МЕСТНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
К местным гидравлическим сопротивлениям относятся различные устройства и элементы, устанавливаемые на трубопроводах, в которых происходит нарушение нормального движения потока в результате его деформации с изменением направления и значения средней скорости и возникновением вихреобразования. В результате деформации турбулентного потока происходит интенсивное перемешивание частиц и обмен количеством движения между частицами жидкости.
К элементам и устройствам относятся фасонная и трубопроводная арматура: отводы (колена), переходники, тройники, крестовины, диафрагмы, сетки, запорные регулирующие вентили (краны), задвижки, затворы, предохранительные и регулирующие клапаны, всасывающие наконечники, устанавливаемые на входе в трубу насосов, и т.д.
Самые простые местные гидравлические сопротивления можно разделить по направлению вектора средней скорости.
1. Скорость переменна при неизменном направлении движения потока жидкости.
Например, расширение трубы (русла) может быть плавное или внезапное; сужение трубы (русла) - плавное или внезапное.
2. Скорость постоянна при изменении направления движения потока.
Например, поворот трубы (русла) в виде плавного или резкого (рис. 4.15).
Рис. 4.15. Простейшие местные сопротивления
К более сложным местным сопротивлениям относятся сопротивления, в которых вектор скорости изменяется по значению и направлению, а также при слиянии или разделении потоков. Например, задвижки, клапаны, вентили и т.д., а также тройники, крестовины (рис. 4.16).
Рис. 4.16. Сложные местные сопротивления
В таких сопротивлениях в результате резких изменений направления и скорости происходит весьма значительная деформация потока с возникновением интенсивного вихреобразования.
Наибольшие вихреобразования возникают в сопротивлениях, имеющих какую-либо преграду. В результате обтекания преграды, находящейся в трубе, потоком жидкости происходит отрыв части потока от стенки трубы с возникновением вихревой зоны, которую называют водоворотной областью. Между водоворотной областью и основным потоком благодаря поперечным пульсационным скоростям происходит интенсивный обмен частицами жидкости на участке длиной в данной области. В результате массообмена частицами в районе поверхности русла имеет место увеличение пульсации и возникновение вихрей, перемещающихся непрерывно. По мере удаления от местного сопротивления эпюра скоростей выравнивается. Выравнивание эпюры скоростей в зависимости от формы и размеров преграды происходит на расстоянии (d - диаметр трубы).
Местные потери напора связаны непосредственно с типом местного сопротивления.
Местными потерями напора называют затраты удельной механической энергии, обусловленные работой сил трения и вихреобразованием на преодоление потоком жидкости местного сопротивления. На поддержание вихрей в определенной зоне затрачивается энергия потока.
Потери напора оцениваются через значение скоростного напора и обозначаются как . Вейсбах предложил местные потери напора определять по формуле
,
где - безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом местного сопротивления; V - средняя скорость в живом сечении, как правило, непосредственно за местным сопротивлением.
Коэффициент , показывает количество скоростного напора, затрачиваемого на преодоление какого-либо местного сопротивления. В местном сопротивлении потери механической энергии при движении потока через него превращаются в тепловую энергию.
Коэффициент местных сопротивлений зависит:
· от формы и геометрических размеров;
· шероховатости внутренней поверхности сопротивления;
· режима движения.
В общем виде коэффициент , можно представить в следующем виде:
, (4.114)
где В - безразмерный коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления при ламинарной и переходной области сопротивления; Re - число Рейнольдса; - коэффициент местных сопротивлений для квадратичной области, т.е. не зависящий от Re.
Для квадратичной области сопротивления Обычно при гидравлических расчетах принимается .
Коэффициент , находится опытным путем, а значения для различных местных сопротивлений, В приводятся в гидравлических справочниках.
Местные потери напора можно выразить в виде эквивалентной длины трубы . Местные потери напора принимаются равными потерям напора по длине, :
; ,
тогда
и . (4.115)
Потери напора по длине можно представить через коэффициент сопротивления по длине
. (4.116)
Пример 4.3
Определить эквивалентную длину местного сопротивления в трубопроводе диаметром d=100 мм из новых стальных труб. Коэффициент местного сопротивления вентиля . Расход воды Q=16 л/с при t=20 °С.
Гидравлические потери по длине трубопровода согласно формуле Вейсбаха-Дарси
Местные потери напора в вентиле
Потери равны , тогда эквивалентная длина
Коэффициент гидравлического трения . Эквивалентную шероховатость новой стальной трубы принимаем мм (см. табл. 4.1).
Средняя скорость в трубе
Кинематическая вязкость воды (t=20 °С) м2/с.
Число Рейнольдса
.
Определим область сопротивления движения воды. Отношение
.
- область доквадратичного сопротивления.
.
Для данной области сопротивления коэффициент гидравлического трения вычисляется по формуле Альтшуля:
.
Эквивалентная длина
м.
Дата добавления: 2016-02-27; просмотров: 3244;