Структура потока

Потери удельной энергии (напора) или, как их часто называют, гидравлические потери, зависят от формы, размеров русла, скорости течения и вязкости жидкости, а иногда и от абсолютного давления в ней. Вязкость жидкости, хотя и является первопричиной всех гидравлических потерь, но далеко не всегда оказывает самое существенное влияние на их величину.

Гидравлические потери делятся на две основные группы:

· линейные потери, их еще называют распределенными потерями или потерями трения; они связаны с внутренним трением в движущейся жидкости;

· местные потери, обусловленные преодолением различных местных сопротивлений и препятствий (краны, задвижки, повороты, тройники и проч.).

Рис. 5.1

При протекании жидкости через местные сопротивления искривляются линии тока, изменяется поле скоростей, зачастую может произойти отрыв потока. Возникают области, заполненные мелкими или крупными вихрями. На рис. 5.1 приведены примеры местных сопротивлений: 1 – задвижка, 2 – диафрагма, 3 – колено.

На рис. 5.2 приведены эпюры осредненных скоростей до и после диафрагмы. Видно наличие вихрей, изменение направления потока в пристеночном слое.

Рис. 5.2

При поворотах потока возникают центробежные силы, вызывающие отклонение распределения давления по сечению от гидростатического закона. У стенки с большим радиусом R давление увеличивается, у стенки с меньшим радиусом r – уменьшается. В результате возникают вторичные вращательные течения, поперечная циркуляция в виде парного вихря (рис. 5.3).

Движение в области вихрей при турбулентном режиме неустойчиво, оно характеризуется повышенной пульсацией, происходит обмен частицами жидкости между вихревыми зонами и основным потоком. Отдельные вихри из вихревой области периодически уносятся вниз по течению, на их место поступают новые частицы жидкости. Уносимые по течению вихри дробятся и затухают, с удалением от местного сопротивления пульсации затухают. На каком-то расстоянии от места расположения местного сопротивления поток окончательно стабилизируется. Если сохраняются условия равномерного движения (постоянный расход, форма и площадь живого сечения), дальнейшее движение происходит в равномерном режиме.

Рис. 5.3

Длина участка, на котором поток, измененный местным сопротивлением, восстанавливает свои характеристики, называется длиной влияния местного сопротивления – l _вл (рис. 5.2). В общем случае длина влияния зависит от типа местного сопротивления и прямо пропорцио-нальна числу Рейнольдса.

Таким образом, причинами потерь энергии на местных сопротивлениях являются искривления линий тока, образование вихревых областей и их взаимодействие с основным транзитным потоком, а также вторичные течения.

Дата добавления: 2015-06-28