Гидравлические потери

Гидравлические потери обусловлены вязкостью рабочей жидкости. Из уравнения Бернулли следует:

Полный напор в потоке жидкости складывается из геометрического, пьезометрического или статического и скоростного или динамического напоров.

Гидравлические потери, как это следует из многочисленных опытов, приблизительно пропорциональ-ны квадрату скорости. Их можно рассматривать или как потери удельной энергии – напора:

или как потери давления:

- безразмерный коэффициент сопротивления, который представляет собой отношение потерянного напора к скоростному напору.

Гидравлические потери, как правило, обычно подразделяют на два вида: местные потери и потери на трение. Местные потери энергии обусловлены местными гидравлическими сопротивлениями, вызывающими деформацию потока.

а) задержка; б) диафрагма; в) колено; г) вентиль

Они определяются: или формулой Вейсбаха:

Потери на трение выражаются по общей формуле гидравлических потерь , но удобнее коэффициент потерь на трение связать с относительной длиной трубы . Возьмем участок круглой трубы длиной, равной ее диаметру, и обозначим коэффициент его сопротивления через . Тогда, для всей трубы длиной и диаметром коэффициент сопротивления будет в раз больше, т.е.

или , а через давление получим формулу Дарси: .

Безразмерный коэффициент называется коэффициентом потерь на трение или коэффициентом сопротивления трению. Физический смысл коэффициента это отношение напряжения трения на стенке трубы к динамическому давлению, подсчитанному по средней скорости. В самом деле, если рассмотреть условие равномерного движения в трубе цилиндрического объема длиной и диаметром , то получим равенство нулю суммы двух сил, действующих на объем: силы давления и силы трения:

,

где - напряжение сил трения на стенке трубы.

Если раскрыть формулу Дарси, получим:

.

Гидравлические потери в напорных потоках происходят за счет уменьшения потенциальной энергии жидкости . Удельная кинетическая энергия жидкости в этом случае если и меняется вдоль потока при заданном расходе, то не за счет потерь энергии, а вследствие изменения поперечного сечения, т.к. она зависит только от скорости, а скорость определяется расходом и площадью сечения . Следовательно, в трубе постоянного сечения средняя скорость и удельная кинетическая энергия остаются строго постоянными, несмотря на наличие гидравлических сопротивлений и потерь напора. Величина напора в этом случае определяется как разность показаний двух пьезометров.