12

ЛЕКЦИЯ 5.2 МЕСТНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

План:

5.2.1 Местные сопротивления от расширения и сужения потока

5.2.2 Местные сопротивления от задвижки, диафрагмы, поворота потока и крана

5.2.1 Местные сопротивления от расширения, сужения и поворота потока

5.2.1.1 Общее понятие о местном сопротивлении

Местными гидравлическими потерями энергии называются такие потери, которые вызванны элементами трубопровода вследствии изменения размеров или конфигурации потока жидкости на коротких участках, где происходит изменение скорости потока жид-кости по величине и направлению, отрыв потока от стенок трубопровода и возникновение вихреобразования потока. Вихреобразования образуются за местом отрыва потока от сте-нок и представляют собой области, в которых частицы жидкости движутся в основном по замкнутым кривым или близким к ним траекториям.

Простейшие местные гидравлические сопротивления условно можно разделить на отдельные виды: расширение, сужение и повороты потока, каждый из видов может быть внезапным или плавным. Более сложные виды местного сопротивления представляют со-бой соединение или комбинацию простейших видов сопротивлений.

Местные сопротивления формируются элементами управления гидросистемой и включают в себя:

• расширение потока;

• сужение потока;

• поворот или разветвление потока;

• шайбы и диафрагмы;

• кран, вентиль, задвижка;

• клапаны, золотники, распределители и другие.

5.2.1.2 Внезапное расширение потока

Потеря энергии потока при внезапном расширении расходуется на вихреобразова-ние, связанное с отрывом потока от стенок, то есть на поддержание непрерывного враща-тельного движения жидких масс с постоянным их обновлением (Рис 5.5).

Рис 5.5 Схема внезапного расширения потока

При внезапном расширении трубы поток отрывается от угла и расширяется не вне-запно, как увеличивается сечение трубы, а плавно, причем в кольцевом пространстве между потоком и стенкой трубы образуется вихри, которые и являются причиной потери энергии.

Рассмотрим два сечения: «1-1» в плоскости расширения трубы и «2-2» - в том месте, где поток, расширившись, заполняет все сечения широкой трубы. Так как поток между рассматриваемыми сечениями расширяется, то это значит, что увеличивается площадь нормального сечения потока, а значит уменьшается скорость потока и увеличивается давление жидкости. Поэтому во втором пьезометре жидкость поднимается на высоту большую, чем в первом, установленом в узком месте трубы.

Если бы потерь напора в сечении «2-2» не было, то второй пьезометр показывал бы высоту подъема жидкости на h _рас. выше. Поэтому эта высота показывала б местную поте-рю напора при расширении.

В расширяющемся трубопроводе при ламинарном режиме течении коэффициент ξ (коэффициент местного сопротивления) зависит от вида сопротивления и числа Re, а при турбулентном режиме течения зависит только от вида сопротивления. Для всех случаев местных сопротивлений коэффициент ξ определяется экспериментально.

Для случаев течения при внезапном расширении применяется формула Борда, кото-рая устанавливает, что потеря напора при внезапном расширении потока равняется изме-нению скоростного напора:

Учитывая, что изменение скорости, происходит из-за изменения площадей попереч-ного сечения потока, формулу можно преобразовать:

Выражение:

-для скорости V_1, а для V₂ называется коэффициентом местных потерь и обозначается греческой буквой дзетта

Тогда потерю напора можно определить по формуле:

5.2.1.3 Плавное расширение потока

Плавно расширяющийся трубопровод называется диффузором. Течение потока в диффузоре сопровождается плавным уменьшением скорости и увеличением давления, а следовательно преобразованием кинетической энергии потока в потенциальную. В диф-фузоре так же происходит отрыв основного потока от стенки трубопровода и вихре-образования. Интенсивность этого явления возрастает с увеличением угла расширения диффузора ( )(Рис 5.6).

Рис 5.6 Схема плавного расширения потока

Кроме этого, в диффузоре имеют место и обычные потери напора, вызванные трени-ем о стенки по длине трубопровода. Полную потерю напора в диффузоре можно рассмат-ривать как сумму двух слагаемых:

где,

- степень расширения диффузора

k- коэффициент смягчения течения, при = 5…20, k = sin , тогда будет иметь вид:

Наименьшие потери напора будут в том случае, когда диффузор имеет угол =6 , при этом коэффициент потерь = 0,15 (Рис 5.7).

Рис 5.7 Зависимость