14.3.4. Постепенное сужение потока

Постепенно сужающиеся участки трубопроводов (конфузоры) также нашли широкое применение в практике (рис. 14.3.3.1).

Рис. 14.3.4.1

При постепенном сужении сечения скорость вдоль трубопровода возрастает, а давление падает. Отрыв потока от стенок в этом случае возможен только на выходе из конфузора в цилиндрическую часть трубопровода. Поэтому при одинаковых гидравлических характеристиках и размерах местные сопротивления в конфузоре меньше, чем в диффузоре.

Потери в конфузоре также равны сумме потерь на постепенное сужение и на трение по длине

h_конф = h_п.с + h_дл.

Потери напора по длине h_дл можно определять по формуле

h_дл = .

	Рис. 14.3.4.2

Потери напора на сужение существенными будут при α , и их можно определить по формуле

h_п.с. = ζ_п.с.,

где

ζ_{п.с =} К_суж ζ_вн.с..

Здесь ζ_{вн. с} – коэффициент местного сопротивления при внезапном сужении; К_суж – коэффициент смягчения, учитывающий плавное сужение, который зависит от угла конусности α.

График распределения скоростей при структурном режиме изображен на рис. 14.3.3.3.

зона ламинарного режима

r

центральное ядро

r₀

рис. 14.3.4.3.

Для определения скоростей по сечению потока теоретическим путем получена следующая формула

υ =  -,

где – разность давлений в начале и конце трубопровода; μ – абсолютная вязкость жидкости; l –  длина трубопровода; r– радиус трубопровода; y – расстояние от оси трубопровода до слоя жидкости, у которого определяется скорость; τ₀ – первоначальное напряжение сдвига.

Для определения скорости в ядре сечения необходимо принять y=r₀ , тогда

υ =   -.

Расход жидкости  определяется  по  формуле Букингама,  полученной теоретически

Q =

где – приложенная разность давлений;– разность давлений, соответствующая началу движения, определяемая по уравнению .

Потери напора при движении аномальных (неньютоновских) жидкостей можно определять по уравнению Дарси-Вейсбаха, что подтверждено исследованиями Б. С. Филатова. Обычно режим движения турбулентный, и значение λ принимают в пределах от 0,017 до 0,025, при этом λ  принимают тем больше, чем меньше концентрация раствора.

При производстве земляных работ получил широкое применение метод гидромеханизации. Грунт размывается струей воды, засасывается землесосом и транспортируется по трубам в отвал или к месту намыва грунта. Смесь воды с размельченным грунтом называется пульпой, или гидросмесью, а трубы по которым перекачивается пульпа, - пульповодами.

При некоторой достаточно малой скорости частицы грунта начинают осаждаться и заилять трубопровод. Эта скорость называется критической. Обычные формулы гидравлики, приведенные выше для трубопроводов с водой к пульпопроводам не применимы.

Гидравлический расчет пульповодов заключается в определении критических скоростей и потерь напора. Проф. А. П. Юфин предложил следующие эмпирические формулы.

Для критической скорости:

а) в трубопроводах диаметром до 200 мм

;

б) в трубопроводах диаметром больше 200 мм

,

где d – диаметр трубопровода, м; – средний диаметр твердых частиц, мм; – основание натуральных логарифмов; – удельный вес пульпы; – удельный вес воды;;– так называемая «гидравлическая крупность», т. е. скорость падения частиц в спокойной воде.

Для потерь напора:

а) при критической скорости

;

б) при скорости выше критической

,

где – длина трубопровода;– ускорение свободного падения; – потери напора в трубопроводе при движении чистой воды при том же расходе;– потери напора при движении пульпы с критической скоростью;.

Остальные обозначения те же.