6. Потери напора и давления при внезапном расширении потока.

Потеря напора (энергии) при внезапном расширении русла расходуется на вихреобразование, связанное с отрывом потока от стенок.

Основной формулой, связывающей вели­чину потерь напора с параметрами потока и характерными размера­ми формула

где S₁ и S₂ - площади нормальных сечений; ξ_вн.р - коэффициент потерь на внезапном расширении, υ₁ - средняя скорость в исследуемом сечении.

Существует два подхода к определению коэффициента потерь при внезапном расшире­нии: 1) по измерениям давлений и скоростей в двух контрольных сечениях; 2) из полного коэффициента исключаются потери на трение, что можно сделать с помощью построения линии энергии по длине участка расширения путем вычисления потерь на трение по формуле равно­мерного движения или по данным опытов на специально оборудо­ванной установке.

(Ход работы в л/р №5)

7. Потери напора и давления при внезапном сужении потока.

Потеря напора обусловлена трением потока при входе в более узкую трубу и потерями на вихреобразование, которые образуются в кольцевом пространстве вокруг суженой части потока.

Полная потеря напора определится по формуле:

и з уравнения Бернулли следует

где S₁ и S₂ - площади нормальных сечений; ξ_вн.с - коэффициент потерь на внезапном сужении, υ₂ - средняя скорость в исследуемом сечении.

Перепад пьезометрических напоров ∆h₁₂ определяется по пока­заниям пьезометров, а скорость υ₂ - по расходу, измеренному ротаметром.

8. Потери напора и давления в диффузоре.

Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором. Течение скорости в диффузоре сопровождается ее уменьшением и увеличением давления, а следовательно, преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. В диффузоре, так же как и при внезапном расширении русла, происходит отрыв основного потока от стенки и вихреобразования.

Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения

диффузора. Кроме того, в диффузоре имеются и обычные потери на терние.

Полную потерю напора в диффузоре рассматривают как сумму двух слагаемых: hдиф = hтр +  hрасш, где hтр и hрасш - потери напора на трение и расширение (вихреобразование).

где n = S2/S1 - степень расширения диффузора, k - коэффициент смягчения.

Откуда коэффициент сопротивления диффузора можно выразить формулой:

9. Практическое определение коэффициента местных гидравлических потерь.

(Из лекций) Потери удельной энергии (напора) при движении жидкости

h = hдл +hкр+ hпов+ hвых

Составляющие гидравлических потерь:

hдл- потери на cопротивлениях по длине,

∑hм - потери на местных сопротивлениях

- Формула Вейсбаха

Коэффициент ξ в основном берется из справочной литературы, кроме случаев:

• внезапное расширение потока;

• внезапное сужение;

• диффузор и конфузор (плавное расширение/сужение);

• резкий и плавный поворот русла (колено/отвод).

Во всех случаях - только для турбулентного режима течения.

10. График Никурадзе.

Первая область - область малых Re и Δ/r₀, где коэффициент λ не зависит от шероховатости, а определяется лишь числом Re (отмечена на рис.4.7 прямой II ). Это область гидравлически гладких труб. Если число Рейнольдса лежит в диапазоне 4000 < Re < 10(d / Δ _э) коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса

Д ля определения существует также эмпирическая формула П.К. Конакова, которая применима для гидравлически гладких труб

Рис. 4.7. График Никурадзе

Во второй области, расположенной между линий II и пунктирной линией справа, коэффициент λ зависит одновременно от двух параметров - числа Re и относительной шероховатости Δ/r₀, которую можно заменить на Δ_э. Для определения коэффициента λ в этой области может служить универсальная формула А.Д. Альтшуля:

где Δ_э - эквивалентная абсолютная шероховатость.