Причины потерь напора в каждом виде местных сопротивлений. Факторы, влияющие на значения коэффициентов местных сопротивлений

При движении жидкости в местных сопротивлениях поток претерпевает деформацию, что приводит к изменению форм и размеров живого сечения, и. следовательно, движение жидкости становится неравномерным, вследствие чего происходит изменение скорости потока. В местах изменения живого сечения или направления потока происходит его отрыв от стенок, и образуются так называемые вихревые или застойные зоны. Между основным потоком и вихревыми зонами осуществляется интенсивный обмен частицами жидкости, что является основным источником местных потерь энергии.

Потери напора в местных сопротивлениях при турбулентном режиме вычисляют по формуле Вейсбаха:

                                                     (4.1)

где  - безразмерный коэффициент местного сопротивления,  - средняя скорость потока за местным сопротивлением.

Таким образом, местные потери напора пропорциональны скоростному напору. Значения коэффициентов местного сопротивления получают экспериментально из формулы (4.1)

                                                       (4.2)

Если местное сопротивление (например, вентиль, диафрагма, колено и т.п.) расположено на горизонтальном трубопроводе постоянного сечения, то потери напора будут равны разности показаний пьезометров, установленных по обе стороны местного сопротивления. Т.к. , то, подставляя это значение в формулу 4.2, получим формулу для определения коэффициента сопротивления опытным путём:

                                               (4.3)

где  – площадь сечения трубопровода до сопротивления.  – расход жидкости через сопротивление.

Внезапное расширение.

При внезапном расширении потока в трубке от сечения 1 до сечения 2 жидкость не течёт по всему контуру стенок, а движется по плавным линиям токов. Вблизи стенок, где внезапно увеличивается диаметр трубы, образуется пространство, в котором жидкость находится в интенсивном вращательном движении. При таком интенсивном перемешивании происходит очень активное трение жидкости о твёрдые стенки трубы, а также трение внутри вращающихся потоков, вследствие чего происходят существенные потери энергии.

Рисунок 4.1 – Внезапное расширение потока

 Вследствие действия сил инерции потока движущейся жидкости вихреобразование прекращается на некотором достаточно большом расстоянии от зоны выхода жидкости в большее сечение. В результате давление нарастает постепенно.

На рисунке видно, что показания пьезометра во втором сечении больше, чем в первом. Показания пьезометра в данном случае зависят не только от потерь энергии, но и от величины давления. Давление во втором сечении становится больше из-за уменьшения скоростного напора за счёт расширения потока и падения скорости. В этом случае если бы не было потерь напора на местном сопротивлении, то высота жидкости во втором пьезометре была бы ещё больше. Теоретический коэффициент местного сопротивления при внезапном расширении потока равен:

           - если  определять по скорости

 

, - если  определять по скорости .

Формула для теоретического определения потерь напора при внезапном расширении имеет вид:

                                               (4.5)

Внезапное сужение потока. При внезапном сужении, так же как и при внезапном расширении потока, создаются пространства с завихрениями вращающейся жидкости, которые образуются в пристенном пространстве широкой части трубы. Такие же завихрения образуются в начале узкой части трубы за счёт того, что при входе в неё (узкую часть) жидкость продолжает некоторое время двигаться по инерции в направлении центра трубы, и основное русло потока ещё некоторое время продолжает сужаться.

Рисунок 4.1 – Внезапное сужение потока

Следовательно, при внезапном сужении потока возникает как бы два подряд идущих местных сопротивления. Местное сопротивление за счёт сужения основного русла и сразу же за ним местное расширение, уже рассмотренное выше. Теоретический коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока можно определить по эмпирической зависимости, предложенной И.Е. Идельчиком:

                                           (4.7)

Формула для теоретического определения коэффициента сопротивления при внезапном сужении потока

,                                                    (4.8)

где .

Общая формула для теоретического определения потерь напора при внезапном сужении потока:

                                                   (4.9)

где  - безразмерный коэффициент местного сопротивления;  - средняя скорость потока за местным сопротивлением.

 Поворот потока (отвод или закруглённое колено) значительно увеличивает вихреобразование и, следовательно, потери энергии. Величина потерь существенно зависит от отношения  и угла .

Теоретический коэффициент сопротивления при повороте можно определить по экспериментальной формуле. Для поворота под углом 90⁰ и  он равен:

                                        (4.10)

Теоретический коэффициент сопротивления при повороте потока можно также определить по эмпирической зависимости, предложенной И.Е. Идельчиком:

                                              (4.11)

где эмпирический коэффициент A берётся из таблицы.

 

Формула для подсчёта теоретических потерь напора при повороте потока имеет вид:

                                            (4.12)

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: