Виды гидравлических сопротивлений. Режимы движения вязкой жидкости. Сопротивления при относительном движении твердого тела и жидкости, страница 17

 м.

Разность показаний пьезометров

 м.

Постепенное расширение трубы

Постепенно расширяющиеся конусные и прямоугольные переходные участки трубопроводов или воздуховодов называют диффузорами (рис. 4.18).

В результате движения жидкости в диффузоре в связи с увеличением диаметра средняя скорость потока уменьшается постепенно и при этом повышается давление. Частички жидкости, движущиеся вблизи стенок диффузора, обладая существенно малой кинетической энергией, практически могут затормаживаться или перемещаться в обратном направлении в связи с увеличением давления. При столкновении частиц, движущихся в разных направлениях под воздействием пульсации скорости и давления, возникают вихреобразования с отрывом потока от стенки диффузора. На вихреобразование и отрыв потока влияет угол расширения диффузора, от чего и будут зависеть местные потери напора.

Рис. 4.18. Постепенное расширение трубы

Геометрическими параметрами диффузора является угол  и диаметры  и . Потери напора условно можно представить как сумму потерь, связных с расширением , и потерь на преодоление сил трения по поверхности диффузора :

.                                                    (4.134)

Потери напора на расширение несколько аналогичны потерям при внезапном расширении, так как в обоих случаях потери обусловлены вихреобразованием в результате отрыва потока от стенки.

Коэффициент местных сопротивлений диффузора

.            (4.135)

Из зависимости (4.135) видно, что  является функцией от ,  и :

;

.

Наилучший угол диффузора, как показали опыты, соответствующий наименьшим потерям напора, находится в диапазоне . Для прямоугольных диффузоров принимается .

4.13. ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Внезапное сужение трубы

Гидравлические потери напора, как и при внезапном расширении, связаны с отрывом потока от стенок как в широкой, так и в узкой части трубы с образованием вихрей (водоворотной области) (рис. 4.19). При достижении потоком жидкости острых кромок узкой части трубы происходит отрыв потока, в результате он сужается (сечение С-С) и далее расширяется. Пространство вокруг суженного потока будет представлять собой вихревую область.

Между водоворотной областью и транзитным потоком образуется поверхность раздела. В результате пульсации скоростей и вихреобразования происходит массообмен частицами водоворотной области и самого потока.

Рис. 4.19. Внезапное сужение трубы

Потери напора можно определить, используя формулу Борда, полагая, что в основном потери будут за сжатым сечением, а до сжатого сечения потери напора существенно малы.

Скорость в сжатом сечении С-С площадью

.                                                            (4.136)

Выразим отношение площадей сжатого сечения и площади узкой части трубы  через коэффициент , который называется коэффициентом сжатия:

.                                                             (4.137)

Потери напора по Борда

.                                              (4.138)

Из уравнения неразрывности

,   .                     (4.139)

Выразим потери напора через скоростной напор :

                                             (4.140)

или

.                                                     (4.141)

Тогда коэффициент местного сопротивления

.                                                   (4.142)

Коэффициент сжатия  зависит от отношения площадей узкой и широкой трубы: . Отношение площадей .

Коэффициент  может быть вычислен по формуле А. Альтшуля

.                                              (4.143)

Коэффициент местных сопротивлений может быть определен по формуле, предложенной И. Идельчиком:

.                               (1.144)

Если , в случае когда труба выходит из большого резервуара, , тогда при прямых углах соединения трубы .

Вход потока в трубу

Экспериментальными исследованиями установлено, что сопротивления зависят от толщины  передней кромки круглой трубы. Для кромки с относительной толщиной  коэффициент местных сопротивлений на входе . При бесконечно малой толщине кромки () .