Гидравлические сопротивления

 

Общие сведения о гидравлических потерях

Движение вязкой жидкости сопровождается потерями энергии.

Потери удельной энергии (напора), или гидравлические потери, зависят от формы, размеров русла, скорости течения и вязкости жидкости.

В большинстве случаев гидравлические потери пропорциональны скорости течения жидкости во второй степени или динамическому напору и определяются из выражения

(4.1)

где - коэффициент потерь; V-средняя скорость в сечении.

Потери в единицах давления

. (4.2)

Гидравлические потери энергии обычно разделяют на местные потери и потери на трение по длине

. (4.3)

 

Местные потери энергии обусловлены так называемыми местными гидравлическими сопротивлениями, т.е. местными изменениями формы и размеров русла, вызывающими деформацию потока. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется ее скорость и возникают вихри.

Примером местных сопротивлений может служить задвижка (рис.4.1).

Рисунок 4.1 – Местное гидравлическое сопротивление: а) задвижка

 

Местные потери напора определяются по формуле Вейсбаха

, (4.4)

где V-средняя скорость в трубе; -коэффициент местного сопротивления.

Потери на трение по длине -это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения и возрастают прямо пропорционально длине трубы (рис.4.2).

Рассматриваемые потери обусловлены внутренним трением жидкости в трубах. Потери напора при трении определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

, (4.5)

где λ – коэффициент гидравлического трения по длине или коэффициент Дарси; l – длина трубопровода; d –его диаметр; V – средняя скорость течения жидкости.

 

Рисунок 4.2 – Потери напора по длине трубы

Для ламинарного режима движения жидкости в круглой трубе коэффициент определяется по теоретической формуле

, (4.6)

где число Рейнольдса.

При турбулентном режиме коэффициент зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ( -эквивалентная шероховатость) и определяется по эмпирическим формулам.

В области гидравлически гладких труб 4000< Re< , т.е. прималых скоростях и числах Рейнольдса, коэффициент Дарси зависит только от числа Рейнольдса, и его определяют по формуле Блазиуса

. (4.7)

В переходной области ( ) на коэффициент Дарси влияют шереховатость и число Рейнольдса. В этой области для вычислений используют формулу Альтшуля

. (4.8)

В квадратичной области сопротивления (области гидравлически шероховатых труб) коэффициент может быть найден по формуле Шифринсона

. (4.9)

 

Местные сопротивления

В местных гидравлических сопротивлениях, вследствие изменения конфигурации потока на коротких участках, изменяются скорости движения жидкости по величине и направлению, а также образуются вихри. Это и есть причиной местных потерь напора. Местными сопротивлениями являются расширения и сужения русла, поворот, диафрагма, вентиль, кран и т.п. (рис.4.3).

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле (4.4).

 

При турбулентном режиме коэффициент зависит в основном от вида местного сопротивления, а при ламинарном- от числа Рейнольдса. Для всех местных сопротивлений этот коэффициент определяется экспериментально.

 

Рисунок 4.3 – Местные гидравлические сопротивления: а – задвижка; б – диафрагма; в – поворот; г – вентиль

 

Рассмотрим некоторые местные сопротивления.

Внезапное (резкое) расширение трубы (рис.4.4).

 

	При внезапном расширении трубы поток срывается с угла и постепенно расширяется. Между потоком и стенкой трубы образуются вихри, которые и являются причиной потерь энергии. Потери напора в этом случае определяют по теореме Борда
Рисунок 4.4 – Внезапное расширение трубы

 

(4.10)

где и - скорость жидкости впереди и после внезапного сужения.

Формулу (4.9) можно записать в виде:

. (4.11)

При этом для скорости

. (4.13)

При выходе жидкости из трубы в резервуар возникает резкое расширение потока. В этом случае > > (площадь резервуара значительно больше площади трубы).Коэффициент потерь на выходе из трубы будет: =1.

Внезапное сужение трубы (рис 4.5) вызывает меньшие потери энергии, чем внезапное расширение. В этом случае потери обусловлены трением потока при входе в узкую трубу и потерями на вихреобразование. Потери напора при внезапном сужении трубы определяют по формуле

 

(4.13)

где определяется по формуле Идельчика

 

Рисунок 4.5 – Внезапное сужение трубы

 

 

При входе жидкости из резервуара в трубу можно считать , а коэффициент сопротивления равным

Поворот трубы (рис 4.6) или колено без закругления вызывает

	значительные потери энергии, так как в нем происходят отрыв и вихреобразование, причем тем больше, чем больше .Потерю напора рассчитывают по формуле (4.14)
Рисунок 4.6 – Поворот трубы

 

где - коэффициент сопротивления колена, который определяется по справочным данным.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. АКТИВНОСТИ- СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТИПЫ ИХ СОЧЕТАНИЙ.
2. АКТИВНОСТИ- СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТИПЫ ИХ СОЧЕТАНИЙ.
3. АКТИВНОСТИ- СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТИПЫ ИХ СОЧЕТАНИЙ.
4. АКТИВНОСТИ- СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТИПЫ ИХ СОЧЕТАНИЙ.
5. Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника
6. и удельного сопротивления грунта
7. Измерение коэффициента звукопоглощения и акустического сопротивления материалов
8. Измерение сопротивления заземления
9. Измерение сопротивления одинарным и двойным мостом.
10. Материалы высокого сопротивления
11. Методы сопротивления изменениям.