- •1. Потери напора на начальных участках трубопроводов
- •2. Потери напора в местных сопротивлениях
- •3. Потери напора при внезапном расширении. Формула борда
- •4. Выход из трубы. Диффузор. Внезапное сужение. Вход в трубу. Конфузоры. Поворот
- •5. Эквивалентная длина. Взаимное влияние местных сопротивлений
- •6. Зависимость коэффициентов местных сопротивлений от числа рейнольдса
- •Описание опытной установки
- •Порядок проведения работы
- •1. Расчет простого трубопровода постоянного диаметра
- •2. Три типа задач расчета трубопровода
- •3. Последовательное и параллельное соединение труб
- •4. Расчет трубопровода с непрерывным изменением расхода по длине
- •5. Сифонный трубопровод
- •6. Гидравлический расчет разветвленного трубопровода
- •7. Гидравлический удар как неустановившееся движение упругой жидкости в упругих трубопроводах
- •7.1. Гидравлический удар при мгновенном закрытии затвора
- •7.2. Скорость распространения волны гидравлического удара
- •7.3. Гидравлический удар при резком понижении давления (с разрывом сплошности потока)
- •7.4. Защита от воздействия гидравлических ударов
- •7.5. Гидравлический таран
- •1. Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 относительно плоскости 2-2:
- •– Зона квадратичного сопротивления.
- •1. Истечение через малое незатопленное отверстие с острой кромкой
- •2. Коэффициенты сжатия, скорости и расхода при истечении через незатопленное малое отверстие
- •3. Истечение через малое затопленное отверстие с острой кромкой
- •4. Истечение через насадки
- •5. Вакуум во внешнем цилиндрическом насадке
- •6. Истечение через внешний затопленный цилиндрический насадок
- •7. Истечение через нецилиндрические насадки
- •8. Сравнение гидравлических характеристик отверстий и насадков
- •9. Общая характеристика явления
- •10. Истечение при переменном напоре и постоянном притоке
- •Общие сведения
- •Описание опытной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок проведения работы
- •Обработка опытных данных
4. Выход из трубы. Диффузор. Внезапное сужение. Вход в трубу. Конфузоры. Поворот
Выход из трубы в неподвижную жидкость (бак, бассейн, водохранилище) является частным случаем внезапного расширения при 2 1. В этом случае (рис. 8.4) можно использовать выражение для коэффициента сопротивлений при внезапном расширении:
,
а так как 2 в этом случае гораздо больше, чем 1, то принимаем:
.
Постепенное расширение (рис. 8.5) (диффузоры). В расчетах потери напора в диффузорах часто разделяются на потери, связанные с расширением сечения hр и потери по длине диффузора hдл. Соответственно коэффициент сопротивления делится на коэффициенты сопротивления расширения р и дл.
.
Рис. 8.4. Выход из трубы |
Рис. 8.5. Постепенное расширение |
При движении жидкости в диффузоре скорости по длине уменьшаются. Соответственно, по уравнению Бернулли давление увеличивается (градиент – положительный градиент давления). При этом вблизи стенок жидкость обладает столь малой кинетической энергией, что при значительном нарастании давления она останавливается или даже начинает двигаться обратно. Происходит вихреобразование и отрыв потока от стенки. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора. Безотрывное движение жидкости в диффузоре наблюдается при угле = 8 – 10.
Внезапное сужение. При внезапном сужении (рис. 8.6), так же как и при внезапном расширении, за кромкой сужения происходит отрыв потока о т твердой стенки и образование транзитной струи, которая сначала испытывает сжатие, а затем – расширяется. Между твердой стенкой и поверхностью транзитной струи образуется водоворотная зона. Образуются вихри, которые в результате обмена жидкостью между водоворотной зоной и транзитной струей проникают в поток, где гасятся трением. В результате работы сил трения часть механической энергии потока переходит в теплоту.
При числах Re104 коэффициент в.с. зависит только от отношения . Значения коэффициента в.с. приведены в справочниках или определяются по формуле .
В ход в трубу (рис. 8.7) является частным случаем внезапного сужения. Если труба присоединена перпендикулярно стенке бассейна и кромка входного отверстия острая, то вх. = 0,5; при слегка скругленной кромке вх. = 0,2 0,25, а при весьма плавном очертании входной кромки вх. = 0,05 0,1.
П остепенное сужение (конфузоры) (рис. 8.8). При движении жидкости в конфузоре вдоль потока скорость растет, а давление уменьшается (градиент давления ). Причин к появлению вихреобразования и отрыва потока в конфузоре нет. Лишь на выходе из конфузора при прямолинейных образующих труб имеется сжатие потока и отрыв потока от стенки, но эта зона меньше, чем при внезапном сужении.
Опыты показывают, что при одном и том же угле конусности потери напора на участках расширения больше, чем на участках сужения.
Поворот. При изменении направления потока появляются центробежные силы, направленные от центра кривизны к внешней стенке трубы. Давление в пределах поворота у внешней стенки больше, чем у внутренней. Соответственно, скорости у внешней стенки меньше, чем у внутренней. Вследствие этого, вдоль боковых стенок трубы, вблизи поверхности которых скорость невелика, будет происходить движение жидкости от внешней стенки к внутренней, то есть возникает поперечная циркуляция в потоке. В результате образуется так называемый парный (двойной) вихрь, который накладывается на поступательное движение; линии тока становятся винтообразными (рис. 8.9). Происходит отрыв потока от обеих стенок, образуются водоворотные области с обратными направлениями линий тока в них у стенок трубы.
П овышенная пульсация скоростей и интенсивное перемешивание частиц наряду с затратами энергии потока на поддержание водоворотных областей на поворотах приводят к увеличенным потерям напора на повороте по сравнению с потерями на прямолинейных участках.