n1.doc
Jenis utama resistensi lokal.Penentuan faktor kerugian lokal
Bab 3 telah mempertimbangkan masalah penghitungan kehilangan tekanan pada resistansi lokal, yaitu, bagian pipa di mana, karena perubahan ukuran atau konfigurasi saluran, kecepatan aliran berubah, ia terpisah dari dinding dan vortisitas. muncul. Pertimbangkan resistensi lokal secara lebih rinci.
Resistansi hidrolik lokal yang paling sederhana dapat dibagi menjadi tiga kelompok: ekspansi, penyempitan, dan belokan saluran. Masing-masing bisa tiba-tiba atau bertahap. Lagi kasus-kasus sulit resistensi lokal adalah kombinasi dari resistensi yang paling sederhana. Misalnya, dalam katup, aliran pertama melengkung, menyempit, dan akhirnya mengembang.
Pada mode turbulen aliran, koefisien kerugian ditentukan terutama oleh bentuk resistansi lokal, dan praktis tidak tergantung pada bilangan Reynolds Re, oleh karena itu, besarnya kerugian lokal sebanding dengan kuadrat kecepatan. Hubungan ini disebut kuadrat. Nilai-nilai koefisien kerugian ditemukan terutama secara empiris, meskipun untuk beberapa resistensi lokal yang paling sederhana mereka dapat diperoleh secara teoritis. Saat memutuskan tugas praktek Nilai ditemukan dalam buku referensi, di mana mereka diberikan dalam bentuk rumus, tabel, grafik untuk berbagai macam resistensi lokal.
Untuk sebagian besar hambatan lokal dalam pipa pada Re 10 5, terjadi kesamaan diri yang turbulen - kerugian head sebanding dengan kecepatan pangkat kedua dan koefisien hambatan lokal tidak bergantung pada Re. Dalam perlawanan lokal kemana perginya perubahan mendadak bagian dari pipa dan vortisitas yang signifikan terbentuk, kesamaan diri didirikan bahkan pada Re 10 4 . Misalnya, untuk ekspansi pipa secara tiba-tiba, di mana: S 1 dan S 2 – area perpipaan sebelum dan sesudah ekspansi mendadak. Untuk keluar dari pipa ke tangki S 2 >> S 1 , oleh karena itu m 1. Dengan ekspansi bertahap aliran dalam diffuser, koefisien hambatan lokal
,
di mana d adalah faktor kerugian.
Dengan penyempitan pipa yang tiba-tiba 
. Untuk memasuki pipa dari tangki S 1 >> S 2 , jadi m 0,5.
Dalam rezim aliran laminar, kerugian lokal biasanya kecil dibandingkan dengan kerugian gesekan, dan hukum drag lebih kompleks daripada di rezim turbulen:
di mana h tr - kerugian head yang disebabkan langsung oleh aksi gaya gesekan (viskositas) dalam resistansi lokal tertentu dan sebanding dengan viskositas fluida dan kecepatan hingga derajat pertama; h pusaran - kerugian yang terkait dengan pemisahan aliran dan pembentukan pusaran dalam resistensi lokal itu sendiri atau di belakangnya dan sebanding dengan kecepatan hingga derajat kedua.
Dengan demikian, faktor kerugian dalam aliran laminar dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari:
di mana A dan B adalah konstanta tak berdimensi yang bergantung terutama pada bentuk resistansi lokal.
Bergantung pada nilai Re dan bentuk resistansi lokal, kerugian head dalam mode laminar dapat dinyatakan sebagai ketergantungan linier atau kuadrat pada kecepatan, serta beberapa kurva rata-rata di antara keduanya. Nilai koefisien A dan B harus dicari di buku referensi tergantung pada jenis resistensi lokal dan parameternya.
Kerugian lokal dan koefisien resistensi lokal.
