Виды гидравлических сопротивлений. Режимы движения вязкой жидкости. Сопротивления при относительном движении твердого тела и жидкости, страница 14

В случае круглых и прямоугольных труб С можно находить по формуле (4.47), зная коэффициент гидравлического трения .

Приводим некоторые формулы для вычисления коэффициента С.

Формула Н. Павловского

,                                                           (4.108)

где  - коэффициент шероховатости стенок русла; у - показатель степени при  м;

.                (4.109)

Более простые зависимости:

 при м;                                      (4.110)

 при  м.

Известны частные случаи формулы Н. Павловского:

формула Маннинга

;                                                          (4.111)

формула Форгеймера

.                                                          (4.112)

Значения коэффициента шероховатости труб  представлены в табл. 4.1.

4.11. МЕСТНЫЕГИДРАВЛИЧЕСКИЕ 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.