Потери напора на местные сопротивления

Потери напора по длине потока

Потери напора по длине, иначе их называют потерями напора на трение, возникают в гладких прямых трубах с постоянным сечением при равномерном течении. Такие потери обусловлены внутренним трением в жидкости и поэтому происходят и в шероховатых трубах, и в гладких. Основной расчетной формулой для потерь напора при ламинарном и турбулентном режиме движения жидкости в круглых трубах является формула Вейсбаха-Дарси и имеющая следующий вид:

,

где λ– коэффициент гидравлического трения (иначе его называют коэффициент потерь на трение или коэффициент трения);

l - длина трубопровода, м;

d – диаметр трубопровода, м;

- средняя скорость движения жидкости, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Коэффициент трения λ зависит от числа Рейнольдса Re (режима движения жидкости) и от безразмерного геометрического фактора - относительной шероховатости Δ/d (или d/∆, – абсолютное значение эквивалентной шероховатости).

Коэффициент трения при ламинарном режиме движения жидкости рассчитывается по формуле:

,

Область турбулентного и переходного режимов в свою очередь разбиваются на три области:

1) область гидравлически гладких труб:;

2) область доквадратичного сопротивления шероховатых труб:;

3) область квадратичного сопротивления шероховатых труб:.

На практике при турбулентном режиме движения коэффициент трения может быть определен по графику Г.А. Мурина (рисунок 24) или рассчитан по формуле А.Д. Альтшуля:

,

где Re – критерий Рейнольдса,

– коэффициент трения;

– абсолютное значение эквивалентной шероховатости, м.

d – диаметр трубопровода, м.

Рисунок 24 – График Мурина

Область I соответствует области доквадратичного сопротивления шероховатых труб:;

Область II соответствует области квадратичного сопротивления шероховатых труб:.

Область гидравлически гладких труб () на графике Мурина соответствует нижней кривой.

Величина называется относительная шероховатость трубопровода.

Обратное значение - относительная гладкость трубопровода.

Величину абсолютной эквивалентной шероховатости D при расчетах берут из справочной литературы в зависимости от материала трубопровода и состояния его внутренней поверхности (срок службы, вид перекачиваемой жидкости, рабочие параметры и т.д.) [2-5,13].

Местные сопротивления это такие участки трубопровода, на которых происходит деформация потока, т.е. происходит изменения скорости потока или по величине или по направлению.

К местным сопротивлениям относятся: вход и выход потока из трубы, внезапные сужения и расширения труб, плавные сужения и расширения труб колена, отводы, тройники, диафрагмы, регулирующие устройства (краны, вентили, задвижки и т.д.).

Протекая через местное сопротивление, поток деформируется, возникают пульсации скоростей и давлений, образуются вихревые зоны с обратными токами вследствие отрыва потока от стенок трубопровода. На эти процессы смешения и вихреобразования тратится часть полной энергии потока, которая превращается в тепло и рассеивается в окружающее пространство.

Различают четыре вида местных сопротивлений [2-4].

1) Местные сопротивления на которых происходит изменение скорости по величине (рисунок 25):

а	б
в	г
а) внезапное сужение, б) внезапное расширение, в) плавное расширение (диффузор), г) плавное сужение (конфузор) Рисунок 25 – Местные сопротивления

2) Местные сопротивления, связанные с изменением направления движения жидкости (рисунок 26).

а	б
R - радиус закругления отвода, d - диаметр отвода, а - угол поворота,   а) плавный поворот (отвод), б) резкий поворот (колено)   Рисунок 26 – Местные сопротивления

3) Местные сопротивления на которых происходит смешение или разделение потоков (рисунок 27).

а	б
а) тройник, б) крестовина   Рисунок 27 – Местные сопротивления

4) Трубопроводная арматура (краны, вентили, задвижки, расходомеры и т.п.).

Потери напора на местном сопротивлении рассчитываются в долях от величины скоростного напора:

,

где ξ – коэффициент местного сопротивления,

– скорость движения жидкости, м/с;

g – ускорении е свободного падения, м/с².

Величину ξ для каждого вида местного сопротивления определяют по справочным данным, для некоторых местных сопротивлений имеются расчетные формулы [2-4].

Дата добавления: 2014-10-23