38.Потери напора при постепенном изменении сечения потока (конфузор, диффузор).

Постепенное расширение трубы (диффузор).

Е сли расширение трубы происходит постепенно, то потери напора значительно уменьшаются. При течении жидкости в диффузоре скорость потока постепенно уменьша­ется, а давление увеличивается. Кинетическая энергия частиц движу­щейся жидкости уменьшается как вдоль диффузора (с соответствую­щим повышением давления), так и в направлении от оси к стенкам. Слои жидкости у стенок обладают столь малой кинетической энергией, что не могут преодолевать нарастающего давления, останавливаются и начинают двигаться обратно. При столкновении основного потока с обратными течениями возникают отрыв потока от стены и вихреобразования - явления, которые, как известно, связаны с потерями напора. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла конусности диффузора.

Диффузор характеризуется двумя параметрами: углом конусности α и степенью расширения n, определяемой отношением: n= ω₂ /ω₁

Потерю напора в диффузоре можно условно рассматривать как сумму потерь на трение и на расширение:

Потеря напора на расширение (постепенное) может быть найдена по формуле Борда, но с введением в нее поправочного коэффициента k_пр, так называемого коэффициента смягчения, зависящего от угла ко­нусности α,

При турбулентном течении в диффузоре k_пр≈sinα. Потери напора на трение определяются по уравнению:

Суммарный коэффициент диффузора:

Наивыгоднейший угол конусности составляет 5-8°.

Постепенное сужение трубы (конфузор).

П ри движении жидкости в конфузоре скорость потока вдоль трубы возрастает, а давление уменьшается. Так как жидкость движется от большего давления к меньшему, то при­чин для срыва потока (как в диффузоре) в конфузоре меньше. Отрыв потока от стенки трубы с небольшим сжатием возможен на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической, поэтому сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление диффузора с теми же геометрическими характеристиками. Потери в конфузоре также складываются из потерь на постепенное сужение и потерь на трение, т.е.

Потери напора на трение в конфузоре определяются аналогично тому, как это сделано для диффузора:

n= ω₁/ω₂ – степень сужения конфузора.

Потери напора на сужение становятся ощутимыми при а > 50. Их можно

найти по формуле

При а < 20 (при всех значениях п) можно принимать ζ ≈0,1.

Приведенные данные о коэффициентах местных сопротивлений относятся к турбулентному движению с большими числами Рейнольдса, когда влияние вязкости проявляется незначительно. При движении жидкости с малыми числами Рейнольдса коэффициенты местных сопротивлений зависят не только от геометрических характеристик каждого местного сопротивления, но и от числа Рейнольдса подходящего потока. При очень малых числах Рейнольдса жидкость течет через местные сопротивления без отрыва, потери напора обусловливаются непосредственным действием сил первой степени. Коэффициенты местного сопротивления в этом случае связаны с числом Рейнольдса зависимостью:

где А- коэф., зависящий о вида местного сопротивления и степени стеснения потока.

С увеличением числа Рейнольдса, наряду с потерями на трение, возникают потери напора, обусловленные отрывом потока и образованием вихрей (переходная область сопротивления). При достаточно больших числах Рейнольдса вихреобразование приобретает основное значение, потери напора становятся пропорциональны квадрату скорости, так как коэффициент ζ перестает зависеть от числа Рейнольдса и определяется только геометрией потока (так называемая квадратичная или автомодельная область сопротивления). Приводимые в справочниках экспериментальные данные о коэффициентах местных сопротивлений относятся к движению жидкости с нормальным (выровненным) полем скоростей. В практике местные сопротивления размещены иногда настолько близко одно к другому, что поток между ними не успевает выравниваться, поскольку вихреобразования, возникающие при проходе через местное сопротивление, сказываются на значительном протяжении вниз по течению. То расстояние после местного сопротивления, в пределах которого устанавливается нормальная (выровненная) эпюра скоростей и прекращается влияние местного сопротивления на поток, называется длиной влияния местного сопротивления. При больших числах Рейнольдса в первом приближении для оценки длины влияния пользуются соотношением l_вл>(30...40)d. Длина влияния зависит как от геометрии местного сопротивления, так и от коэффициента гидравлического трения на стабилизированном участке потока. При увеличении скорости потока статическое давление падает. Если оно упадет ниже давления насыщенных паров ж., то ж. начнет вскипать, образуются пузырьки пара.

Кавитация – образование в ж. полостей, заполненных газом, паром или их смесью. Кавитационные свойства местных сопротивлений оцениваются по критическому значению безразмерного числа – числа кавитации , при котором начинается кавитация:

При достижении числом кавитации предельно допустимого значения в рассматриваемом местном сопротивлении начинается кавитация.