7. Местные гидравлические сопротивления

Основные виды местных сопротивлений. Коэффициент местных потерь. Местные потери напора при больших числах Рейнольдса. Внезапное расширение трубы (теорема Борда). Диффузоры. Сужение трубы. Колена. Местные потери напора при малых числах Рейнольдса. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. Практическое использование кавитации.

Методические указания.

Местные гидравлические потери определяют по формуле Вейсбаха:

, (17)

где  – коэффициент местного сопротивления; – средняя скорость в сечении, как правило, за местным сопротивлением. Коэффициент  при больших числах Рейнольдса зависит только от вида местного сопротивления. Однако при ламинарном течении он зависит не только от вида сопротивления, но и от числа Рейнольдса. Приведенные в приложении 4 значения коэффициента , некоторых местных сопротивлений относятся к турбулентному течению с большими числами Рейнольдса. Для ламинарного движения коэффициент , должен быть пересчитан с учетом влияния числа Рейнольдса.

Простое суммирование потерь в местных сопротивлениях возможно, если они расположены друг от друга на расстоянии, равном не менее 20 – 30 диаметров трубы. В противном же случае сопротивления влияют друг на друга и работают как одна система, для которой необходимо определить свое значение коэффициента местного сопротивления экспериментальным путем.

8. Истечение жидкости через отверстия и насадки

Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Коэффициенты сжатия, скорости, расхода. Истечение жидкости через цилиндрический насадок. Насадки различного типа. Истечение при переменном напоре (опорожнение резервуаров).

Методические указания.

Расход жидкости при ее истечении через отверстие или насадок определяют по формуле

, (18)

где  – коэффициент расхода, S – площадь отверстия или сечения насадка; Н₀ – действующий напор, равный

, (19)

где Н – расстояние от центра тяжести площади отверстия или сечения насадка до поверхности жидкости в резервуаре; р₀ – давление на поверхности жидкости в резервуаре; р – давление в среде, в которую происходит истечение жидкости; – скорость подхода жидкости в резервуаре; – величина малая, и ею можно пренебречь; р – потери давления при истечении через местное сопротивление (например, через дроссель, распределитель и другую гидравлическую аппаратуру).

Коэффициент расхода  малого отверстия зависит от числа Рейнольдса. С увеличением Rе коэффициент  сначала увеличивается, достигает максимального значения _макс = 69 при Rе = 350, а затем начинает уменьшаться и стабилизируется на значении, равном 0,60. Таким образом, отверстия (а также насадки) при больших числах Rе удобно применять в качестве приборов для измерения расхода жидкости.

При истечении жидкости через затопленное отверстие или насадок для определения расхода применяют приведенные формулы (18), но в этом случае напор Н₀ берется как разность гидростатических напоров по обе стороны стенки.

11

Следовательно, расход в данном случае не зависит от высоты расположения отверстия или насадка.

В случае истечения жидкости через насадок образуется вакуум, который увеличивает его пропускную способность и является прямо пропорциональным напору Н₀. Коэффициент расхода насадка зависит от его типа и числа Рейнольдса. По своему значению он превышает коэффициент расхода малого отверстия. Например, для внешнего цилиндрического насадка  = 0,80, для коноидального насадка  = 0,96...0,99.