Работа 11. Определение аэродинамического сопротивления в трубопроводах различной конфигурации

Запас механической энергии, которым обладает газовый поток, характеризуется наличием четырех напоров.

1. Статический напор определяет степень «сгущенности» газовых молекул в объеме либо уровень их кинетической энергии, обусловленной температурой газа. Математический смысл статического напора может быть выявлен из известного закона идеальных газов

PV = nRT,

где n – число молекул, R –газовая постоянная, Т – температура, К.

Откуда: P = h_ст = (1)

При постоянном объеме V статический напор, таким образом, является функцией количества (сгущенности) молекул и температуры. Если сгущенность молекул газа в системе больше чем в окружающем пространстве, то имеем дело с положительным значением статического напора, т.е. с давлением. При обратном соотношении возникает отрицательный напор, т.е. разрежение.

2. Динамический (скоростной) напор является выражением кинетической энергии движущегося газа: h_дин = , кГ/м² (2)

где W_tp – скорость потока в рабочих условиях, м/сек; r_tp – плотность газа в рабочих условиях, кГ×сек²/м⁴;

3. Геометрический напор возникает при вертикальном перемещении газа: h_геом = Н×(r_окр – r_tp)×g, кГ/м² (3)

где Н – высота вертикального перемещения, м; r_окр – плотность окружающей атмосферы, кГ×сек²/м⁴; g – ускорение свободного падения, м/сек².

4. Потерянный напор возникает вследствие потери механической энергии газа при его движении за счет преодоления сил трения и инерционных сил при изменении направления движения.

h_пот = k×h_дин, (4)

где k – коэффициент соответствующего вида сопротивления.

Закон Бернулли является одним из выражений всеобщего закона сохранения энергии в применении к движению газового потока: при установившемся движении газового потока в любом его сечении сумма всех напоров есть величина постоянная (равная первоначальному запасу энергии, сообщенной газу в начале его движения), т.е.

h_ст + h_дин + h_геом + h_пот = const

Следует иметь в виду, что в зависимости от той или иной разновидности газового потока первоначальный запас энергии сообщается газу либо действием дымовой трубы (этот запас выражается величиной разрежения, установившегося у основания трубы), либо разрежением, создаваемым дымососом или эксгаустером либо (для случая нагнетания газа) – давлением, фиксируемым на выходе из вентилятора, воздуходувки, газодувки, компрессора.

Для любого газового потока реальны два вида сопротивлений, на преодоление которых затрачивается энергия, величина которой обозначается h_пот.

1. Повсеместно действующее сопротивление трения газового потока о стенки канала и трение между слоями газа (действие вязкостных сил).

Потери напора на трение определяются зависимостью

h_тр = k_тр×h_дин,

где k_тр – общий коэффициент потери на трение, зависящий от размеров канала и состояния поверхности, учитывающий и силы вязкости

k_тр = x×L/D,

где L – длина канала, м; D – диаметр, м; x – коэффициент трения: для гладких каналов x =0,05; для шероховатых – x =0,07-0,08.

2. Местные сопротивления – это всевозможные изменения направления газового потока и различные препятствия на пути движения газов (сужения, расширения, заслонки, повороты и т.п.).

h_мест = k_мест×h_дин,

где k_мест – коэффициент местного сопротивления.