гидравлика методичка

На рисунке 7.2 показана кривая зависимости ζвн.расш от соотношения площадей трубопроводов.

Внезапное сужение трубопровода также приводит к потерям напора. Многочисленные опыты показывают, что струя сжимается на некотором удалении от места

струя постепенно расширяется, занимая всю площадь новой трубы. Происходящие потери в большей степени связаны с участком расширения струи.

Используя теорему Борда можно найти коэффициент местного сопротивления при внезапном сужении

сопротивления ζ зависит от сжатия струи ε. Величина коэффициента сжатия струи в свою очередь зависит от соотношения площадей сечений ω1 и ω2, то есть:

71

где n = ω2 - степень сжатия потока. ω1

С увеличением сжатия потока n коэффициент ε возрастает, то есть само сжатие уменьшается. При n=1 ε=1, т.е. сжатие отсутствует.

Значения коэффициента ε и коэффициента местного сопротивления ζ от степени сжатия приведены в таблице

7.1.

Таблица 7.1 - Значения коэффициентов сжатия струи ε и местного сопротивления ζ при внезапном уменьшении сечения трубы

Следует, однако, заметить, что если переход сглажен закруглениями, то коэффициенты местного сопротивления ζ будут значительно меньше.

течении жидкости в нем (рисунок 7.4) происходит постепенное уменьшение скорости и увеличение давления. Кинетическая энергия частиц жидкости уменьшается как вдоль диффузора, так и в направлении к стенкам. Слои жидкости у стенок имеют столь малую кинетическую

72

энергию, что не могут преодолевать нарастающее давление, останавливаются и начинают двигаться обратно. При столкновении основного потока с этими обратными токами возникает отрыв потока от стенок и вихреобразования. Эти явления и связаны с потерями напора. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора.

Диффузор характеризуется двумя параметрами: углом конусности α и степенью расширения n,

определяемой отношением площадей труб n = ω2 . ω1

Потерю напора в диффузоре можно рассматривать, как сумму потерь на трение и на расширение. Потери на расширение находят из теоремы Борда с введением поправочного коэффициента Кп.р (индекс п.р означает плавное расширение), так называемого коэффициента смягчения, зависящего от угла конусности:

= Кп. р (v1 − v2 )2 .

2g

Тогда коэффициент потерь на расширение диффузора можно вычислить по формуле (7.7):

Значения Кп.р при турбулентном течении в диффузоре можно взять из таблицы 7.2.

73

Таблица 7.2 - Значения коэффициента смягчения Кп.р при постепенном расширении трубопровода

Пренебрегая изменением коэффициента гидравлического трения λ по длине диффузора можно получить выражение для суммарного коэффициента сопротивления диффузора (7.8):

диффузора есть величина, зависящая от коэффициента гидравлического сопротивления λ, угла конусности α, степенью расширения n: ζдиф=f(λ,α,n). Наивыгоднейший угол диффузора зависит от λ и n и изменяется в пределах от 5° до 8°.

Постепенное сужение трубопровода приводит к

стенок имеет место на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Поэтому сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление диффузора с

74

7.2.2 Потери при изменении направления потока

Рассмотрим течение потока жидкости на повороте трубопровода. В результате искривления потока на вогнутой стороне внутренней поверхности трубы давление больше, чем на выпуклой. В связи с этим создаются различия в скорости и направлении по течению, способствующие отрыву потока от стенок. Это приводит сначала к сужению струи, а затем к ее расширению. При

(7.10)

Коэффициент сжатия струи ε зависит от величины угла поворота α. Так, например, при α=0 ε=1, а при α=90° (прямоугольное колено) ε=0,5. То есть ширина вихря составляет около половины ширины трубы. Для последнего случае получаем:

76

Для определения коэффициента местного сопротивления сегментного колена (рисунок 7.9) при 5-6 звеньях предлагается эмпирическая формула А. Панченко

(7.15):

7.2.3 Потери при протекании через арматуру

Потери напора в арматуре трубопроводов

происходят из-за сужения потока, расширения его, а также

иповоротов. С гидравлической точки зрения

В таблице 7.3 приведены результаты, посчитанные по данной формуле. Они хорошо согласуются с данными опытов.

78

Таблица 7.3 -Значения коэффициента местного сопротивления ζ для диафрагмы и запорных устройств на трубопроводах

Потери напора в кране (рисунок 7.11) и дросселе (рисунок 7.12) зависят от угла поворота δ. При δ=0 сопротивление их будет наименьшим. С увеличением угла δ потери возрастают, и при δ=90˚ коэффициент сопротивления становится бесконечно большим. Численные значения коэффициентов местного сопротивления в зависимости от угла отклонения приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Значения коэффициента местного сопротивления ζ для дросселя и крана, установленных в круглой трубе

Коэффициенты местного сопротивления приводятся в таблицах, составленных на основании опытов. В таблице 7.5 приведены значения коэффициентов местного сопротивления для некоторых видов трубопроводной арматуры.

79

Таблица 7.5 - Значения коэффициентов местных сопротивлений для некоторых видов трубопроводной арматуры

Потери напора в стыках возрастают с уменьшением расстояния между сварными стыками, уменьшаются с увеличением диаметра труб и зависят от видов сварных стыков (электродуговые и контактные, а также с подкладными кольцами).

7.2.4 Потери при отделении части потока и слиянии

Потери в тройниках. Тройником (рисунок 7.13)

ответвления в магистраль). Потери напора в тройниках возникают в результате отрыва потока от стенок с последующим расширением. Величина коэффициентов местного сопротивления тройников зависит от углов

80