Типові випадки коефіцієнтів місцевих втрат.

За винятком раптового розширення, втрати напору трубопроводів, визначаються дослідним шляхом. При цьому будь - який місцевий опір буде подібним опору при раптовому розширенні потоку. Для цього є багато підстав, якщо врахувати, що поведінка потоку в момент подолання будь – якого місцевого опору зв’язана з розширенням чи звуженням живого перерізу.

Вихід із труби під рівень рідини.

Значення місцевого опору при виході із труби під рівень рідини у велику посудину, пов'язаний з повною втратою кінетичної енергії для системи, тобто стає справедлива рівність , у якій коефіцієнт місцевого опору .

Раптове звуження потоку.

При раптовому звуженні, втрати напору викликані стисненням потоку з наступним його розширенням. У наслідок цього величина втрат складається із втрат на стиснення і розширення. Це дає підстави порівнювати названий опір з опором при раптовому розширенні струменя. Значення коефіцієнта місцевого опору при раптовому звуженні трубопроводу можна визначити за формулою Центрального аеро – гідродинамічного інституту (ЦАГІ) за усталеною швидкістю v₂ за даним місцевим опором:

(4.58)

Вхід у трубу із посудини.

Визначення місцевого опору при вході у трубу також може бути зведено до задачі про раптове розширення потоку. У кожному окремому випадку коефіцієнт місцевих втрат залежить від умов входу. Труба може виступати в середину посудини, мати гострі або закруглені кромки на вході, чи бути нахиленою під певним кутом до горизонту. Для всіх цих випадків характерне початкове звуження з подальшим розширенням струменя. Тому вхід у трубу можна ототожнювати з раптовим розширенням. Коефіцієнти місцевих опорів при вході в трубу визначаються дослідним шляхом. Для входу в трубу що виступає в середину посудини = 1, при гострих кромках , при закруглених кромках і залежить від ступеня закругленості кромок.

При вході рідини у трубу під кутом до горизонту, тоді значення місцевого опору розраховується за емпіричною формулою Вейсбаха:

.

Плавне розширення чи звуження потоку. Коефіцієнт місцевого опору при проходженні рідиною дифузорів визначаються із рівняння:

де k – коефіцієнт, що враховує втрати напору в дифузорі порівняно з раптовим розширенням потоку з тим самим співвідношенням перерізів трубопроводів, які він з’єднує.

Коефіцієнт місцевого опору при проходженні рідиною конфузорів, визначаються в частках від втрат напору при раптовому звуженні і опору тертя по довжині конфузора за емпіричною формулою:

де - коефіцієнт тертя по довжині конфузора, який визначається у залежності від числа Re і швидкості за середнім значенням діаметра конфузора.

Витратомірна діафрагма. При проходженні рідини через діафрагму з гострими кромками, яка знаходиться в трубі постійного радіуса, коефіцієнт залежить від співвідношення (m ступінь стиснення потоку) і визначається дослідним шляхом.

Запірна арматура. На практиці часто потрібно розраховувати місцеві опори викликані запірною арматурою – вентилями, клапанами, кранами, засувками і т. ін. У цих випадках проточна частина, утворена різним запірним обладнанням, має різні геометричні форми, але гідравлічний зміст течії при подоланні цих опорів однаковий. Тобто спочатку звуження на самій перешкоді, а потім різке розширення. І у цьому випадку ми маємо всі підстави ототожнювати опори з раптовим розширенням потоку.

Коефіцієнт місцевого опору можна отримати з довідників, де вони отримані дослідним шляхом. Конструктивно одні її теж пристрої можуть відрізнятись якістю їх виготовлення та умовами досліджень. Тому у довідниках різних авторів наводяться різні значення для однотипних місцевих опорів.

На практиці, при експлуатації створюються умови роботи арматури таким чином, щоб вона була постійно відкрита.

Зміна напрямку потоку. Випадок місцевого опору при зміні напрямку потоку на кут . Раптовий різкий поворот, чи коліно з не заокругленим поворотом викликає значні втрати енергії, тому що в ньому відбувається відрив потоку і виникає вихроутворення, при цьому втрати збільшуються із збільшенням . Коефіцієнт місцевого опору у цьому випадку визначається за емпіричною формулою Вейсбаха залежно від кута повороту:

(4.59)

Для визначення коефіцієнта місцевого опору сегментного коліна, що складається з 5…6 елементів, використовують формулу Панченка:

(4.60)

В обох останніх рівняннях кут повороту виражено у градусах.

Плавний поворот труби ( відвід), значно зменшує вихроутворення і, як наслідок, опір відводу за опір коліна. Чим більший радіус повороту, тим меншим буде опір r_зм / d, а при досить великому радіусі вихроутворення і відрив потоку зовсім зникають. Коефіцієнт опору відводу залежить від відношення r_зм /d, кута , і форми живого перерізу труби.

Для круглого відводу з кутом і r_зм / d у випадку турбулентної течії користуються емпіричною формулою:

Для інших кутів:

Значення коефіцієнтів для труб різних перерізів треба дивитись у довідковій літературі.

Трійники.

Коефіцієнт місцевих опорів трійників визначають залежно від відношення витрат рідини у відгалуженні Q_від до загальних витрат Q в основному трубопроводі. При визначенні втрат напору слід виходити із швидкості рідини у магістралі. Коефіцієнт місцевих опорів , які належать магістралі і до відгалужень трубопроводу також беруться із довідникової літератури.

У ряді випадків ці коефіцієнти мають від’ємне значення, бо при злитті чи розєднанні потоків можливе підсмоктування рідини і збільшення напору.