Постепенное расширение потока

Рисунок 3.24 – Схемы постепенного расширения (а) и сужения (б) трубы

Постепенное расширение трубы называется диффузором (рисунок 3.24, а). Движение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости и повышением давления. Частицы жидкости движутся вперёд, в сторону более высокого давления, по инерции за счёт своей кинетической энергии, которая уменьшается по направлению движения. Кроме того, за счёт расширения трубы частицы жидкости движутся не только вдоль оси потока, но и в направлении от оси к стенкам. В каком-то сечении инерция жидкости уменьшается до такой степени, что её не хватает для преодоления повышающегося давления. Тогда такие частицы жидкости останавливаются или даже начинают двигаться в обратном направлении. В результате возникают вихревые потоки и потоки, отрывающиеся от стенки. Эти явления зависят от скорости и интенсивности расширения потока. Таким образом, потери энергии в диффузоре определяются по формуле

,

где - коэффициент постепенного расширения;

k _диф – коэффициент учитывающий уменьшение потерь энергии в диффузоре по сравнению с потерями напора при внезапном расширении с тем же соотношением размеров труб. Этот коэффициент зависит от угла конусности :

При k _диф = sin , при можно принимать k _диф ≈ 1.

Постепенное расширение потока

Такое сопротивление представляет собой коническую сходящуюся трубу – конфузор (рисунок 3.24, б). Течение в конфузоре сопровождается постепенным увеличением скорости и одновременным снижением давления. По этой причине условия для вихреобразования на конической поверхности отсутствуют. Потери в этой части местного сопротивления происходят только за счёт трения. Вихреобразование может происходить только в узкой части трубы. Его природа аналогична природе подобного вихря при внезапном сужении потока, однако величина меньше.

С учётом сказанного, величину этих потерь можно определить по формуле, вывод которой аналогичен выводу формулы потерь на трение в диффузоре. Она имеет вид

,

где - коэффициент постепенного расширения зависит от отношения диаметров d ₁/ d ₂ и угла конусности (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Зависимость коэффициента от отношения d ₁/ d ₂ и угла

Поворот потока

Поворот потока может быть плавным и внезапным (резким) (рисунок 3.25).

Резкий поворот потока или колено очень сильно влияет на потери напора. В нём происходит отрыв потока от стенки трубы и создаются две сложные вихревые зоны (рисунок 3.25, б), в которых интенсивно теряется энергия. Степень интенсивности существенно зависит от угла поворота .

Рисунок 3.25 – Поворот потока: а) плавный; б) резкий (колено)

Коэффициент местного сопротивления значительно возрастает с увеличением угла поворота, и его можно определить по эмпирической формуле

,

где - коэффициент сопротивления колена зависит от угла конусности (таблица 3.2)

Таблица 3.2 – Зависимость коэффициента от угла

, град
	0,2	0,3	0,4	0,55	0,7	0,9	1,1

При плавном повороте на 90° (рисунок 3.25, а) для приблизительных расчетов можно принимать коэффициент сопротивления .