Внезапное сужение трубопровода

Общий процесс сужения потока можно разбить на две фазы: сужение потока от сечения I к сечению 2 и последующее внезапное расширение от сечения 2 к сечению 3. В целом при внезапном сужении потока потери энергии меньше, чем при эквивалентном расширении. При втекании жидкости в канал из достаточно широкого бака отношение А₁ / А₂ стремится к нулю и x_в.с =0,5. Это относится к каналу с острыми входными кромками, однако при их округлении удаётся избежать дополнительного сжатия потока в сечении 2 и резко уменьшить гидравлические потери.

Для уменьшения потерь при сужении трубопровода применяют также конусные сужения - конфузоры. В них застойные зоны в местах перелома поверхности стенок значительно меньше, чем при внезапном сужении, однако возрастают потери на вязкое трение. Коэффициент сопротивления кофузора находится из выражения

,

где l _тр - коэффициент трения, учитывающий потери напора по длине конфузора; q - угол раствора конфузора А₁ и А₂ - площади на его входе и выходе.

Для оптимальных углов раствора

Поворот трубопровода (колено)

При внезапном повороте трубопровода небольшого диаметра на 90° коэффициент местного сопротивления x_м =0,98. Коэффициент местного сопротивления для плавного поворота потока может быть определен по формуле Абрамовича:

где a, b, c - коэффициенты, зависящие от радиуса закругления и диаметра трубопровода, угла поворота и формы поперечного сечения трубопровода. Для круглого и квадратного сечения трубопровода c =1.

Тройники

Распространёнными сопротивлениями являются тройники, с помощью которых разветвляют и объединяют трубопроводы. При определении коэффициента сопротивления для тройников следует различать два случая: втекание в магистраль и отток из магистрали. Соответствующие потери давления находятся по следующим выражениям: в магистрали между сечениями I и 2

,

и ответвлении между сечениями 3 и 2 (при втекании в магистраль) или сечениями I и 3 (при оттоке из магистрали)

В выражениях скорость V - это средняя скорость в магистрали, подсчитанная по суммарному расходу q_å; x_ГЛ, и x_отв - соответствующие коэффициенты сопротивлений, зависящие от отношения расходов. Графики для этих коэффициентов приведены на рисунках. Отрицательные значения коэффициентов объясняются увеличением напора в соответствующих направлениях вследствие всасывающего действия сходящихся или расходящихся потоков жидкости.

Необходимо отметить, что в случае расположения нескольких местных сопротивлений друг за другом по потоку потери давления на этом комплексе сопротивлений можно определять как сумму потерь давления на отдельных сопротивлениях только в том случае, если между сопротивлениями есть участки трубопровода длиной не менее тридцати диаметров. В противном случае возмущенный в каждом местном сопротивлении поток искажает картину течения жидкости в следующем сопротивлении и его характеристики изменяются. Тогда весь комплекс сопротивлений необходимо рассматривать как единое сложное местное гидравлическое сопротивление.

Опыты Рейнольдса (1883 г.)

Схема установки Рейнольдса для исследования режимов

течения жидкости:

1 – бак с жидкостью; 2 –труба; 3,5,8 –вентили; 4 – сосуд с краской;

6,7 – стеклянные трубки

При небольших скоростях течения окрашенная жидкость движется отчетливо выраженной тонкой струйкой, не смешиваясь с остальным потоком. При возрастании скорости течения окрашенная струйка начинает колебаться и принимает волнообразный очертания. При дальнейшем увеличении скорости окрашенная струйка теряет свою форму и полностью размывается

Под действием перепада давления жидкость или газ начинает движение, при этом на движущиеся частицы оказывают влияние:

- силы инерции, которые препятствуют движению;

- силы трения (вязкость), которые тормозят движение.

Ламинарный поток слои потока параллельны	Турбулентный поток слои потока перемешаны
а) Примерный профиль скоростей вязкой жидкости в трубопроводе в сечении 1-1 при течении жидкости близком к ламинарному потоку.	б) Примерный профиль скоростей вязкой жидкости в трубопроводе в сечении 1-1 при течении жидкости близком к турбулентному потоку.

Дата добавления: 2015-10-24