14. Потери напора в местных сопротивлениях

14.1. Местные гидравлические сопротивления.

Местными гидравлическими сопротивлениями называются участки трубопроводов (каналов), на которых поток жидкости претерпевает деформацию вследствие изменения размеров или формы сечения, либо направления движения. Простейшие местные со­противления можно условно разделить на расширения, сужения, которые могут плавными и внезапными, и повороты, которые также могут плавными и внезапными (см. рисунок 14.1.1). Но большинство местных сопротивлений являются комбинациями указанных случаев, так как поворот потока может привести к изменению его сечения, а расширение (сужение) потока — к отклонению от прямолинейного движения жидкости Кроме того, различная гидравлическая арматура (краны, вентили, клапаны и т.д.) практически всегда является комбинацией простейших местных сопротивлений. К местным сопротивлениям также относят участки трубопроводов с разделением или слиянием потоков жидкости.

υ₁ υ₂ υ₁ υ₂

υ₁ υ₂ υ₁ υ₂

υ₁ υ₁

υ₂ υ₂

Рис. 14.1. 1.

Необходимо иметь в виду, что местные гидравлические сопротивления оказывают существенное влияние на работу гидросистем с турбулентными потоками жидкости. В гидросистемах с ламинарными потоками в большинстве случаев эти потери напора малы по сравнению с потерями на трение в трубах. В данном разделе будут рассмотрены местные гидравлические сопротивления при турбулентном режиме течения.

Простые местные гидравлические сопротивления можно разделить по направлению вектора средней скорости:

- скорость переменна при неизменном направлении движения потока жидкости (расширение трубы может быть плавное или внезапное; сужение трубы плавное или внезапное);

- скорость постоянна при изменении направления движения потока (поворот трубы в виде плавного или резкого).

К более сложным местным сопротивлениям относятся сопротивления, в которых вектор скорости изменяется по величине и направлению, а также при слиянии или разделении потоков (рис. 14.1.2.).

υ₁ υ υ₁

υ υ υ₁

υ₂ υ₃

υ₂ υ₂

рис. 14.1.2.

В таких сопротивлениях в результате резких изменений направления и скорости происходит весьма значительная деформация потока и интенсивное вихреобразование.

Наибольшее вихреобразование возникает в сопротивлениях, имеющих какую-либо преграду. В результате обтекания преграды, находящейся в трубе, потоком жидкости происходит отрыв части потока от стенки трубы с возникновением вихревой зоны, которую называют водоворотной областью.

Местные гидравлические сопротивления, т. е. такие элементы трубопроводов, в которых вследствие изменения поперечных размеров или конфигурации происходит деформация потока, и обуславливают местные потери напора.