5.5. Втрати натиску на місцевих опорах
5.5. Втрати напору на місцевих гідравлічних опорах
Незважаючи на різноманіття видів місцевих гідравлічних опорів, їх все ж таки можна за бажання згрупувати:
втрати напору в руслах при зміні розмірів живого перерізу, втрати напору на місцевих гідравлічних опорах, пов'язаних із зміною напряму руху рідини, втрати напору під час обтікання перешкод.
Раптове розширення русла.Раптове розширення русла найчастіше спостерігається
на стику ділянок трубопроводів, коли один трубопровід зчленовується з магістральним трубопроводом більшого діаметра. Величина коефіцієнта втрат напору у разі визначається з достатньої точністю теоретично. Потік рідини, що рухається в трубопроводі меншого діаметраd,потрапляючи в трубу
Тоді величина втрат напору при раптовому розширенні русла визначиться:
Таким чином, можна сказати, що втрата напору при раптовому розширенні потоку дорівнює швидкісному натиску, що відповідає втраченій швидкості.
Плавне розширення русла (дифузор).Плавне розширення русла називається дифузором. Перебіг рідини в дифузорі має-
Це складний характер. Оскільки живе січі-
ня потоку поступовозбільшується, то, відповідно, знижується швидкість руху рідини та збільшується тиск. Оскільки, в цьому випадку, шари рідини біля стінок
дифузора кінетична енергія мінімальна (мала швидкість), то можлива зупинка рідини та інтенсивне виховання. З цієї причини втрати енергії напору в дифузорі залежатимуть від втрат напору на тертя і рахунок втрат при розширенні:
2
де: - площа живого перерізу на вході дифузор,
S2-площа живого перерізу на виході з дифузора,а -кут конусності дифузора,
- Поправочний коефіцієнт, що залежить від умов розширення потоку в дифузорі.
Раптове звуження каналу.При раптовому звуженні каналу потік рідини відривається від стінок вхідної ділянки і лише потім (у перерізі2 -2)торкається стінок каналу
меншого розміру. У цій галузі потоку - * утворюються дві зони інтенсивного вихору-утворення (як у широкій ділянці труби, так і у вузькому), внаслідок чого, як і в попередньому випадку, втрати напору стекла даються з двох складових (втрат на тертя та при звуженні). Коефіцієнт
втрат напору при гідравлічному опорі раптового звуження потоку можна визначити за емпіричною залежністю, запропонованою І.Є. Ідельчик:
або взяти за таблицею:
Плавнезвуження каналу.Плавне звуження каналу досягається за допомогою конічної ділянки званої конфузором. Втрати натиску в конфузорі утворюються за рахунок тертя, т.к. вихроутворення в конфузорі практично відсутнє. Коефіцієнт втрат напору в конфузорі можна визначити за такою формулою:
*
При великому куті конусностіа50° коефіцієнт втрат напору можна визначати за формулою з внесенням поправочногокоефіцієнта.
Нормальний вхід у трубу. Зрезервуарів, де зберігаються рідини вхід у викидний трубопровід здійснюється в так званому нормальному виконанні, тобто. коли осьова лінія патрубка трубопроводу розташовується по нормалі до бічної стінки резервуара. Цей вид гідравлічних опорів також можна віднести до опорів пов'язаних із зміною розмірів русла, просто тут розміри нового русла нескінченно малі в порівнянні з розмірами вихідного русла з перетином резервуара. У цьому випадку всередині викидного патрубка рідина, що витікає з резервуара, заповнює весь переріз труби не відразу, а лише на деякій відстані від входу. У цій галузі в застійній зоні частина рідини здійснює обертальний рух і створений таким чином вихор породжує додаткові г
Вихід з труби в рідину, що покоїться.Це звичайний елемент стикування напірної частини трубопроводу з резервуаром. Вхідний патрубок трубопроводу розташовується нормально до бічної стінки резервуару. Цей вид гідравлічних опорів можна розглядати як різновид раптового розширення потоку рідини до нескінченно великого перерізу. Величина коефіцієнта втрат напору, як правило, приймається рівною одному швидкісному натиску.
Раптовий поворот каналу.Під таким гідравлічним опором розумітимемо місце з'єднання діаметра, при якому осьові лінії трубопроводів не збігаються, тобто. складають між
собою певний кутаЦей кут називається кутом повороту русла, т.к. тут змінюється напрямок руху рідини. Фізичні основи процесу перетворення кінетичноїЕнергії при повороті потоку досить складні і слід розглянути лише результат цих процесів. Так при проходженні ділянки раптового повороту утворюється складна форма потоку з двома зонами вихрового руху рідини. На практиці такі елементи з'єднання трубопроводів називають колінами. Слід зазначити, що коліно як сполучний елемент є вкрай небажаним через значні втрати напору в даному виді з'єднання. Величина коефіцієнта втрат напору в першу чергу залежатиме від кута повороту русла і може бути визначена за емпіричною формулою або за таблицею:
Плавний поворот каналуЦей вид гідравлічних опорів вважатимуться сприятливішим (економічним) з погляду величини втрат напору,т.к. у разі небезпечних зон освіти інтенсивного вихрового руху рідини практично немає. Тим не менш, під дією того, що при повороті потоку виникають відцентрові сили, що сприяють відриву частинок рідини від стінки труби, вихрові зони все ж таки виникають. Крім того, при цьому виникають зустрічні потоки рідини.
спрямовані від внутрішньої стінки труби до зовнішньої стінки. Коефіцієнт втрат
напору визначається за емпіричними формулами або за
таблиць. При куті повороту русла на 90° та:
При куті повороту русла а) 100 °:
i
Тут:R-радіус закруглення труби,г -радіус труби.
Якщо
Крім наведених залежностей, є й інші довідкові відомості. Наявність великого набору відомостей з цих питань пояснюється тим, що коліна в закругленому виконанні широко застосовуються в будівництві трубопроводів і в різних гідравлічних системах.
Засувки.Засувки часто використовують як засібрегулювання характеристик потоку рідини (витрата, тиск, швидкість). За наявності засувки в трубопроводі потік обтікає засувки, що знаходяться в трубі, наявність яких обмежує живий переріз потоку, а також призводить до виникнення вихрових
потоків рідини біля плашок засувки. Коефіцієнт втрат напору залежить від ступеня закриття засувки
Крани.Крани також можуть використовуватися як засоби регулювання параметрів потоку. У таких випадках коефіцієнт втрат напору залежить від ступеня закриття крана (кута повороту).
Зворотні клапани та фільтри.Коефіцієнти втрат напору визначаються, як правило, експериментально.
">