, несмотря на гравитационные силы притяжения, действующие на них. Следует принимать во внимание, что те же самые слабо изогнутые потоки с сильным, центростремительно направленным закручивающимся движением и сильно изогнутые потоки с меньшим закручивающимся действием, наблюдаемым в вертикальной стеклянной трубе в испытательной установке 1, накладывались друг на друга, и это препятствовало их движению. В то же время кинетическая энергия воды образуется благодаря комбинации спиралевидной формы и нарезки через протекание воды по трехмерным спиральным и винтообразным стенкам трубы.
В случае со спиралевидной геликоидальной трубой (№ 2) имеют место следующие значения водовыпуска и скоростей потока.
Значение трения в спиралевидной геликоидальной трубе приближается к нулю:
когда q = 0,14 л/с или v = 0,28 м/с, и когда q = 0,19 л/с или v = 0,39 м/с, и когда q = 0,38 л/с или v = 0,60 м/с, и когда q = 0,46 л/с или v = 0,92 м/с и достигает максимального значения;
когда q = 0,127 л/с или v = 0,254 т/с, и когда q = 0,165 л/с или v = 0,330 м/с, и когда q = 0,225 л/с или v — 0,430 м/с, и когда q = 0,360 л/с или v =…..
В чертеже 9, который является наиболее всесторонним дополнением к чертежу 8, примечательно, что водовыпуск и гладких и прямых труб подвергается ритмичным колебаниям, очень похожим на таковые у спиралевидной геликоидальной трубы. Это, по-видимому, объясняется тем, что вода спирально закручивается во время подачи на водозаборнике экспериментальной установки, и тем, что установка имеет U-образную форму. Направление линий соединения, соответствующих измеренным значениям, даже позволяет предположить, что здесь мы имеем дело с двумя связанными с водовыпуском колебаниями, расположенными одно на другом, которые, вероятно, являются результатом объединенного действия, относящегося к скручиванию движения и конфигурации испытательного стенда.
Кроме того, следует отметить, что q — h-линия прямой стеклянной трубы (№ 4) в диапазоне водовыпуска от 0,13 до 0,20 л/сек абсолютно точно следует за кривой, которая в соответствии с принципом Вайсбаха описывается отношением
Н = 118.x tf
В сразу следующем после этого диапазоне большего водовыпуска тем не менее q — h-линия стеклянной трубы отклоняется очень заметно от этого фундаментального уравнения Вайсбаха. Водовыпуски увеличиваются намного быстрее с увеличением значения силы трения, чем это ожидаемо согласно основному закону Вайсбаха. Это результат процесса закручивания потока на водозаборе и U-образной формы испытательной установки.
Низлежащая часть q — h-линии для прямой медной трубы идет совершенно параллелью к q — h-линии стеклянной трубы; она смещается вниз относительно уровня трения h = 2,5 см. Потери, связанные с силой трения в медной трубе в области, где q = 0,13 кО, 20 л/сек, составляют толькоЬ=118х q2 — 2,5, несмотря на большую жесткость стен медной трубы по сравнению со стеклянной.
Это сокращение уровня трения при прохождении водных потоков через медные трубы может объяснить только тот факт, что медь более благоприятна для формирования закручивания потока, чем стекло. Как было уже обнаружено ранее, силы всасывания проявляются в потоке воды через это закручивающееся движение. Они и приводят к наблюдаемому сокращению трения. Величина этой всасывающей силы может быть условно определена посредством очень точного уменьшения трения, которое происходит самопроизвольно в областях с уменьшенным трением. Закручивающееся движение, рождающееся в медной трубе, производит дополнительную всасывательную способность А, где
А = 2,5q в см г/сек в низлежащей области q — h-линия и которая даже повышается в дальнейшем с увеличением водовыпуска от 325 до 500 см г/сек.
Не боясь заблуждений, можно предположить, что основное уравнение Вайсбаха для трения в трубах также справедливо при значении водовыпуска больше, чем 0,2 л/сек, если на водозаборнике создается препятствие для образования закручивающегося движения. Отсюда возможно дальнейшее развитие параболы для уровня трения по закону h = 118 х q = 0,2 л/сек. Разница в ординатах между этими параболами и соединительными линиями трех тестируемых труб отражает уменьшение уровней трения, и, как следствие этого, также может быть определена сила всасывания, которую создает закручивающееся движение воды и которая, как описано выше, формирует основу для подсчета всасывающей способности.
Чтобы проиллюстрировать этот ход мыслей, следует сказать, что значение силы всасывания в зависимости от водовыпуска графически отображается на 10-м чертеже. С его помощью была определена всасывающая способность А и отражена в чертеже 11 в виде q — А-кривых в зависимости от водовыпуска.
В случае со стеклянной трубой всасываающая способность постоянно увеличивается вплоть до А = 850 см г/сек при водовыпуске q = 300 см3/сек. Медная труба поставляет почти тот же объем, а всасывающая способность в ней приближается к А= 1860 см г/сек. То есть материал, из которого сделана труба, может интенсифицировать всасывающую способность воды на 1860—850 = 1010 см г/сек. С водовыпуском, равным 310 см г/сек, всасывательная способность спиралевидных геликоидальных труб достигает своего максимального значения в исследуемой области измерения, а именно А = 310» 11,1 — 3450 см г/сек. Это в 4,05 раза больше, чем у стеклянной трубы, ив 1,85 раза больше, чем у прямой медной.
