Определение коэффициента местных потерь

В главе 3 уже рассматривался вопрос о расчете потерь напора на местных сопротивлениях, то есть таких участках трубопровода, где вследствие изменения размеров или конфигурации русла, происходит изменение скорости потока, отрыв его от стенок и возникают вихри. Рассмотрим местные сопротивления подробнее.

Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разделить на три группы: расширения, сужения и повороты русла. Каждое из них может быть внезапным или постепенным. Более сложные случаи местных сопротивлений – это комбинации этих простейших сопротивлений. Например, в вентиле поток сначала искривляется, сужается и, наконец, расширяется.

При турбулентном режиме течения коэффициенты потерь x определяются в основном формой местных сопротивлений, а от числа Рейнольдса Re практически не зависят, поэтому величина местных потерь пропорциональна квадрату скорости. Такую зависимость называют квадратичной. Значения коэффициентов потерь x находят в основном опытным путем, хотя для некоторых простейших местных сопротивлений их удается получить теоретическим путем. При решении практических задач значения x находят в справочниках, где они приведены в виде формул, таблиц, графиков для различных видов местных сопротивлений.

Для большинства местных сопротивлений в трубопроводах при Re ³ 10⁵ имеет место турбулентная автомодельность – потери напора пропорциональны скорости во второй степени и коэффициент местного сопротивления не зависит от Re. В местных сопротивлениях, где происходит резкое изменение сечения трубопровода и образуются значительные вихри, автомодельность устанавливается и при Re ³ 10⁴. Например, для внезапного расширения трубопровода , где S ₁ и S ₂ – площади трубопровода до и после внезапного расширения. Для выхода трубопровода в бак S ₂ >> S ₁, поэтому x_м» 1. При постепенном расширении потока в диффузоре коэффициент местного сопротивления

,

где j _д – коэффициент потерь.

При внезапном сужении трубы . Для входа в трубопровод из бака S ₁ >> S ₂, поэтому x_м» 0,5.

При ламинарном режиме течения местные потери обычно малы по сравнению с потерями на трение, а закон сопротивления более сложный, чем при турбулентном режиме:

где h _тр – потери напора, обусловленные непосредственно действием сил трения (вязкости) в данном местном сопротивлении и пропорциональные вязкости жидкости и скорости в первой степени; h _вихр – потери, связанные с отрывом потока и вихреобразованием в самом местном сопротивлении или за ним и пропорциональные скорости во второй степени.

Таким образом, коэффициент потерь при ламинарном режиме можно представить как сумму:

где A и B – безразмерные константы, зависящие в основном от формы местного сопротивления.

В зависимости от значения Re и формы местного сопротивления потери напора при ламинарном режиме могут выражаться как линейной, так и квадратичной от скорости зависимостью, а также какой-то средней между ними кривой. Значения коэффициентов A и B следует искать в справочнике в зависимости от вида местного сопротивления и его параметров.