Jaringan pipa yang mendistribusikan atau mengeluarkan cairan dari konsumen mengubah diameternya (bagian); belokan, cabang diatur pada jaringan, perangkat pengunci dipasang, dll. Di tempat-tempat ini, aliran berubah bentuk dan berubah bentuk dengan tajam. Karena perubahan bentuk, gaya resistensi tambahan muncul, jadi disebut resistensi lokal. Perlu usaha untuk mengatasinya. Tekanan yang dikeluarkan untuk mengatasi hambatan lokal disebut kehilangan tekanan lokal dan dilambangkan dengan 
.
Head loss lokal didefinisikan sebagai produk dari head kecepatan yang berbatasan langsung dengan resistansi lokal 
,
sesuai dengan rumus
Tidak ada teori umum untuk menentukan koefisien resistensi lokal, dengan pengecualian kasus individu. Oleh karena itu, koefisien resistensi lokal, sebagai suatu peraturan, ditemukan secara empiris. Arti mereka untuk berbagai elemen pipa diberikan dalam buku pegangan teknis. Kadang-kadang hambatan lokal dinyatakan dalam panjang ekivalen dari bagian pipa lurus. 
. panjang yang setara disebut seperti panjang bagian lurus dari pipa dengan diameter tertentu, kehilangan tekanan di mana, ketika aliran tertentu dilewatkan, sama dengan kerugian lokal yang dianggap. Menyamakan rumus Darcy-Weisbach dan (1), kita dapatkan , atau .
Karakteristik utama aliran keluar cairan melalui lubang dan nozel (rumus Toricelli; jenis aliran keluar; koefisien kompresi, kecepatan dan aliran; jenis kompresi jet).
Klasifikasi lubang dan aplikasi praktisnya
Masalah aliran fluida melalui lubang adalah salah satu momen kunci hidrolika. Para ilmuwan dan insinyur telah mempelajari masalah ini sejak abad ke-17 Persamaan D. Bernoulli pertama kali diturunkan ketika memecahkan salah satu masalah aliran keluar fluida dari sebuah lubang. Saat menghitung diafragma, mixer berlubang, tangki pengisian dan pengosongan, kolam, reservoir, ruang kunci dan wadah lainnya, masalah diselesaikan untuk aliran keluar cairan melalui lubang. Saat memecahkan masalah ini, kecepatan dan laju aliran cairan ditentukan.
Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa ketika cairan mengalir keluar dari lubang, jet dikompresi, yaitu, penurunannya persilangan. Bentuk jet terkompresi tergantung pada bentuk dan ukuran lubang, ketebalan dinding, dan juga pada lokasi lubang relatif terhadap permukaan bebas, dinding dan dasar bejana dari mana cairan mengalir. Kompresi jet terjadi karena fakta bahwa partikel cair mendekati lubang dengan sisi yang berbeda dan bergerak dengan inersia di dalam lubang di sepanjang lintasan yang konvergen.
Aliran paralel jet di dalam lubang hanya mungkin jika ketebalan dinding bejana mendekati ukuran lubang, dan dinding lubang memiliki garis halus, dengan ekspansi ke dalam bejana. Dalam hal ini, lubang berubah menjadi deposit conoidal (lihat di bawah).
Lubang diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Berdasarkan ukuran.
TETAPI 
) lubang kecil ketika 
atau 
(Gbr. 38), di mana 
adalah diameter lubang bundar; 
- tekanan; 
- perbedaan tekanan dengan lubang banjir;
b) lubang besar 
atau 
.
2. Menurut ketebalan dinding tempat lubang dibuat:
A) lubang di dinding tipis, ketika 
atau 
,
di mana t –
ketebalan dinding;
B) lubang di dinding tebal, ketika 
atau 
.
3. Bentuknya membedakan antara lubang bulat, persegi, persegi panjang, segitiga dan lainnya
Jenis nozel dan aplikasinya. Aliran fluida melalui nozel
nozel Sepotong pipa disebut, yang panjangnya beberapa kali diameter dalam. Mari kita pertimbangkan kasus ketika nosel dengan diameter d,
sama dengan diameter lubang.
pada gambar. 44 menunjukkan jenis nozel yang paling umum digunakan dalam praktik:
sebuah - luar silinder; b- bagian dalam silinder; di - divergen berbentuk kerucut; G- konvergen berbentuk kerucut; d - divergen secara konoid; e - berbentuk kerucut.
