Лекция 8 местные гидравлические сопротивления

Местные потери обычно выражают через скоростной напор, соответствующий средней скорости до сопротивления (v₁,) или после сопротивления (v₂)

___________________________________

Отсюда

__________________________________________

где S₁ и S₂ — площади живого сечения соответственно до сопротивления и после сопротивления; ξ — коэффициенты местных сопротивлений.

Значения коэффициентов местных сопротивлений обычно получают экспериментально, и они приводятся в справочной литературе применительно к скоростному напору за сопротивлением. Значения ξ не зависят от числа Рейнольдса при Re > 5000. При меньших Re коэффициенты ξ увеличиваются.

Средние значения коэффициентов наиболее распространенных местных сопротивлений приведены в табл. 8.1. Кроме того, значение ξ можно принимать:

• для штуцеров, присоединяющих трубы к агрегатам, и пере- ходников, соединяющих отрезки труб ξ = 0,1÷ 0,15;

• для вентилей, ось перехода которых меняет свое направление под прямым углом ξ = 2÷3; если ось прохода не меняет направления ξ = 0,5÷1,0;

• для распределительных золотников в зависимости от количе- ства поворотов жидкости ξ = 2÷4;

• для клапанов различного назначения ξ = 2,5 ÷-т-10;

• для кранов ξ = 5,0.

В практике арматура, создающая местные гидравлические сопротивления, может устанавливаться на различных расстояниях друг от друга. При малых расстояниях возможно влияние одного сопротивления на другое и нарушение режима течения потока в прямолинейной части трубопровода.

При последовательном соединении местных сопротивлений поток жидкости стабилизируется, если расстояние между участками с местным сопротивлением не менее L = 40 ∙d,

где d — диаметр трубопровода, одинаковый по всей длине трубопровода.

Если это условие соблюдается, то общие потери от местных сопротивлений, включенных последовательно, определяются суммированием отдельных коэффициентов местных сопротивлений, поэтому

__________________________________________,

где k — число последовательно соединенных местных сопротивлений;

ξ_i— коэффициент одного местного сопротивления.

Коэффициенты местных сопротивлений. Таблица 8.1.

Как уже говорилось, в гидравлических расчетах бывает удобно выражать потер и давления в местных сопротивлениях через потери в гладкой трубе (эквивалентной длины местного сопротивления), которое определяется из соотношения

__________________ ; ________________________,

т. е. эквивалентная длина выражается через диаметр.

Таким способом трубопровод с местными сопротивлениями в расчете можно заменить эквивалентным трубопроводом, используя зависимость

______________________________.

Сопротивление при относительном движении

Полная сила сопротивления, которая возникает при относительном движении тела и жидкости, складывается из равнодействующей элементарных сил трения, направленных по касательной к поверхности обтекаемого тела, и силы давления, являющейся следствием разности давлений на переднюю и^- заднюю поверхности тела. При движении тела по свободной поверхности жидкости возможно также волновое сопротивление тела.

Воздействие потока на твердое тело можно свести к вектору, приложенному в некоторой точке, называемой центром давления. Вектор лобового сопротвления R_Л, действующий на твердое тело, направлен вдоль вектора скорости набегающего потока. Его величину выражают через максимальное миделево сечение тела S и скоростной напор потока:

где с_Л — коэффициент лобового сопротивления; с_П — коэффициент подъемной силы.

Коэффициенты с_П и с_Л определяются экспериментально для тел различной формы; значение этих коэффициентов можно найти в справочной литературе. Для тел выпуклой формы, приближенной к сфере, коэффициент с_Л = 0,5 при турбулентном течении, для хорошо окатанного гравия с_Л = 1,1, а для кускового угля — 1,2.

В зависимости от соотношения действующих на тело сил возможен подъем этого тела в жидкости, его погружение или состояние равновесия (витания).

Пусть частица объемом V и плотностью р_т удерживается на весу набегающим со скоростью v_ж потоком жидкости. Сила тяжести частицы G = ρ_тgV уравновешивается «архимедовой» силой R_А = ρ_жgV, направленной вверх по вертикали, и силой лобового сопротивления. Из условия равновесия этих сил (равенства проекций этих сил на направление движения жидкости) получим

,

откуда критическая скорость