Электронное хранилище учебных материалов

Курс лекций


Загрузить всю книгу  Книга в формате Adobe PDF  Книга в оргинальном формате, сжатая ZIP

« Пред.

4.6. Местные гидравлические сопротивления

След. »

Местные сопротивления вызываются фасонными частями, арматурой, другим оборудованием трубопроводных сетей, которые изменяют величину или направление скорости движения жидкости на отдельных участках, что всегда связано с появлением дополнительных потерь напора.

Потери напора на местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

 

(4.15)

где – коэффициент местного сопротивления, который зависит от вида сопротивления и определяется опытным путем.

Основные виды местных потерь напора можно условно разделить на следующие группы:

  • потери, связанные с изменением живого сечения потока (резкое или постепенное расширение и сужение потока);
  • потери, вызванные изменением направления потока, его поворотом (поворот трубы);
  • потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, клапаны, сетки);
  • потери, возникшие вследствие отделения одной части потока от другой или слияния двух потоков (тройники, крестовины и т.д.).

Рассмотрим некоторые виды местных сопротивлений.

Резкое расширение трубопровода.

Как показывают наблюдения, поток, выходящий из узкой трубы, отрывается от стенок и дальше движется в виде струи, отделенной от остальной жидкости поверхностью раздела (см. рис. 4.14). На поверхности раздела возникают вихри, которые отрываются и переносятся далее транзитным потоком. Между транзитным потоком и водоворотной зоной происходит массообмен, но он незначителен. Струя постепенно расширяется и на некотором расстоянии от начала расширения заполняет все сечение трубы. Вследствие отрыва потока и связанного с этим вихреобразования на участке трубы между сечениями 1-1 и 2-2 наблюдаются значительные потери напора.

Рис. 4.14. Резкое расширение трубопровода

Если принять ряд допущений, то теоретически можно доказать, чтопотери напора при резком расширении

 – формула Борда,

где  и  – средние скорости в трубе до расширения и после. Эту формулу можно привести к другому виду:

.

Если принять

 

,

(4.16)

коэффициент местного сопротивления при резком расширении, то формула Борда принимает следующий вид:

.

В случае присоединения трубы к резервуару можно принять =, тогда .

Постепенное расширение.

Рис. 4.15. Постепенное расширение трубопровода

Если расширение происходит постепенно (см. рис. 4.15), то потери напора значительно уменьшаются. При течении жидкости в диффузоре скорость потока постепенно уменьшается, уменьшается кинетическая энергия частиц, но увеличивается градиент давления. При некоторых значениях угла расширения α частицы у стенки не могут преодолеть увеличивающееся давление и останавливаются. При дальнейшем увеличении угла частицы жидкости могут двигаться против основного потока, как при резком расширении. Происходит отрыв основного потока от стенок и вихреобразование. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла α и степенью расширения .

Потерю напора в диффузоре можно условно рассматривать как сумму потерь на трение и расширение. При небольших углахαвозрастают потери по длине, а сопротивление на расширение становится минимальным. При больших углах αнаоборот возрастает сопротивление на расширение. Коэффициент сопротивления диффузора можно определить по следующей формуле

 

,

(4.17)

где k– коэффициент смягчения, который зависит от угла α,и его значения приводятся в справочниках

.

Внезапное сужение.

При внезапном сужении потока (см. рис. 4.16) также образуются водоворотные зоны в результате отрыва от стенок основного потока, но они значительно меньше, чем при резком расширении трубы, поэтому и потери напора значительно меньше. Коэффициент местного сопротивления на внезапное сужение потока можно определить по формуле

Рис. 4.16. Внезапное сужение трубопровода

 

, где .

(4.18)

В случае присоединения трубы к резервуару можно принять =, тогда .

Постепенное сужение (конфузор).

Величина сопротивления конфузора будет зависеть от угла конусности конфузора θ. Коэффициент сопротивления можно определить по формуле

,

где , приводится в справочниках.

Поворот трубы (колено).

В результате искривления потока на вогнутой стороне внутренней поверхности трубы давление больше, чем на выпуклой. В связи с этим жидкость движется с различной скоростью, что способствует отрыву от стенок пограничного слоя и потерям напора (см. рис. 4.17). Величина коэффициента местного сопротивления  зависит от угла поворота θ, радиуса поворота R, формы поперечного сечения и приводится в справочниках. Для круглого сечения трубы при θ= 90º. коэффициент сопротивления можно определить по формуле

Рис. 4.17. Плавный поворот трубопровода

 

.

(4.18)

Другие виды местных сопротивлений.

Коэффициенты местных сопротивлений для большинства сопротивлений приводятся в справочниках, их величина зависит от конструкции. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться следующими коэффициентами местного сопротивления:

  • задвижка при полном открытии – 0,15;
  • вход в трубу при острых кромках – 0,5;
  • вентиль с косым затвором при полном открытии (рис. 4.18) – 3;
  • симметричный тройник – 1,5.

Рис. 4.18. Вентиль

« Пред.

 

След. »