В случае
если трубопровод состоит, например, из трех участков с различными диаметрами,
на которых имеется несколько местных сопротивлений, потери напора выражаются через
скоростной напор на одном из участков трубопровода. При определении скоростей
для других участков используется уравнение неразрывности , где
,
,
- средние
скорости на участках;
,
,
- площади поперечного сечения труб.
Первый
трубопровод имеет длину и диаметр ,
; второй -
,
; третий -
,
. На каждом участке, например, имеются по
три сопротивления, и коэффициенты местных сопротивлений на первом участке
,
,
, на втором -
,
,
, на
третьем -
,
,
.
Потери
напора на 1-м участке длиной
. (4.151)
На 2-м
участке длиной
(4.152)
На 3-м
участке длиной
(4.153)
Выразим
скорости ,
через
:
,
.
Подставив
и
в
(4.151) и (4.153), получим потери напора и коэффициенты сопротивления системы
для участков трубопровода:
(4.155)
Коэффициент сопротивления системы для трубопровода будет равен сумме сопротивлений участков:
.
Следовательно, потери напора в трубопроводе и потребный напор
. (4.156)
В некоторых случаях более удобно потери напора в трубопроводе представлять как функцию расхода.
Средняя
скорость в трубе диаметром
,
скоростной напор
. (4.157)
Подставим (4.157) в (4.156), тогда потери напора выразим через расход:
, (4.158)
где ,
.
Величина
, являясь размерной, называется сопротивлением
трубопровода. Пользуясь формулой (4.158), удобно выражать потери напора в
зависимости от расхода, используя график. График зависимости потерь напора в
трубопроводе от расхода называется характеристикой трубопровода:
.
Рис. 4.26. Характеристики трубопроводов
Формула
(4.158) очень удобна для расчета трубопроводов. На рис. 4.26 показаны
характеристики трубопроводов при ,
. Потери напора возрастают при одинаковом
расходе с увеличением потерь как по длине, так и в местных сопротивлениях.
4.15. СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ОТНОСИТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ЖИДКОСТИ
Сопротивление движению.
Пограничный слой
При движении твердого тела в вязкой жидкости или при обтекании его потоком возникает гидравлическое сопротивление со стороны жидкости. Твердые тела могут иметь разную форму и располагаться различно по отношению к набегающему потоку вязкой жидкости. Обтекание различных по форме тел обусловливает особенности их сопротивления. Тела в зависимости от условий обтекания подразделяют на хорошо и плохо обтекаемые. Каплевидное тело, пластина и диск, расположенные вдоль потока жидкости, являются хорошо обтекаемыми. Если же пластина или диск установлены поперек потока, то это плохо обтекаемые тела. Таким образом, сила сопротивления зависит от формы и размеров тела, а также от ориентации его по отношению к набегающему скоростному потоку.
Сопротивления,
возникающие при обтекании тел потоком вязкой жидкости, можно разделить на сопротивления
трения и сопротивления давления. В случае когда широкая пластина
установлена вдоль набегающего потока, сопротивления будут определяться в
основном сопротивлением трения, а для пластины, расположенной поперек
(перпендикулярно) потока, - сопротивлением давления. Для хорошо обтекаемых тел
сопротивление давления составляет примерно 25% сопротивления трения. Для плохо
обтекаемых тел значение сопротивления давления может составлять % общего вязкостного сопротивления тела.
Сопротивления
трения определяются касательными напряжениями, возникающими на поверхности
тела. На поверхности тела при его обтекании жидкостью образуется пограничный
слой малой толщины . Считается, что это тонкий слой
жидкости, прилегающий непосредственно к обтекаемой поверхности тела, в пределах
которого скорость изменяется от нуля на поверхности до скорости, составляющей
около
% скорости
набегающего
невозмущенного, т.е. в отсутствие тела, потока. Толщина пограничного слоя много
меньше характерного размера тела
(
).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.