Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Тема 6: «Местные гидравлические сопротивления».
1. Местные гидравлические сопротивления и их виды. Кинематика потока в местных сопротивлениях. Потери напора в местных сопротивлениях и способы их учёта. Местные сопротивления вызываются фасонными частями, арматурой и другим оборудованием трубопроводных сетей, которые приводят к изменению величины или направления скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода. В водопроводных магистральных трубах потери напора на местные сопротивления обычно весьма невелики и составляют не более 10-20% от потерь напора на трение. Потери напора, затраченного на преодоление какого-либо местного сопротивления, принято оценивать в долях скоростного напора за сопротивление по формуле Ю. Л. Вейсбаха: ζ – коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида сопротивления и его параметра; – скоростной напор за сопротивление. Иногда местные потери напора выражают в виде эквивалентной длины lэ прямого участка трубопровода, сопротивление трения которого по величине равно рассматриваемым местным потерям напора: Виды гидравлических сопротивлений: 1) Изменение сечения потока (внезапное расширение, сужение, постепенное расширение, сужение); 2) Изменение направления потока (колена, угольники, отводы, используемые на трубопроводах); 3) Арматура различного типа (вентили, краны, обратные клапаны, сетки, отборы, дроссель-клапаны и т. д.); 4) Отделение одной части потока от другой или слияние двух потоков в один общий (тройники, крестовины, отверстия в боковых стенках трубопроводов при наличии транзитного хода). 2. Потери напора при изменении площади живого сечения потока: внезапное расширение, внезапное сужение, постепенное расширение, постепенное сужение, вход в трубу, выход из трубы в резервуар. Внезапное расширение трубопровода. Поток, выходящий из узкой трубы, не сразу заполняет всё поперечное сечение широкой трубы; жидкость в месте расширения отрывается от стенок и дальше движется в виде свободной струи, отделённой от остальной жидкости поверхностью раздела. Поверхность раздела неустойчива, на ней возникают вихри, в результате чего транзитная линия перемешивается с окружающей жидкостью. Струя постепенно расширяется до тех пор, пока на некотором расстоянии l от начала расширения не заполняет всё сечение широкой трубы.
В кольцевом пространстве между струёй и стенками трубы жидкость находится в вихревом движении: жидкость из этой зоны вовлекается в центральную струю; с другой стороны, жидкость из центральной струи попадает в вихревую зону. Найдём величину потерь напора между сечениями 1 и 2: Из теоремы импульсов можно получить: Делим на объёмный вес γ, получаем: Отсюда следует, что потери напора при внезапном расширении равны скоростному напору от потерянной скорости. Результат называется формулой Ж.-Ш. де Борда: Частный случай – вытекание жидкости из трубопровода в резервуар больших размеров: Внезапное сужение трубопровода. Для подсчёта коэффициента местных сопротивлений при d2<d1/2 используется формула И. Е. Идельчика: При d2>d1/2 справедлива формула А. Д. Альтшуля: Частный случай – вход жидкости из резервуара в трубопровод: Постепенное расширение трубопровода. Если расширение потока происходит постепенно, то потери напора значительно уменьшаются. Плавно расширяющийся участок трубы называется диффузором. При течении жидкости в диффузоре скорость потока постепенно уменьшается, давление увеличивается. Кинетическая энергия частиц дви жущейся жидкости уменьшается как вдоль диффузора, так и в направлении от оси к стенкам. Слои жидкости у стенок обладают столь малой кинетической энергией, что не могут преодолевать нарастающее давление, останавливаются, начинают двигаться обратно. При столкновении основного потока с обратными потоками возникают отрыв потока от стены и вихреобразования. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла конусности диффузора. Диффузор характеризуется двумя параметрами: углом конусности α и степенью расширения n, определяемой отношением: Потерю напора в диффузоре можно условно рассматривать как сумму потерь на трение и расширение: Потеря напора на постепенное расширение может быть найдена по формуле Борда, но с введением в неё поправочного коэффициента kпр – коэффициента смягчения, зависящего от угла конусности α, т. е.:
Потери на трение на бесконечно малом участке длины диффузора кругового сечения: Изменением коэффициента гидравлических трений по длине диффузора пренебрежём, интегрируем в пределах от r1 до r2. В результате получаем: Суммарный коэффициент сопротивления диффузора: Т. о., . Постепенное сужение трубопровода. Постепенно сужающаяся труба называется конфузором. При движении жидкости в конфузоре скорость потока вдоль трубы возрастает, давление уменьшается. Т. к. жидкость движется от большего давления к меньшему, то причин для срыва потока меньше, чем имеет место быть в диффузоре. Отрыв потока от стенки с небольшим сжатием возможен на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической, поэтому сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление диффузора с теми же геометрическими характеристиками. Потери в конфузоре также складываются из потерь на постепенное сужение и на трение, т. е.: Потери напора на трение в конфузоре: Потери напора на сужение ощутимы при α>50°, их можно найти по формуле: Причём: ζвс – коэффициент местного сопротивления при внезапном сужении трубопровода; – коэффициент смягчения, учитывающий уменьшение коэффициента по сравнению с коэффициентом . Коэффициент смягчения зависит в основном от угла конусности. 