Основные виды местных сопротивлений


Рассмотрим простейшие местные сопротивления – вход в трубу, расширения и сужения, которые могут быть внезапными или постепенными, повороты и др. (Рис. 7.1). Более сложные случаи местных сопротивлений представляют собой соединения или комбинации перечисленных простейших сопротивлений.

Данные о значении коэффициентов различных местных сопротивлений приводятся в соответствующей справочной литературе.

Вход в трубу. Если труба присоединена перпендикулярно к стенке и кромка входного отверстия острая (Рис. 7.1а), то . Изменение условий входа жидкости в трубу приводит к изменению значения коэффициента местного сопротивления. Так, например, при наличии скругленной кромки на входе . Более точно значение  можно определить по отношению , где  – радиус дуги круга, очерчивающей скругленный вход. Если труба присоединена под углом  к горизонту (косой вход), то

.                          (7.9)

Внезапное расширение трубы. Одно из немногих местных сопротивлений (Рис. 7.1б), для которого можно найти коэффициент местного сопротивления теоретическим путем.

Происходящая при внезапном расширении потеря напора может быть найдена из уравнения Бернулли для потока реальной жидкости, записанного для сечений  и . Применяя теорему о количестве движения и, произведя необходимые преобразования, получим формулу потерь напора при внезапном расширении, выраженную только через средние скорости

.                                 (7.10)

Так как разность  является уменьшением скорости при переходе жидкости из трубы малого сечения в трубу большого сечения, из выражения (7.10) следует, что местная потеря напора при внезапном расширении равна скоростному напору потерянной скорости.

Зависимость (7.10), после несложных преобразований, с учетом уравнения неразрывности (3.8), можно записать в виде

 или   ,

причем

;  .                    (7.11)

Постепенное расширение. При постепенном увеличении сечения (Рис. 7.1в) потери напора зависят от угла конусности (расхождения) диффузора. Коэффициент местного сопротивления может быть определен по формуле

.                                    (7.12)

Коэффициент , учитывающий уменьшение потерь напора в диффузуре по сравнению с потерями напора при внезапном расширении, с тем же соотношением сечений соединяемых труб, определяют по таблице в зависимости от угла конусности:

 

Угол конусности, (град)

5

10

15

20

30

к

0,13

0,16

0,27

0,43

0,81

 

При углах больше 500 целесообразнее устанавливать не диффузор, а внезапное расширение, при этом можно принимать .

Внезапное сужение трубы. Это сопротивление вызывает меньшую потерю напора, чем внезапное расширение с таким же соотношением площадей.

Для практических расчетов коэффициент местного сопротивления определяют по полуэмпирической зависимости И.Е. Идельчика

,                          (7.13)

где  – степень сужения.

Из формулы (7.13) следует, что если  – случай выхода трубы из резервуара достаточно больших размеров, коэффициент сопротивления при внезапном сужении трубы равен коэффициенту сопротивления на вход в трубу  .

Постепенное сужение. Течение жидкости в конической сходящейся трубе (конфузоре) (Рис. 7.1д) сопровождается увеличением скорости и падением давления, что исключает причины вихреобразования, происходящие в диффузоре. Таким образом, в конфузоре возникают в основном потери напора на терние и сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление такого же диффузора.

Зависимость для определения коэффициента местного сопротивления постепенного сужения при угле конусности  имеет вид

.                               (7.14)

Выход из трубы. Это сопротивление (Рис. 7.1е) аналогично сопротив-лению при внезапном расширении трубы и для определения коэффициента местного сопротивления можно испльзовать формулу (7.11) .

Однако при выходе из трубы в резервуар больших размеров можно принять , вследствие того, что  во много раз больше . Тогда из формул (7.10) и (7.11) можно считать, что .

Резкий поворот (колено). Для трубопроводов круглого сечения (Рис. 7.1ж) значения коэффициента местного сопротивления в зависимости от угла поворота  представлены в таблице

 

, град

30

40

50

60

70

80

90

0,20

0,30

0,40

0,55

0,70

0,90

1,10

 

При углах поворота до  потерями в колене можно пренебречь. При значениях угла  в первом приближении коэффициент местного сопротивления можно определить по зависимости .

Закругление на повороте значительно снижает потери. В этом случае сопротивление зависит от соотношения диаметра трубы и радиуса закругления.

Диафрагма. Коэффициент местного сопротивления диафрагмы зависит от способа ее установки – в трубе постоянного сечения или в трубе переменного сечения.

Значения  для диафрагмы в трубе постоянного сечения (Рис. 7.1з) зависят от степени сужения трубы  и для чисел Рейнольдса  приведены в таблице

 

0,05

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1050

245

51,5

18,2

8,25

4,0

2,0

0,97

042

013

0

 

Потери напора на преодоление сопротивления диафрагмы определяют по средней скорости жидкости в трубе .

Задвижка. Запорная арматура – задвижки, вентили, дроссели, клапаны и др. представляет собой более сложные виды местных сопротивлений. В этом случае проточная часть, образуемая запорными приспособлениями, имеет различные геометрические формы. Величины коэффициентов местных сопротивлений для различных видов запорной арматуры определяют по справочным данным, полученным опытным путем.

На практике следует стремиться к тому, чтобы трубопроводная арматура была всегда полностью открыта, за исключением случаев, предусмотренных требованиями технологии производства или, когда при помощи этой арматуры отключают отдельные участки трубопровода.

Сопротивление полностью открытой арматуры относительно не велико. Однако значительное прикрытие запорной арматуры приводит к большому возрастанию коэффициента местных сопротивлений.

Для простой задвижки (Рис.7.1и), перекрывающей трубу круглого поперечного сечения, коэффициент местного сопротивления  зависит от степени закрытия задвижки, которая характеризуется отношением . Значения  в зависимости от отношения  приведены в таблице

 

0

0,12

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,0

97,8

35,0

10,0

4,60

2,06

0,98

0,44

0,17

0,06

0