Внезапное сужение трубопровода

Рис. 8.Внезапное сужение трубопровода

 

При внезапном сужении трубы (рис.8) потери энергии определяются  трением потока при входе в трубу меньшего диаметра и вихреобразованием. Поток срывается с угла,  сужается, образует  вихри. Кольцевое пространство вокруг суженной части потока заполнено завихрённой жидкостью. Потеря напора определяется экспериментально по формуле Вейсбаха-Дарси через скорость в узком сечении V₂

.

При внезапном сужении коэффициент сопротивления находят по формуле Идельчика [1], для скорости в в узком сечении V₂ (рис.8)

где   ξ_вн.с. - коэффициент сопротивления внезапного сужения, зависящий  от  степени сужения.

Потери энергии при входе потока из резервуара в трубу.

Рис. 9. Вход в трубу из резервуара - h_вх.тр

 

При входе потока в трубу из резервуара из-за больших размеров резервуара,  при отсутствии закруглений на выходе и  когда S₁>>S₂  и n= S₁/S₂→0. Потери напора определяются через скорость V₂ в трубе

.

Потери энергии при постепенном сужении трубы.

Постепенное сужение трубы называется конфузором (рис.10). Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления. Давление жидкости в начале конфузора выше, чем в конце, поэтому причин к возникновению вихреобразований и срывов потока нет и потери маленькие.

Рис.10. Потери энергии при постепенном сужении трубопровода (конфузор).

В конфузоре имеются потери на трение,  но поскольку его длина обычно l/D≈ 3-4, сопротивление конфузора меньше, чем диффузора,   зависит от угла конфузора,  его длины.  Потери находят по формуле Вейсбаха- Дарси     

для  значения коэффициента ζ_кон. = 0,06-0,09.

Поворот трубы

8.1.Поворот трубы на произвольный угол без закругления называется  "колено" (рис.11а).  При входе в колено происходит отрыв потока и потери связаны с вихреобразованием, а также с возникновением вторичных движений в потоке, потери увеличиваются при увеличении угла поворота колена δ. Коэффициент сопротивления колена определяют экспериментально(рис.11б), а потери напора определяют по формуле

h_кол. = ξ_кол(V²/2g).

Величина коэффициента сопротивления может быть определена приближённо по формуле                                                            ζ_кол =1,21*Sin² δ,

где δ – угол поворота в градусах.

Рис.11. Поворот трубы – колено(а), зависимость коэффициента сопротивления колена ζ_кол=f(δ) от угла поворота (б)

2.Постепенный поворот трубы   называется отводом (рис.12).

 

Плавность поворота уменьшает вихреобразование, сопротивление отвода меньше, чем сопротивления колена.

При большом значении отношения   R/ d, срыв потока устраняется полностью. Коэффициент сопротивления отвода ξ_отв зависит от отношения R/ d, угла δ, а также от формы поперечного сечения трубы. Для круглых труб и угла 90 град – ζ₁, для других углов коэффициент находят относительно ζ₁ скоэффициента для угла 90 град.

Рис.12. Потери при постепенном повороте трубы

 

Потери напора, определённые  по коэффициентам   ξ_отв, учитывают только сопротивление, обусловленное кривизной. При расчёте трубопроводов, содержащих отводы, следует длины этих отводов включать в общую длину трубопровода для определения потерь на трение, затем к потере на трение нужно прибавить  потери, определяемые коэффициентом ξ_отв.

Ниже в таблицу сведены коэффициенты местных сопротивлений различной конфигурации.