9.3. Потери энергии при выходе из трубы в резервуар.
Когда площадь резервуара S2,велика в сравнении с площадью трубопроводаS1,S2/S1→∞ велико, а скоростьV2→0 мала, потеря на расширение при выходе из трубы в резервуар
9.3. Постепенное расширение трубы
Местное сопротивление, при котором труба постепенно расширяется, называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости и увеличением давления, происходит преобразование кинетической энергии жидкости в энергию давления.
Частицы движущейся жидкости преодолевает нарастающее давление за счет потери кинетической энергии. Формула для определения сопротивления диффузора похожа на формула для определения потерь при внезапном расширении
,
где φд - коэффициент диффузора.
Определение коэффициента потерь для диффузора основывано на теореме Борда о внезапном расширении. Выражая коэффициент сопротивления относительно скорости V1в узком сеченииS1, получим
Функция φд=f(α) имеет минимум при угле α = 6º φд=0,2 (рис.9.5), для угла α = 10º φд=0,23-0,25.
Диффузор устанавливают для уменьшения потерь, возникающих при переходе от меньшего к большему диаметра трубы.
а) при 0<α<8-10º на всем протяжении диффузора наблюдается безотрывное движение жидкости;
б) при 8-10º <α<50-60º получается отрыв транзитной струи, с увеличением угла точка начала отрыва перемещается к меньшему сечению трубы;
в) при 50-60º <α отрыв транзитной струи от стенок начинается сразу за меньшим сечением трубы., с увеличением угла точка начала отрыва перемещается к меньшему сечению трубы;
Прямоугольные диффузоры (с расширением в одной плоскости) имеют оптимальный угол больше, чем у круглых и квадратных, около 10 ÷ 12° (плоские диффузоры).
При необходимости перехода на угол α > 15 ÷ 25° применяют специальный диффузор, обеспечивающий постоянный градиент давления вдоль оси dp/dx=constи равномерное нарастание давления, при прямой образующей градиент давления убывает вдоль диффузора, рис.9.6.
Уменьшение потери энергии в таких диффузорах будет тем больше, чем больше угол α, и при углах 40 — 60° доходит до 40 % от потерь в обычных диффузорах. Кроме того, поток в криволинейном диффузоре отличается большей устойчивостью, т. е. в нем меньше тенденций к отрыву потока.
Применяют также ступенчатый диффузор, состоящий из обычного диффузора с оптимальным углом и следующего за ним внезапного расширения.
9.4. Внезапное сужение трубопровода
При внезапном сужении трубы (рис.9.7) потери энергии связаны с трением потока при входе в узкую трубу и с потерями на вихреобразование. Поскольку поток не обтекает входной угол, а срывается с него и сужается, поисходит вихреобразование. Кольцевое пространство вокруг суженной части потока заполнено завихренной жидкостью.
Потеря напора определяется по формуле Идельчика, относительно скорости в необходимом для расчета сечении.
Относительно скорости в узком сечении V1коэффициент сопротивления равен
(9.13)
Относительно скорости в широком сечении V2
где ξсуж - коэффициент сопротивления внезапного сужения зависящий от степени сужения и от сечения к которому приводится коэффициент,n=S2/S1- степень сужения.