4.1.1. Внезапное расширение потока.

Потери напора при резком (внезапном) расширении потока определяются по формуле Борда:

h_расш=, (5.2)

где 𝝑₁, 𝝑₂ – средние скорости течения в сечениях до расширения и после него.

Если учесть, что согласно уравнению расхода 𝝑1ω1=𝝑2ω2, то предыдущее уравнение можно записать в виде, соответствующем общему способу выражения местных потерь:

h_расш=, (5.3)

Отсюда следует, что для внезапного расширения потока коэффициент потерь:

ξ=, (5.4)

В случае, если площадь ω2 весьма велика по сравнению с ω1 и, следовательно, скорость𝝑2 можно считать равной нулю, то ξ=1 и потери на расширение:

h_расш=, (5.5)

Данный вариант соответствует, например, для подвода жидкости по трубе к резервуару достаточно больших размеров.

4.1.2. Внезапное сужение потока.

Полная потеря напора при внезапном сужении определяется:

h_суж=, (5.6)

где 𝝑₂ – средняя скорость потока после сужения.

Для определения коэффициента сопротивления внезапного сужения применима формула И.Е.Идельчика:

ξ_суж=, (5.7)

где n= - степень сужения.

В частном случае, когда допустимо считать ω2/ω1=0, например, при выходе трубы из резервуара, достаточно больших размеров и при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сужения:

ξ_суж=ξ_вх=0,5.

4.1.3. Поворот русла.

Поворот трубы может быть внезапным в виде колена без закругления и постепенным с закруглением, называемым отводом. В любом случае потери тем больше, чем больше угол поворота и определяются по формуле:

h_кол=ξ_кол, (5.8)

Коэффициент сопротивления колена при угле поворота в 90 достигает единицы.

Закругление или плавность поворота снижает сопротивление пропорционально радиусу кривизны отвода. Для отвода с углом поворота 90 и при турбулентном течении коэффициент сопротивления можно определить по формуле:

ξ_отв=0,051+0,19, (5.9)

где d – диаметр трубопровода; R – радиус кривизны отвода.

В большинстве случаев определить опытным путём потери напора в местных сопротивлениях «в чистом виде» невозможно, поскольку завихрения, вызываемые местным сопротивлением, распространяются по длине потока и затихают на участке длиной 10d после и до местного сопротивления. В этом случае целесообразно определять общие потери напора (h_w) на участке, включающем местное сопротивление, из которых исключаются путевые потери, вычисляемые обычно по гидравлическому уклону, т.е.:

h_M=h_W-h_n=h_W-Ll.

4.2. Описание лабораторной установки.

Экспериментальные исследования по определению потерь напора в местных сопротивлениях выполняются на лабораторной установке ГД-5Б. Данная установка отличается от установки ГД-5А рабочей трубой, представленой на рис. 5.1 (описание установки ГД-5А, см. разд. 4.2.1).

На данной трубе можно исследовать потери напора на внезапное сужение и расширение, потери напора на внезапных поворотах (два колена по 90).

….

Фото 4 Установка ГД-5

Методические указания к лабораторной работе № 5

1. Лабораторная работа по определению коэффициента местного сопротивления в коленах (внезапных поворотах)

Местные потери напора в коленах (290) определяются следующим образом. Разность показаний пьезометра № 2 и 3 показывает суммарные потери напора по длине и местные: h^2-3_W=h₂-(h₃+z)=h^2-3_n+h^2-3_M,

где z – разница высот установки пьезометров № 2 и 3, равна 5 см.

Поэтому для определения местных потерь из разницы показаний пьезометров 2 и 3 следует вычесть потери по длине h^2-3_n, которые можно определить как произведение гидравлического уклона (удельных потерь) на длину участка между 2 и 3 пьезометром.

Поскольку диаметр и материал труб от пьезометра 1 до 3 пьезометра не меняется, то и гидравлический уклон для участка 2-3 можно определить по участку 1-2:

i=,

где h₁-h₂=h^1-2_n – потери напора по длине между 1 и 2 пьезометрами; l_1-2 – расстояние между пьезометрами 1-2.

Тогда: h^2-3_n=il_2-3.

h^2-3_M=(h₂-(h₃+z))-h^2-3_n=h^2-3_W-h^2-3_n.

Зная потери напора на местные сопротивления, можно определить коэффициент местного сопротивления одного поворота под углом 90:

h^2-3_M=2ξ,

отсюда: ξ=h^2-3_M.

Вода поступает из напорного бака, по исследуемому трубопроводу истекает в мерный бак. При установившемся движении измеряется расход и фиксируются показания 1, 2, 3 пьезометров. Опыт производится для трёх-четырёх различных расходов и данные опыта записываются в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

№	Наименование параметров	Ед.изм.	Опыт №
			1	2	3
1	Объём, W	см3
2	Время, t	c
3	Расход, Q	cм3/с
4	Средняя скорость, 𝝑=	см/с
5	Показания пьезометров, h1, h2, h3	см
6	Потери по длине на участке 1-2, h1-2n=h1-h2	см
7	Гидравлический уклон, i	см/м
8	Общие потери напора на участке 2-3, h2-3W=h2-(h3+z)	см
9	Потери по длине на участке 2-3, h2-3n=il2-3	см
10	Потери местные на участке 2-3, h2-3M=h2-3W-h2-3n	см
11	Определение коэффициента местного сопротивления (одного колена 90), ξon
12	Коэффициент местного сопротивления колена по справочнику, ξспр
13	Расхождение,