3. Потери напора, связанные с изменением направления потока. Колено, отводы, обводы. Особенности кинематики потока в таких сопротивлениях. Рассмотрим движение жидкости на повороте трубопровода. В результате искривления потока на вогнутой стороне внутренней поверхности трубы давление больше, чем на выпуклой. В связи с этим в направлении течения создаются различия в скорости, способствующие отрыву потока от стенок, что приводит их сначала к сужению струи, а далее по течению – к её расширению; при этом возникают значительные потери напора. При резком повороте трубы (простое, или острое/незакруглённое, колено) потери напора особенно велики. Их можно оценить при помощи формулы Борда: Коэффициент сжатия струи зависит от величины угла поворота α. Так, при α=0° ε=1, при α=90° ε≈0,5, т. е. ширина вихря составляет около половины ширина трубы. Для последнего случая: Для других значений угла поворота коэффициент сопротивления определяется из зависимости: - значение коэффициента сопротивления резкого поворота на угол 90°. При плавном повороте трубы (закруглённое колено, отвод) вихреобразования уменьшаются и потери напора будут значительно меньше. Коэффициент сопротивления отвода зависит от угла поворота, а также от отношения R/d радиуса закругления к диаметру трубы и от величины коэффициента гидравлического трения λ, т. е.: Для отводов кругового сечения с углом 90° значение ζплав.пов. определяется формулой: При больших Re – формулой Б. Б. Некрасова: При повороте на любой угол можно приближённо принимать: - значение коэффициента сопротивления резкого поворота на угол 90°; a - коэффициент, зависящий от угла поворота. Величину коэффициента а при α<90° можно определять по формуле А. Я. Миловича: При α>90° можно определять по формуле Б. Б. Некрасова: 4. Потери напора в арматуре: сетки, стыки и т. д. В трубопроводах в ряде случаев приходится устанавливать различные приспособления для искусственного создания сопротивления: задвижки, клапаны, затворы и пр. В этих устройствах происходят сужение потока с его последующим расширением, а также иногда и повороты. Местное сопротивление подобных запорных устройств зависит главным образом от степени их открытия и меньше зависит от конструкции.
Потери напора в стыках. Важным вопросом гидравлического расчёта трубопроводов является учёт потерь напора, вызываемых стыками. Гидравлическое сопротивление при наличии стыков возрастает. Но кривые λ=f(Re) сохраняют тот же вид, что и для труб без стыков. С уменьшением диаметра трубы влияние стыков на сопротивление увеличивается. Возрастание сопротивления, вызываемое стыками, определяется по формуле: – относительное увеличение сопротивления трубопровода (отношение сопротивления трубопровода со стыками к сопротивлению трубопровода без стыков); l - расстояние между стыками; d- диаметр труб; λ – коэффициент гидравлического трения трубопровода без стыков.
Значение коэффициента в этой формуле в зависимости от технологии сварки можно находить по формуле: Потери напора в сетках. Сетчатые фильтры являются местным сопротивлением, поэтому потери напора в них можно найти по формуле Вейсбаха: – коэффициент сопротивления сетки, для сеток с квадратными ячейками, определяемый по формуле Н. С. Краснова: a – размер стороны ячейки сетки; t – шаг сетки. v – средняя скорость в ячейках сетки (v=v1/m, если v1 – средняя скорость на подходе к сетке). 5. Потери напора при слиянии и разделении потоков. Всасывающие и нагнетательные тройники. При разделении потоков рассмотрим три случая: 1) Если расход в ответвлении значительно превышает расход в проходящем потоке, т. е. , то в ответвлении возникает вихрь, другой вихрь образуется на проходном участке непосредственно после ответвления. Оба вихря вызывают местное сжатие потока с последующим его расширением. 2) Если расход в ответвлении значительно меньше расхода в проходящем потоке, т. е. , то вихрь на продольном участке ослабевает. 3) Если поток в ответвление не поступает, т. е. , то в ответвлении возникает вихрь, являющийся причиной местных потерь напора на проход. Следовательно, в этом случае, несмотря на отсутствие расхода в ответвлении, нет полной идентичности с движением жидкости по прямому участку трубопровода.
Потери напора на проход приближённо по формуле Борда равны: K пр – опытный коэффициент, зависящий от отношения vотв/v и геометрии тройника. Коэффициент сопротивления приточного тройника на проход, отнесённый к скорости потока перед его разделением: Потери напора в ответвлении с учётом формулы для потери напора при повороте можно оценить приблизительно: – угол ответвления относительно оси основного потка; – опытный коэффициент, зависящий от отношения vотв/v и геометрии тройника. Коэффициент сопротивления приточного тройника в ответвлении, отнесённый к скорости потока перед его разделением: При соединении потоков основные потери возникают в результате перемешивания сливающихся потоков, а также поджатия потока с его последующим расширением. Коэффициенты сопротивления на проход и на ответвление, отнесённые к скорости потока после его соединения, можно приближённо оценить по формулам: – опытный коэффициент, зависящий от отношения ωотв/ω. Т. о., значения коэффициентом местных сопротивлений, как отнесённых к направлению ответвления, так и к направлению главной магистрали, могут зависеть от геометрической формы тройника (угла соединения, соотношения диаметров трубопроводов, образующих тройник, направления потока) и от соотношения расходов жидкости, проходящих через магистраль и через ответвления:
Всасывающий, или вытяжной, тройник – тройник, используемый для соединения потоков. Нагнетательный, или приточный, тройник – тройник, используемый для разделения потока.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 304; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.137.213.128 (0.044 с.) |