C 
nozel silinder ditemukan dalam bentuk bagian sistem hidrolik mesin dan struktur. Konvergen kerucut dan nozel berbentuk kerucut digunakan untuk meningkatkan kecepatan dan jangkauan pancaran air (selang kebakaran, barel monitor hidrolik, nozel, nozel, dll.).
Ke 
nozel divergen berbentuk kerucut digunakan untuk mengurangi kecepatan dan meningkatkan aliran fluida dan tekanan keluar di pipa hisap turbin, dll. Ejektor dan injektor juga memiliki nozel berbentuk kerucut sebagai benda kerja utama. Gorong-gorong di bawah tanggul jalan (dalam hal hidrolika) juga merupakan nozel.
Mari kita perhatikan aliran keluar melalui nosel silinder eksternal (Gbr. 45).
Semburan cairan di pintu masuk ke nosel dikompresi, dan kemudian mengembang dan mengisi seluruh bagian. Jet mengalir keluar dari nosel dengan penampang penuh, sehingga rasio kompresi, mengacu pada penampang keluar, 
, dan laju aliran
.
Kami menyusun persamaan D. Bernoulli untuk bagian 1-1 dan 2-2
,
Di mana 
- hilang tekanan.
Untuk aliran keluar dari reservoir terbuka ke atmosfer, mirip dengan aliran keluar melalui lubang, persamaan D. Bernoulli direduksi menjadi bentuk
. (144)
Kehilangan tekanan di nosel adalah jumlah dari kehilangan di saluran masuk dan ekspansi jet terkompresi di dalam nosel. (Kerugian yang tidak signifikan di reservoir dan kerugian di sepanjang nosel, karena kecilnya, dapat diabaikan.) Jadi,
. (145)
Menurut persamaan kontinuitas, kita dapat menulis:
,
Mengganti nilai 
ke dalam persamaan (145), kita memiliki
Dimana diindikasikan
. (148)
Kita substitusikan nilai head loss yang diperoleh ke dalam persamaan (144), maka
.
Oleh karena itu laju aliran
. (149)
menunjukkan
, (150)
Kami mendapatkan persamaan untuk kecepatan
. (151)
Tentukan aliran fluida
.
Tapi untuk nozel 
dan
, (152)
Di mana 
– laju aliran nosel; 
- area bagian aktif nosel.
Dengan demikian, persamaan untuk menentukan kecepatan dan laju aliran cairan melalui nozel memiliki bentuk yang sama dengan orifice, tetapi dengan nilai koefisien yang berbeda. Untuk rasio kompresi jet (at nilai besar R e
dan 
) dapat diambil kira-kira 
, dan kemudian dengan rumus (148) dan (149) kita peroleh 
. Bahkan, ada juga kerugian sepanjang, oleh karena itu, untuk aliran air masuk kondisi normal dapat diambil 
.
Membandingkan koefisien aliran dan kecepatan untuk nosel dan lubang di dinding tipis, kami menemukan bahwa nosel meningkatkan laju aliran dan mengurangi laju aliran keluar.
Ciri khas kemasan adalah bahwa tekanan di bagian terkompresi kurang dari tekanan atmosfer. Posisi ini dibuktikan dengan persamaan Bernoulli, yang disusun untuk bagian terkompresi dan outlet.
Di nozel silinder bagian dalam, kompresi jet di saluran masuk lebih besar daripada di bagian luar, dan oleh karena itu nilai laju aliran dan koefisien kecepatan lebih kecil. Eksperimen menemukan koefisien untuk air 
.
