5.4 Движение жидкости в трубах некругового сечения

Для транспорта капельных жидкостей и газов в ряде случаев используются трубопроводы некругового сечения (например, в вентиляции, в охлаждающих устройствах и пр.)

Вторичные течения происходят в плоскости поиеречного се­чения трубы: частицы жидкости движутся при этом из цент­ральных районов трубы по направлению к углам (рис. XII.20). Накладываясь на продольное движение, вторичные течения не­прерывно переносят количество движения по направлению к углам, в результате чего в угловых участках наблюдаются срав­нительно высокие продольные скорости.

Потери на трение при турбулентном движении жидкости в трубе с поперечным сечением некруговой формы можно рассчитыватьпо формуле Дарси — Вейсбаха (гл. XI), вкоторую вместодиаметра трубы входит эквивалентный диаметр d_э

При турбулентном движении жидкости коэффициент гидравлического трения в трубах некругового поперечного сеченияможно определять по формулам для круглых труб. При этом, в ряде случаев коэффициенты гидравлического трения оказываются близкими соответствующим коэффициентам гидравлического трения в круглых трубах (при равенстве эквивалентных диаметров).

5.5 Снижение потерь напора на трение при турбулентном движении

Уменьшения потерь напора на трение в трубах возможно путем использования эффекта, Томса – феномен).

Эффект Томса заключается в том, что при добавлении к во­де (а также к другим капельным жидкостям) миллионных долей некоторых полимеров (например, полиакриламида) потери напора на трение уменьшаются в несколько раз.

Установлено, что добавки полимеров с высоким молекулярным весом изменя­ют структуру турбулентного потока (особенно вблизи стенок). Здесь гасятся турбулентные пульсации, уменьшается турбулентный перенос, что приводит к уменьшению потерь напора на трение.

5.6 Местные гидравлические сопротивления

Местные сопротивления появляются при расширении или сужении потока, в результате его поворота, при протекании потока через диафрагмы, задвижки и т. д., что всегда связано с появлением дополнительных потерь напора.

Потери напора, затраченного на преодоление какого-либо местного сопротивления, принято оценивать в долях скоростного напора, соответствующего скорости непосредственно за рассмат­риваемым местным сопротивлением, т. е. определять их из фор­мулы Вейсбаха:

где:

ξ – так называемый коэффициент местного сопротивления

Коэффициенты разных местных сопротивлений находят, как правила, опытным путем; таблицы этих коэффициен­тов содержатся в инженерных справочниках и руководствах по гидравли­ке.

Иногда местные потери напора выражают в виде эквивалент­ной длины lэ прямого участка трубопровода, сопротивление тре­ния которого по величине равно рассматриваемым местным по­терям напора, т. е. из условия:

или

Основные видыместных потерь напора можно условно раз­делить на следующие группы:

– потери, связанные с изменением сечения потока (или, что то же, его средней скорости). Сюда относятся случаи внезапного расширения, сужения, а также постепенного расширения и су­жения потока

– потери, вызванные изменением направления потока

– потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, клапаны, сетки, дроссели и т. д.)

– потери, связанные с отделением одной части потока от дру­гойили слиянием двух потоков в один общий. Сюда относятся, например, тройники, крестовины и отверстия в боковых стенках трубопроводов при наличии транзитного расхода