В механике жидкости поток в трубе — это тип потока жидкости внутри закрытого канала , такого как труба , воздуховод или трубка . Его также называют внутренним потоком . [1] Другой тип потока внутри канала — поток в открытом канале . Эти два типа потока во многом похожи, но отличаются в одном важном аспекте. Поток в трубе не имеет свободной поверхности , которая обнаруживается в потоке в открытом канале. Поток в трубе, будучи ограниченным закрытым каналом, не оказывает прямого атмосферного давления , но оказывает гидравлическое давление на канал.
Не весь поток в закрытом канале считается потоком трубы. Ливневая канализация является закрытой, но обычно сохраняет свободную поверхность и поэтому считается потоком открытого канала. Исключением является случай, когда ливневая канализация работает на полную мощность, и тогда она может стать потоком трубы.
Энергия в потоке трубы выражается как напор и определяется уравнением Бернулли . Для того чтобы концептуализировать напор вдоль направления потока в трубе, диаграммы часто содержат линию гидравлического уклона (HGL). Поток трубы подвержен потерям на трение, как определено формулой Дарси-Вейсбаха .
Поведение потока в трубе в основном регулируется эффектами вязкости и гравитации относительно инерционных сил потока. В зависимости от эффекта вязкости относительно инерции, представленного числом Рейнольдса , поток может быть либо ламинарным , либо турбулентным . Для круглых труб с различной шероховатостью поверхности при числе Рейнольдса ниже критического значения приблизительно 2000 [2] поток в трубе в конечном итоге будет ламинарным, тогда как выше критического значения турбулентный поток может сохраняться, как показано на диаграмме Муди . Для некруглых труб, таких как прямоугольные воздуховоды, критическое число Рейнольдса смещается, но все еще зависит от соотношения сторон. [3] Более ранний переход к турбулентности, происходящий при числе Рейнольдса на порядок меньшем, т. е . [4], может происходить в каналах со специальными геометрическими формами, такими как клапан Тесла .
Поток через трубы можно условно разделить на две части:
