4.1. Основные расчётные зависимости

К местным сопротивлениям относят участки трубопроводов, где изменяется конфигурация потока. Местными сопротивлениями являются плавные или резкие сужения и расширения, повороты на различный угол, диафрагмы, задвижки, вентили, краны и пр.

Теоретическое определение местных потерь напора представляет значительные трудности и поэтому в большинстве случаев они определяются с помощью коэффициентов, полученных опытным путём.

Обычно потери энергии потока на местные сопротивления определяются по формуле

h_m=ξ V²/2g, (4.1)

где ξ – безразмерный коэффициент, характеризующий данное местное сопротивление; V – средняя скорость в трубопроводе за сопротивлением.

4.1.1. Внезапное расширение потока

Потери напора при резком (внезапном) расширении потока определяются по формуле Борда

h_расш=, (4.2)

где V₁, V₂ – средние скорости течения в сечениях до расширения и после него.

Если учесть, что согласно уравнению расхода V₁ω₁= V₂ω₂, то предыдущее уравнение можно записать в виде, соответствующем общему способу выражения местных потерь

h_расш=, (4.3)

Отсюда следует, что для внезапного расширения потока коэффициент потерь

ξ=, (4.4)

В случае, если площадь ω₂ весьма велика по сравнению с ω₁ и, следовательно, скорость V₂ можно считать равной нулю, то ξ=1 и потери на расширение

h_расш= . (4.5)

Данный вариант соответствует, например, для подвода жидкости по трубе к резервуару достаточно больших размеров.

4.1.2. Внезапное сужение потока

Полная потеря напора при внезапном сужении определяется

h_суж=, (4.6)

где V₂ – средняя скорость потока после сужения.

Для определения коэффициента сопротивления внезапного сужения применима формула И.Е.Идельчика:

ξ_суж=, (4.7)

где n= - степень сужения.

В частном случае, когда допустимо считать ω₂/ω₁=0, например, при выходе трубы из резервуара, достаточно больших размеров и при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сужения равен:

ξ_суж=ξ_вх=0,5.

4.1.3. Поворот русла

Поворот трубы может быть внезапным в виде колена без закругления и постепенным с закруглением, называемым отводом. В любом случае потери тем больше, чем больше угол поворота и определяются по формуле:

h_кол=ξ_кол . (4.8)

Коэффициент сопротивления колена при угле поворота в 90 достигает единицы.

Закругление или плавность поворота снижает сопротивление пропорционально радиусу кривизны отвода. Для отвода с углом поворота 90 и при турбулентном течении коэффициент сопротивления можно определить по формуле

ξ_отв=0,051+0,19, (4.9)

где d – диаметр трубопровода; R – радиус кривизны отвода.

В большинстве случаев определить опытным путём потери напора в местных сопротивлениях «в чистом виде» невозможно, поскольку завихрения, вызываемые местным сопротивлением, распространяются по длине потока и затихают на участке длиной 10d после и до местного сопротивления. В этом случае целесообразно определять общие потери напора (h_w) на участке, включающем местное сопротивление, из которых исключаются путевые потери, вычисляемые обычно по гидравлическому уклону, то есть:

h_M=h_W-h_n=h_W-Ll.