Гидравлические потери

Разность давлений масла в двух сечениях одного и того же трубопровода при условии, что первое расположено выше по течению, а второе – ниже, определяется уравнением Бернулли:

,

где h₂ – h₁ – разность высот центров тяжести сечений от произвольно выбранного горизонтального уровня;

v₁, v₂ – cредние скорости масла в сечениях;

g – ускорение силы тяжести;

– сумма гидравлических потерь при движении масла из первого сечения во второе.

Уравнение Бернулли в полном виде используется для расчета всасывающих линий насосов; в остальных случаях первым слагаемым, как правило, пренебрегают и считают:

Гидравлические потери обычно разделяют на местные потери и потери на трение по длине трубопровода (линейные).

1.5.1 Местные потери энергии обусловлены местными гидравлическими сопротивлениями, вызывающими деформацию потока. Местными сопротивлениями являются: сужения, расширения, закругления трубопроводов, фильтры, аппаратура управления и регулирования и пр. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется её скорость и обычно возникают крупные вихри.

Потери давления от местных сопротивлений определяют по формуле Вейсбаха:

МПа (или Па),

где (кси) – коэффициент сопротивления или потерь,

v – средняя по сечению скорость потока в трубе за местным сопротивлением, м/с; , Н/м³; g=9,81 м/с².

Каждое местное сопротивление характеризуется своим значением коэффициента . При турбулентном течении значения определяются, в основном, формой местных сопротивлений и очень мало изменяются с изменением размеров сечения, скорости потока и вязкости жидкости. Поэтому принимают, что они не зависят от числа Рейнольдса Re.

Значения , например, для тройников с одинаковыми диаметрами каналов, принимают равными, если:

потоки складываются, расходятся; поток проходящий;

=0,5-0,6 =1,5-2 =0,3 =1-1,5 =0,1 =0,05

=0,7 =0,9-1,2 =2

при повороте трубопровода = 1,5-2 и т.д. [с. 390-391]

Значения для конкретных сопротивлений, встречающихся в гидросистемах оборудования, берут из справочной литературы.

При ламинарном режиме (Re<2200) потери давления зависят, в основном, от гидравлического трения в местных сопротивлениях, а значит, при их определении надо учитывать величину Re.

Потери давления от местных сопротивлений при ламинарном режиме определяются по формуле:

МПа,

где _л = а× и поправочный коэффициент ламинарности

Величины потерь давления в стандартных гидравлических устройствах для номинального расхода жидкости обычно приводятся в их технических характеристиках.

1.5.2 Потери на трение по длине - это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения, т.е. при равномерном течении жидкости, и возрастают пропорционально длине трубы. Эти потери обусловлены внутренним трением в жидкости, а поэтому имеют место и в шероховатых, и в гладких трубах.

Потери давления на трение в трубопроводе определяется по формуле Дарси:

МПа,

где – коэффициент трения в трубопроводе;

l и d – длина и внутренний диаметр трубопровода, мм.

Эта формула применима как при ламинарном, так и при турбулентном течении; различие заключается лишь в значениях коэффициента .

При ламинарном режиме (Re<2200) коэффициент трения является функцией основного критерия напорных потоков - числа Рейнольдса и рассчитывается по формуле:

При турбулентном течении коэффициент трения является не только функцией числа Re, но зависит и от шероховатости внутренней поверхности трубы. Для гидравлически гладкой трубы, т.е. с такой шероховатостью, которая практически не влияет на ее сопротивление, коэффициент трения при турбулентном режиме можно определить по формуле П.К. Конакова:

Трубу считают гидравлически гладкой, если (d/k)>(Re/20), где k – эквивалентная шероховатость, мм. Например, для новых бесшовных стальных труб k≈0,03 мм, а после нескольких лет эксплуатации k≈0,2 мм, для новых цельнотянутых труб из цветных металлов k≈0,005 мм. Такие трубы часто используются в гидросистемах металлорежущих станков.

Коэффициент трения при турбулентном режиме можно определить по формуле Альтшуля, являющейся универсальной (т.е. применимой в любых случаях):

Дата добавления: 2014-11-06