Dalam nozel konvergen berbentuk kerucut eksternal, kompresi dan ekspansi jet di saluran masuk lebih kecil daripada di silinder eksternal, tetapi kompresi eksternal muncul di saluran keluar nozzle. Oleh karena itu, koefisien 
dan 
tergantung pada sudut lancip. Dengan peningkatan sudut lancip ke 13°, koefisien aliran meningkat, dan dengan peningkatan lebih lanjut dalam sudut itu berkurang.
Nozel konvergen berbentuk kerucut digunakan dalam kasus di mana perlu untuk mendapatkan kecepatan jet keluaran tinggi, jangkauan penerbangan, dan gaya tumbukan jet (monitor hidrolik, nozel api, dll.).
Dalam nozel divergen berbentuk kerucut ekstensi internal jet setelah kompresi lebih besar dari pada konvergen berbentuk kerucut dan silinder, sehingga kehilangan kepala di sini meningkat dan koefisien kecepatan menurun. Tidak ada kompresi eksternal saat keluar.
Koefisien dan tergantung pada sudut lancip. Jadi, pada sudut lancip 
nilai koefisien dapat diambil sama dengan 
; pada 
(batas sudut) 
. Pada 
jet mengalir keluar tanpa menyentuh dinding nosel, yaitu, seperti dari lubang tanpa nosel.
Kebocoran cairan dari lubang dan nozel
7.1. Mengalir melalui lubang kecil di dinding tipis
dengan tekanan konstan
Mempertimbangkan berbagai kesempatan cairan keluar dari reservoir, tangki, boiler, dll. melalui lubang dan nozel ke atmosfer atau ke ruang yang diisi dengan gas atau cairan yang sama. Dengan kedaluwarsa seperti itu energi potensial cairan dalam or yang lebih besar derajat yang lebih rendah berubah menjadi energi kinetik jet. Kami terutama tertarik pada dua parameter aliran keluar: kecepatan dan laju aliran.
Biarkan cairan berada dalam tangki bertekanan besar p 0 (Gbr. 29). Di dindingnya pada kedalaman yang cukup besar dari permukaan bebas H 0 ada lubang bundar kecil di mana cairan mengalir ke ruang udara (gas) dengan tekanan p 1 .
Biarkan lubang memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 30, yaitu, pengeboran ini di dinding tipis tanpa memproses ujung depan atau dibuat di dinding tebal, tetapi ujung depan diasah dengan di luar.
Beras. 29. Kedaluwarsa dari
reservoir melalui kecil
lubang 
Beras. 30. Aliran keluar melalui putaran
lubang
Partikel cair mendekati lubang dari seluruh volume yang berdekatan, bergerak cepat di sepanjang berbagai lintasan halus. Jet terlepas dari dinding di tepi lubang dan kemudian berkontraksi. Jet memperoleh bentuk silinder kira-kira pada jarak satu diameter lubang dari tepi saluran masuk. Alasan untuk kompresi jet adalah inersia cairan. Karena ukuran lubangnya kecil dibandingkan dengan kepala H 0 dan dimensi reservoir, dan oleh karena itu, dinding samping dan permukaan bebasnya tidak mempengaruhi aliran cairan ke lubang, maka kompresi sempurna jet, yaitu yang terbesar.
Rasio kompresi diperkirakan oleh rasio kompresi jet
Mari kita tuliskan persamaan Bernoulli untuk permukaan bebas (bagian 0 – 0) dan bagian pancaran, di mana ia memiliki bentuk silinder (bagian 1 – 1):
Kecepatan fluida di bagian 0 – 0 dapat diabaikan. Mari kita perkenalkan kepala yang dihitung
di mana adalah koefisien kecepatan:
Jika cairan ideal, maka = 0, dan = 1, oleh karena itu, = 1 dan kecepatan aliran keluar cairan ideal
Setelah mempertimbangkan ekspresi yang diperoleh, dapat ditemukan bahwa koefisien kecepatan adalah rasio kecepatan aliran keluar aktual dengan kecepatan fluida ideal
Kecepatan aliran keluar aktual selalu lebih kecil dari kecepatan ideal akibat gaya hambat, sehingga faktor kecepatan selalu lebih kecil dari 1.
