20.Потери на местные сопротивления

Потери энергии на местные сопротивления появляются тогда, когда изменяется скорость или направление движения потока вследствие изменения сечения или изгиба канала, а также загромождения канала какими-либо предметами (регулирующие и измерительные приборы, пучки труб теплообменных поверхностей паровых котлов и рекуператоров, насадки рекуператоров, засыпки и др.). Эти потери энергии или обусловлены действием сил инерции, когда изменяется величина или направление скорости, или являются результатом образования зон вихревого движения. Вблизи мест поворота и изменения сечения возникают застойные зоны и различного рода вторичные течения, а местные скорости здесь превышают средние значения, определяемые путем деления расхода жидкости на сечение канала. Например, при резком повороте под углом 90° (рис. 5.5а) у внутренней стенки после поворота образуется вихрь, сужающий поперечное сечение канала. Кроме того, в канале возникают еще и поперечные циркуляции. Закругление поворота (рис. 5.5б) способствует уменьшению вихревых зон, а следовательно, и потерь энергии. Аналогичные явления наблюдаются при изменении сечения потока (рис. 29в). Работа трения, совершающаяся в местных сопротивлениях значительно больше, чем в прямых участках постоянного сечения, следовательно, больше и количество энергии движущейся жидкости, рассеивающейся в теплоту.

В общем случае потери давления, или энергии, отнесенной к единице объема жидкости, рассчитываются в долях динамического давления:

, (5. 16)

где к_м.с  коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида местного сопротивления; экспериментально определяемые значения к_м.с. приводятся в справочниках. (Остальные обозначения  как к формуле (5.8)).

Рисунок 5.5. Структура потока в местных сопротивлениях

Рисунок 5.6 Вход потока в трубопровод

Множество местных сопротивлений, которые встречаются в промтеплоэнергетике, можно объединить в следующие группы.

1. Вход потока в канал или трубопровод. На рис. 5.6 показаны некоторые наиболее часто встречающиеся случаи: вход в трубу, укрепленную в стене и выступающую за эту стену (рис. 5.61); вход в трубу, укрепленную в стене под некоторым углом (рис. 5.62); вход в трубу черев диффузор (рис. 5.63).

2. 

   Рисунок 5.7 - Изменение сечения потока

   Изменение сечения потока. Такое изменение может быть резким, или внезапным (рис. 5.71 и 5.73), или плавным (рис. 5.72, 5.74).

3. Изменение направления потока (рис. 5.8) происходит в каналах круглого и любого другого сечения; поворот канала может быть выполнен под любым углом (рис. 5.81), с проходной или тупиковой нишей (рис.5.82); направление может изменяться резко (рис. 5.8-3) или плавно (рис. 5.83,4); возможно существование двух или нескольких поворотов в одной плоскости (рис. 5.85,6) или в разных плоскостях (рис.5.87).

4. 

   Рисунок 5.8 - Изменение направления потока

   

   Рисунок 5.9 - Слияние и разделение потоков

   Слияние и разделение потоков (рис. 5.9) возможно путем соединения каналов одинакового или разного сечения под прямым или любым другим углом (рис. 5.91,2,3,4), а также посредством сборного (рис. 5.95) или раздающего (рис. 5.96) коллекторов с прямым или боковым подводами.

5. Д

   Рисунок 5.10 – Сложные элементы

   вижение потока по сложным элементам. Эти элементы могут быть подвижными: шибер (рис. 5.101), дроссельная заслонка (рис. 5.102), вентиль (рис. 5.105), пробковый кран (рис. 5.106), клапан (рис. 5.107), а также стационарными: диафрагма (рис. 5.103), решетка (рис. 5.104).

6. 

   Рисунок 34.

   Выход потока может происходить через канал одинакового сечения , конфузорное или диффузорное сопла, а также через решетку (рис. 5.114), диафрагму и другие элементы.

7. Движение потока через препятствия, равномерно распределенными по сечению. К местным сопротивлениям такого класса следует отнести регенеративный теплообменник (рис. 361) с камерой, заполненной насадкой, выполненной из металлических или керамических брусьев и кирпичей в виде объемной решетки разной конструкции, например, насадка колодцами Сименса (рис. 361.1), насадка сплошными гладкими каналами Каупера (рис. 361.2). Другими примерами могут быть совокупность мелких параллельных каналов (рис. 362), пучки труб с шахматным (рис. 363) или коридорным расположением, а также засыпки из кускового материала, через которые фильтруются жидкости или газы (рис. 364).

Численное значение коэффициента сопротивления определяют по справочникам в зависимости от формы, соотношения сечения, угла поворота, и других параметров, характеризующих местное сопротивление. Следует обратить внимание на значение скорости w_o в формуле (5.16), которая рассчитывается для того сечения, на которое указано в справочнике. Коэффициенты некоторых сопротивлений приведены в приложении. Наиболее полная и подробная информация о местных сопротивлениях приводится в справочнике И.Е. Идельчика.