Потери при отделении части потока и слиянии

Потери в тройниках.Тройником (рисунок 7.13) называют деталь трубопровода, в которой происходит слияние или разделение потока. Тройники подразделяют на нагнетательные (когда жидкость из магистрали течет в ответвление) и всасывающие (когда жидкость поступает из ответвления в магистраль). Потери напора в тройниках возникают в результате отрыва потока от стенок с последующим расширением. Величина коэффициентов местного сопротивления тройников зависит от углов сопряжения, диаметров магистрали и ответвления, соотношения расходов жидкости в ответвлениях, а также от направления течения.

Вопрос о значениях коэффициентов местного сопротивления в тройниках с теоретической точки зрения изучен еще недостаточно.

7.2.5 Взаимное влияние местных сопротивлений

Приводимые в справочниках данные о значениях коэффициентов местного сопротивления относятся к случаю, когда течение происходит с установившимся полем скоростей. На практике местные сопротивления располагаются подчас настолько близко одно к другому, что поток между ними не успевает выравниваться. Это вызвано тем, что вихреобразование от предыдущего местного сопротивления сказывается на значительном расстоянии по течению, большем, нежели расстояние до следующего местного сопротивления. То расстояние после местного сопротивления, в пределах которого устанавливается нормальная эпюра распределения скоростей и прекращается влияние местного сопротивления на поток, называют длиной влияния местного сопротивления.

Во многих случаях совокупные потери напора в трубопроводе вычисляются путем простого сложения потерь напора в отдельных местных сопротивлениях, как если бы каждое местного сопротивление существовало самостоятельно и независимо от других местных сопротивлений. Этот метод простого суммирования (наложения потерь или суперпозиция) дает правильные результаты лишь в том случае, если сопротивления расположены на расстояниях, превышающих длину влияния. В противном случае возмущающие влияния одних местных сопротивлений сказываются на других. Так, например, поворот трубы на 30˚ вызывает сопротивление с коэффициентом ζ=0,11, поворот по углом 60˚ дает ζ=0,47, а соединение обоих поворотов последовательно вызывает сопротивление с ζ=0,40.

При больших числах Рейнольдса для оценки длины влияния пользуются соотношением l_вл=(30-40)d. (7.17) В действительности длина влияния зависит как от геометрии местного сопротивления, так и от числа Рейнольдса (возрастает с его увеличением), а также от шероховатости трубопровода.

Исследования показывают, что длина влияния местного сопротивления во всей области турбулентного течения может быть с хорошим приближением вычислена по формуле(7.18):

, (7.18)

где λ – коэффициент гидравлического трения трубы, на которой расположены местные сопротивления;

ζ_кв – коэффициент рассматриваемого местного сопротивления в квадратичной области.

В случае, когда расстояние между отдельными местными сопротивлениями меньше длины влияния, суммарная величина сопротивления может быть установлена с помощью специальных экспериментов. Причем, она может быть как больше, так и меньше суммы соответствующих отдельных сопротивлений.

Для примера на рисунке 7.14 показано изменение коэффициента сопротивления двух незакругленных поворотов под углом 45˚ в зависимости от длины вставки между ними.

Схема установки

Установка для проведения замеров (рисунок 7.15) представляет собой два вентилятора (9, 10), соединенных последовательно и питающих воздушным потоком трубопровод сложной конструкции. Трубопровод имеет на каждом участке шайбы статического давления (1-6), а на конце приемник полного давления (7) – трубку Пито. Трубы диаметром 50 мм состоят из последовательно соединенных трех прямоугольных колен(1-2, 2-3, 3-4), а также внезапного расширения (4-5) и внезапного сужения (5-6). Для замеров статического и полного давлений применяется микроманометр с наклонной трубкой ММН-1 (8).