Основные виды местных сопротивлений. Определение коэффициента местных потерь

В главе 3 уже рассматривался вопрос о расчете потерь напора на местных сопротивлениях, то есть таких участках трубопровода, где вследствие изменения размеров или конфигурации русла, происходит изменение скорости потока, отрыв его от стенок и возникают вихри. Рассмотрим местные сопротивления подробнее.

Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разделить на три группы: расширения, сужения и повороты русла. Каждое из них может быть внезапным или постепенным. Более сложные случаи местных сопротивлений – это комбинации этих простейших сопротивлений. Например, в вентиле поток сначала искривляется, сужается и, наконец, расширяется.

При турбулентном режиме течения коэффициенты потерь  определяются в основном формой местных сопротивлений, а от числа Рейнольдса Re практически не зависят, поэтому величина местных потерь пропорциональна квадрату скорости. Такую зависимость называют квадратичной. Значения коэффициентов потерь  находят в основном опытным путем, хотя для некоторых простейших местных сопротивлений их удается получить теоретическим путем. При решении практических задач значения  находят в справочниках, где они приведены в виде формул, таблиц, графиков для различных видов местных сопротивлений.

Для большинства местных сопротивлений в трубопроводах при Re  10⁵ имеет место турбулентная автомодельность – потери напора пропорциональны скорости во второй степени и коэффициент местного сопротивления не зависит от Re. В местных сопротивлениях, где происходит резкое изменение сечения трубопровода и образуются значительные вихри, автомодельность устанавливается и при Re  10⁴. Например, для внезапного расширения трубопровода , гдеS₁ и S₂ – площади трубопровода до и после внезапного расширения. Для выхода трубопровода в бак S₂ >> S₁, поэтому _м  1. При постепенном расширении потока в диффузоре коэффициент местного сопротивления

,

где  _д – коэффициент потерь.

При внезапном сужении трубы . Для входа в трубопровод из бакаS₁ >> S₂, поэтому _м  0,5.

При ламинарном режиме течения местные потери обычно малы по сравнению с потерями на трение, а закон сопротивления более сложный, чем при турбулентном режиме:

где h_тр – потери напора, обусловленные непосредственно действием сил трения (вязкости) в данном местном сопротивлении и пропорциональные вязкости жидкости и скорости в первой степени; h_вихр – потери, связанные с отрывом потока и вихреобразованием в самом местном сопротивлении или за ним и пропорциональные скорости во второй степени.

Таким образом, коэффициент потерь при ламинарном режиме можно представить как сумму:

где A и B – безразмерные константы, зависящие в основном от формы местного сопротивления.

В зависимости от значения Re и формы местного сопротивления потери напора при ламинарном режиме могут выражаться как линейной, так и квадратичной от скорости зависимостью, а также какой-то средней между ними кривой. Значения коэффициентов A и B следует искать в справочнике в зависимости от вида местного сопротивления и его параметров.

Местные потери и коэффициент местного сопротивления.

Сети трубопроводов, распределяющие или отводящие жидкость от потребителей, меняют свой диаметр (сечение); на сетях устраиваются повороты, ответвления, устанавливаются запорные устройства и т. п. В этих местах поток меняет спою форму, резко деформируется. Вследствие изменения формы возникают дополнительные силы сопротивления, так называемые местные сопротивления. На их преодоление расходуется напор. Напор, затрачиваемый на преодоление местных сопротивлений, называют местными потерями напора и обозначают через .

Местные потери напора определяют как произведение скоростного напора непосредственно вблизи местного сопротивления , по формуле

. (1)

Общей теории для определения коэффициентов местных сопротивлений, за исключением отдельных случаев, нет. Поэтому коэффициенты местных сопротивлений, как правило, находят опытным путем. Значения их для различных элементов трубопроводов приводятся в технических справочниках. Иногда местные сопротивления выражают через эквивалентную длину прямого участка трубопровода .Эквивалентной длиной называют такую длину прямого участка трубопровода данного диаметра, потери напора в котором при пропуске данного расхода равны рассматриваемым местным потерям. Приравнивая формулы Дарси-Вейсбаха и (1), имеем ,получаем ,или .

54. Основные характеристики истечения жидкости через отверстия и насадки (форму­ла Торичелли; виды истечения; коэффициенты сжатия, скорости и расхода; типы сжатия струи).