Сужение русла

Внезапное сужение русла (трубы) (рис. 75) вызывает обычно меньшую потерю энергии, нежели внезапное расширение с таким же соотношением площадей. В этом случае потеря обус­ловлена, во-первых, трением при входе в узкую трубу и, во-вторых, потерями на вихреобразования. Последние вызываются тем, что поток не обтекает входной угол, а срывается с него и сужается; кольцевое же пространство вокруг суженной части потока запол­няется малоподвижной завихренной жидкостью.

В процессе дальнейшего расширения потока происходит потеря напора, определяемая теоремой о внезапном расширении трубы. Следовательно, полная потеря напора равна

где ₀—коэффициент сопротивления, обусловленный трением по­тока при входе в узкую трубу;

_x — скорость в суженном месте.

Коэффициент сопротивления внезапного сужения зависит от степени сужения и может быть определен по следующей полуэмпирической формуле, предложенной И. Е. Идельчиком:

Из формулы следует, что при выходе трубы из резервуара достаточно больших размеров и при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сопротивления равен:

Закруглением входного угла (входной кромки) можно значительно уменьшить по­терю напора при входе в трубу.

П остепенное сужение трубы, т. е. коническая сходящаяся труба, называется конфузором (рис. 76). Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления; жидкость движется от большего давления к меньшему, поэтому причин к воз­никновению вихреобразований и срывов потока (как это имеется в диффузоре) здесь нет. В конфузоре имеются лишь потери на трение. В связи с этим сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление такого же диффузора.

Потерю напора на трение в конфузоре:

г де п—степень сужения.

Небольшие вихреобразования и отрыв потока от стенки с одно­временным сжатием потока возникает лишь на выходе из конфу­зора в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Для ликвидации этих вихреобразований и связанных с ними потерь ре­комендуется коническую часть плавно сопрягать с цилиндриче­ской или коническую часть заменять криволинейной, плавно пере­ходящей в цилиндрическую (рис. 77). При этом можно иметь весь­ма значительную степень сужения при небольшой длине вдоль оси и при весьма небольших потерях.

Коэффициент сопротивления такого плавного сужения, называе­мого соплом, меняется примерно в пределах =0,03—0,10, в зави­симости от степени сужения, плавности и числа Re (большим чис­лам Re соответствуют малые значения  и наоборот).

Поворот русла

В незапный поворот русла (трубы) или колено без закруг­ления (рис. 78) обычно вызывает значительные потери энергии, так как в нем происходит отрыв потока и вихреобразования, при­чем эти потери тем больше, чем больше угол . Коэффициент со­противления колена круглого сечения _кол возрастает с увеличением угла очень круто (рис. 79) и при =90° достигаег значения 1,0. Ввиду больших потерь напора в коле­нах без закругления применение их в трубопроводах не рекомендуется.

П лавный поворот трубы, или закругленное колено (рис. 80), назы­вается также отводом. Плавность пово­рота значительно уменьшает масштабы вихреобразований, а, следовательно, и сопротивление отвода по сравнению с ко­леном. Это уменьшение будет тем больше, чем больше относитель­ный радиус кривизны отвода R/d и при достаточно большом его значении срыв потока и связанные с ним вихреобразования ликви­дируются полностью. Коэффициент сопротивления отвода зависит от отношения R/d угла , а также от формы поперечного сечения трубы.

Для отводов круглого сечения с углом =90° и R/d >1 можно пользоваться следующей экспериментальной формулой: