Контрольные вопросы

1. В чем отличие турбулентного течения от ламинарного? 2. Чем отличается распределение скоростей в цилиндрическом трубопроводе при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости? При каком режиме имеет место большая неравномерность скоростей и почему? 3. Объясните понятие «гладкие» и «шероховатые» поверхности. Может ли одна и та же труба быть «гидравлически гладкой» и «гидравлически шероховатой»? В каком случае? 4. Объясните основные линии и зоны сопротивления на графике Никурадзе. 5. Какова зависимость между потерей напора и средней скоростью течения жидкости в различных зонах и линиях на графике Никурадзе? 6. От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения при турбулентном течении и по каким формулам его можно определить? 7. Каковы особенности расчета потерь на трение по длине для некруглых трубопроводов?

2.18. Местные гидравлические сопротивления

Величину потери напора, затраченной на преодоление какого-либо местного сопротивления, принято считывать в долях от скоростного напора, соответствующего скорости непосредственно за рассматриваемым местным сопротивлением

где коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты различных местных сопротивлений находятся, как правило, опытным путём. Таблицы с этими коэффициентами имеются в любом гидравлическом справочнике.

Для некоторых важных сопротивлений величина коэффициента удалось получить теоретически.

2.18.1 Внезапное расширение трубопровода

Рассмотрим случай местных потерь, вызванных внезапным расширением потока (рисунке 2.19). В этом случае коэффициент сопротивления можно определить теоретически. Для этого в потоке, движущемся в области внезапного расширения, рассмотрим объём жидкости между сечениями А-АиВ-В, взяв сечениеВ-Вв этой области, где поток работает полным сечением и давление можно принять соответствующим гидростатическому закону.

Обозначим: и– площади живых сечений потока до и после расширения,V₁ иV₂– скорости в этих живых сечениях, аи– давления.

Рисунок 2.19

Предположения, что за время объёмААВВ переместится в положениеВследствие несжимаемости жидкости объёмыиравны между собой и могут быть выражены какгдерасход.

Применим закон изменения количества движения в проекции на направление движения

Изменение количества движения при перемещении объёма во второе положение

(2.64)

Пренебрегая силами трения на стенке и учитывая, что проекция импульса силы тяжести на направление будет равна нулю, устанавливаем, что в выражении импульса войдут только силы давления

и

Следовательно,

Разделив это уравнение на получим

или

Согласно уравнению Бернулли

или

(2.65)

Таким образом, потери при внезапном расширении равны скоростному напору от потерянной скорости. Этот результат назван формулой Борда

(2.66)

где коэффициент внезапного расширения.

Следовательно, значение определяется теоретически и подтверждает пропорциональность местных потерь квадрату скорости.

Следует отметить, что действительно потери напора при внезапном расширении несколько больше определённых теоретически и требуется вводить поправочный коэффициент определяемый опытным путём:

(2.67)