Весна 16 курс 3 ОрТОР / Гидравлика / lektsia__15

15. СЛОЖНЫЕ МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

15. 1. ЗАКРУГЛЕНИЕ ТРУБЫ

Плавно закругленные трубы или поворот трубы называют отводом. Радиус кривизны R влияет на вихреобразование потока жидкости, т.е. на сопротивление движению (рис. 15.1.1.). Известна формула Вейсбаха по определению коэффициента местных сопротивлений при соблюдении следующих условий: d 2R5d:

ζ_отв= ,

где β - угол закругления.

Рис. 15.1.1. Закругления труб: а - плавное закругление (отвод); б - резкое закругление

Для отводов круглого сечения при β = 90 и 1 можно использовать формулу:

ζ_от = 0,051 + 0,19 .

Когда угол закругления β 70, коэффициент сопротивления

k₁ζ_от,

Если β 100

= k₂"ζ_от,

где ξ_от определяется при β = 90;

k₁ = 0,9;

k₂ = 0,35

В случае резкого поворота трубы (рис. 17.1.1, б) возникают существенно большие потери напора. В результате действия центробежных сил происходит отрыв от стенок потока жидкости с вихреобразованием, приводящий к возникновению водоворотной области.

Для такого круглого колена коэффициент ζ_к зависит от угла наклона осей колена β. При β= 90 ζ_к находится в пределах значения 1,0. В случае большой шероховатости стенок будет больше единицы.

Для отвода с углами β = 1090ζ_к можно вычислить по формуле

ζ_к = .

15.2. ВХОД ПОТОКА В ТРУБУ

Экспериментальными исследованиями установлено, что сопротивление зависит от толщины δ передней кромки круглой трубы. Для кромки с относительной толщиной 0,05 коэффициент местного сопротивления на входе ζ_вх =0,5. При бесконечно малой толщине кромки 0,ζ_вх = 1.

Q

d

рис. 15.2.1

Для уменьшения сопротивления на входе применяются входные наконечники конической формы или с плавным входом, очерченные по кривой (рис. 17.2.1). В таких наконечниках весьма существенно уменьшается отрыв потока от стенок. Для конусных наконечников с φ = 30120ζ_вх = 0,150,3, для наконечников с плавным входом ζ_вх = 0,030,12 при .

В случае наличия перед входом в трубу экрана, расположенного параллельно входному отверстию, потери напора существенно (рис. 15.2.2).При приближении экрана к входу в трубу происходит деформация потока жидкости в результате его поворота с увеличением скорости в щели высотой h между входной кромкой и экраном. В самой трубе происходит отрыв потока от кромок входного отверстия с образованием водоворотной области.

Рис. 15.2.2

Местные сопротивления можно представить в виде сопротивления входного отверстия и сопротивления, учитывающего наличие экрана.

ζ_{вх э} = ζ_вх + ζ,

где ζ_вх – коэффициент местного сопротивления на входе любого типа наконечников; ζ – дополнительный коэффициент сопротивления, учитывающий наличие экрана,

ζ = σ

где σ – коэффициент влияния экрана, σ = f ;D – диаметра входного отверстия; d – диаметр трубы после входа в неё; h – расстояние от поверхности экрана до плоскости входного отверстия; n-некоторая степень, зависящая от формы и геометрических размеров входного отверстия.

Для цилиндрической всасывающей трубы (наконечника) D = d и ζ = σ.

Согласно исследованиям Б. Ухина при 0, 15 σ для цилиндрического наконечника можно определить по формуле

σ = = ζ.

Для конических наконечников при угле α =60 120 n = 1,5.

В случае плавного входа наконечника = 0,28 0,6; n = 4,53,5.

Для этих наконечников ζ = σ σ = = ζ.

15.3. ДИАФРАГМА НА ТРУБОПРОВОДЕ

Диафрагма устанавливается на трубопровод в определенном месте для регулирования расхода воды. Трубопровод в месте установки диафрагмы имеет постоянное живое сечение, d = const (рис. 15.3.1.).

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется по формуле

ζ_диаф =

рис. 15.3.1. где n = – отношение площади отверстия диафрагмы диаметром d₀ к поперечной площади сечения трубы диаметром d;

ε – коэффициент сжатия при прохождении потока через отверстие диафрагмы, ε рекомендуется находить по формуле А. Альтшуля

ε = 0,57 + .

15.4. РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА

Задвижки. Для односторонней задвижки круглой трубы сопротивление зависит от степени её открытия, т. е. от отношения (рис.15.4.1.). При малом

открытии происходит отрыв потока от сегмента задвижки и стенок с образованием водоворотной области, а на поверхности раздела области с потоком происходит пульсация скоростей и интенсивное вихреобразование, приводящее к массообмену частицами жидкости .

Рис. 15.4.1.

В таблице 15.4.1 приведены значения коэффициента ζ_з от степени открытия .

Таблица 15.4.1

Значение ζ от степени открытия

	0	0,125	0,25	0,375	0,50	0,625	0,75	0,875	1
ζз	0,05	0,07	0,26	0,80	2,10	5,50	17,0	93

Пробковый кран, вентили. Сопротивление пробкового крана напрямую зависит от угла открытия крана φ (рис. 15.4.2).

Рис. 15.4.2

а) – прямоточный вентиль; б) – нормальный вентиль; в) – вентиль типа Косва; г) – пробковый кран.

В таблице 15.4.2 приведены значения ζ_кр.

Таблица 15.4.2

Значение ζ_кр от угла открытия φ

φ	10	20	30	40	50	60	65
ζкр	0,29	1,56	5,47	17,3	52,6	206	486

Значения коэффициентов местных сопротивлений вентилей различной конструкции при полном их открытии следующие:

прямоточный – ζ_кр =0,50,8;

нормальный – ζ_кр = 3;

с косым затвором (Косва) – ζ_кр = 1,42,50.

15.5. СЕТКИ

Коэффициент сопротивления для сеток с квадратичными ячейками (рис. 15.5.1.) можно вычислить по формуле Н. Краснова

ζ_сет =+0,7

где m = - коэффициент скважности сетки (а – размер ячейки сетки; t – шаг), число Рейнольдса для сетки

R_ea = ,

где υ_с – средняя скорость в ячейках сетки.

Потери напора в сетках

Рис. 15.5.1. h_rсет = ζ_сет .

Средняя скорость в ячейках сетки

υ_с = = ,

где ω – площадь сечения до сетки.

15.6. ТРОЙНИКИ

Деталь трубы, в которой имеет место разделение или соединение потоков жидкости, называется тройником (рис. 15.6.1.). При определении гидравлических потерь принимается средняя скорость при разделении или слиянии потоков скорости υ₁, соответствующей расходу Q₁ до разделения и

Q₂ + Q₃ = Q₁ после слияния. Гидравлические потери напора возникают в результате соединения потоков жидкости или разделения их. Коэффициенты местных сопротивлений зависят от геометрии тройника, т. е. от угла β, соотношения диаметров d₁, d₂, d₃ и отношения расходов и .

Коэффициенты местных сопротивлений ζ_тр получены в результате многочисленных опытов и их значения приведены в специальных справочниках.

рис. 15.6.1.