34. Виды местных сопротивлений Внезапное расширение.
В этом случае, одном из немногих, выражение для потери напора можно найти теоретическим путем.
П
ри
внезапном расширении потока в трубке
от сечения 1 до
сечения 2 жидкость
не течёт по всему контуру стенок, а
движется по плавным линиям токов. Вблизи
стенок, где внезапно увеличивается
диаметр трубы, образуется пространство,
в котором жидкость находится в интенсивном
вращательном движении. При таком
интенсивном перемешивании происходит
очень активное трение жидкости о твёрдые
стенки трубы об основное русла потока,
а также трение внутри вращающихся
потоков, вследствие чего происходят
существенные потери энергии. Кроме
того, какая-то часть энергии жидкости
затрачивается на фазовый переход частиц
жидкости из основного потока во
вращательные и наоборот. На рисунке
видно, что показания пьезометра во
втором сечении больше, чем в первом.
Тогда появляется вопрос, о каких потерях
идёт речь? Дело в том, что показания
пьезометра зависят не только от потерь
энергии, но и от величины давления. А
давление во втором сечении становится
больше из-за уменьшения скоростного
напора за счёт расширения потока и
падения скорости. В этом случае надо
учитывать, что если бы не было потерь
напора на местном сопротивлении, то
высота жидкости во втором пьезометре
была бы ещё больше.
Назвав
разность 
потерянной
скоростью, можно сказать, что потеря
напора при внезапном расширении равна
скоростному напору, подсчитанному по
потерянной скорости.
Это утверждение носит имя теоремы
Борда - Карно.
Последнюю формулу можно переписать в виде:
или 
.
С
учетом того, что на основании уравнения
неразрывности потока 
,
те же потери напора можно представить
в виде:
или 
.
Сравнивая
последние выражения с формулой Вейсбаха 
,
можно выделить выражения для коэффициента
местного сопротивления при внезапном
расширении потока:
,
если 
определять
по скорости 
;
,
если 
определять
по скорости 
.
Внезапное сужение потока
При
внезапном сужении, так же как и при
внезапном расширении потока, создаются
пространства с завихрениями вращающейся
жидкости, которые образуются в пристенном
пространстве широкой части трубы. Такие
же завихрения образуются в начале узкой
части трубы за счёт того, что при входе
в неё (узкую часть) жидкость продолжает
некоторое время двигаться по инерции
в направлении центра трубы, и основное
русло потока ещё некоторое время
продолжает сужаться. Следовательно,
при внезапном сужении потока возникает
как - бы два подряд идущих местных
сопротивления. Местное сопротивление
за счёт сужения основного русла и сразу
же за ним местное расширение, уже
рассмотренное выше. С учётом этого
потери напора при внезапном сужении
примут вид
;
где 
-
коэффициент местного сопротивления за
счёт сужения потока,
-
средняя скорость потока в самом узком
месте основного русла (в сечении у),
-
средняя скорость потока в сечении 2.
Для практических расчётов чаще всего пользуются следующей полуэмпирической формулой:
,
где 
-
степень сужения трубы.