Внезапное сужение трубопровода

Рис.8.8.Внезапное сужение трубопровода

При внезапном сужении трубы (рис.8.8) потери энергии определяются трением потока при входе в трубу меньшего диаметра и вихреобразованием. Поток срывается с угла, сужается, образует вихри. Кольцевое пространство вокруг суженной части потока заполнено завихрённой жидкостью. Потеря напора определяется по формуле Вейсбаха -Дарси

.

Коэффициент сопротивления для внезапного сужения определяется по формуле Идельчика[1], относительно скорости в узком сечении V₁

где ξ_вн.с. - коэффициент сопротивления внезапного сужения, зависящий от степени сужения.

Потери энергии при выходе потока из резервуара в трубу.

Рис.8.9 Выход из резервуара в трубу - h_вых

При входе потока в трубу из резервуара из-за больших размеров резервуара, при отсутствии закруглений на входе и когда S₂>>S₁ и n= S₁/S₂→0 . Потери напора определяются по формуле

где коэффициент сопротивления для входа из резервуара в трубу с использованием формулы Идельчика .

Потери энергии при постепенном сужении трубы.

Рис.8.10 Потери энергии при постепенном сужении трубопровода.

Постепенное сужение трубы называется конфузором (рис.8.10). Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления. Давление жидкости в начале конфузора выше, чем в конце, поэтому причин к возникновению вихреобразований и срывов потока нет и потери маленькие.

В конфузоре имеются потери на трение, но поскольку его длина невелика l/D≈ 3-4, сопротивление конфузора меньше, чем диффузора, зависит от угла конфузора, его длины. Потери находят по формуле Вейсбаха- Дарси

где для значения коэффициента ζ_кон. = 0,06-0,09.

Поворот трубы

1.Поворот трубы на произвольный угол без закругления называется "колено" (рис. 8.11а). При входе в колено происходит отрыв потока и потери связаны с вихреобразованием, а также с возникновением вторичных движений в потоке, потери увеличиваются при увеличении угла поворота колена δ. Коэффициент сопротивления колена определяют экспериментально(рис.8.11б), а потери напора определяют по формуле

hк = ξ_кол(V²/2g).

Величина коэффициента сопротивления может быть определена приближенно по формуле ζ_кол =Sin²δ.

Рис.8.11 Поворот трубы – колено(а), зависимость коэффициента сопротивления колена ζ_кол=f(δ) от угла поворота (б)

2.Постепенный поворот трубы называется отводом(рис.8.12).

Плавность поворота уменьшает вихреобразование, сопротивление отвода меньше, чем сопротивления колена.

При большом значении отношения R/d , срыв потока устраняется полностью. Коэффициент сопротивления отвода ξ_отв зависит от отношения R/d, угла δ, а также от формы поперечного сечения трубы. Для круглых труб и угла 90 град – ζ₁, для других углов коэффициент находят относительно ζ₁

Рис.8.12 Потери при постепенном повороте трубы

Потери напора, определенные по коэффициентам ξ_отв, учитывают только сопротивление, обусловленное кривизной. При расчете трубопроводов, содержащих отводы, следует длины этих отводов включать в общую длину трубопровода для определения потерь на трение, затем к потере на трение нужно прибавить потери, определяемые коэффициентом ξ_отв.

Ниже в таблицу сведены коэффициенты местных сопротивлений различной конфигурации.