Distribusi kecepatan di atas penampang pancaran seragam hanya di bagian tengahnya, dan lapisan luar cairan agak melambat karena gesekan terhadap dinding. Eksperimen menunjukkan bahwa di inti jet, kecepatan buang hampir sama dengan ideal V dan, oleh karena itu, koefisien kecepatan yang diperkenalkan harus dianggap sebagai koefisien kecepatan rata-rata.
Mari kita hitung aliran volume
Hasil kali = adalah koefisien aliran. Lalu akhirnya
dimana p- perbedaan tekanan yang dihitung, di bawah aksi di mana aliran keluar terjadi.
Kompleksitas penggunaan ekspresi ini terletak pada estimasi yang tepat dari koefisien aliran . Sudah jelas itu
Ini berarti bahwa laju aliran adalah rasio laju aliran aktual dengan laju aliran yang akan terjadi tanpa adanya kompresi dan hambatan jet. bukan laju aliran fluida ideal, karena kompresi jet juga akan diamati untuk fluida ideal.
Laju aliran aktual selalu lebih kecil dari laju alir teoritis dan karenanya faktor laju alir selalu kurang dari 1 karena kompresi jet dan drag. Terkadang satu faktor lebih penting, terkadang faktor lainnya.
Koefisien , , dan bergantung, pertama-tama, pada jenis lubang atau nosel, dan juga, seperti semua koefisien tak berdimensi dalam hidrolika, pada kriteria utama kesamaan hidrodinamik - bilangan Re.
Sifat perubahan koefisien , dan untuk lubang bundar dari Re dan dihitung dari kecepatan aliran keluar ideal
,
ditunjukkan pada Gambar. 31.
Dapat dilihat dari grafik bahwa dengan kenaikan Re dan, yaitu dengan penurunan pengaruh gaya viskos, koefisien meningkat karena penurunan koefisien drag , dan koefisien berkurang karena a penurunan deselerasi fluida di tepi lubang dan peningkatan jari-jari kelengkungan permukaan jet di bagiannya dari tepi ke awal bagian silinder. Nilai koefisien dan dalam hal ini secara asimtotik mendekati nilai yang sesuai dengan aliran keluar fluida ideal, yaitu untuk Re dan nilai 1, dan 0,6. Koefisien aliran dengan peningkatan Re dan pertama meningkat, karena peningkatan tajam pada , dan kemudian, mencapai maksimum ( max = 0,69 pada Re dan = 350), menurun karena penurunan signifikan pada dan pada umumnya nilai Re dan praktis stabil pada nilai = 0,60 0,61. 
Beras. 31. Ketergantungan , dan pada Re dan untuk lubang bundar
di dinding tipis
Di wilayah nilai Re dan (Re and . yang sangat kecil) 
Untuk cairan dengan viskositas rendah (air, bensin, minyak tanah, dll.), aliran keluar yang biasanya terjadi ketika angka besar Re, koefisien aliran keluar bervariasi dalam batas-batas sempit. Biasanya, nilai rata-rata berikut diperhitungkan: ( = 0,64; = 0,97; = 0,62; = 0,065).
7.2. Aliran keluar melalui nozel
Nosel silinder eksternal(Gbr. 32) disebut tabung pendek dengan panjang yang sama dengan beberapa diameter tanpa membulatkan ujung depan. Dalam praktiknya, nozel seperti itu sering diperoleh dalam kasus di mana pengeboran dilakukan di dinding yang tebal dan ujung depan tidak diproses.
Aliran keluar melalui nozel seperti itu di lingkungan gas dapat terjadi dalam dua cara. Mode kedaluwarsa pertama ditunjukkan pada gambar pertama dan kedua, dan yang kedua di gambar ketiga. Dalam mode pertama, jet setelah memasuki nosel dikompresi kira-kira dengan cara yang sama seperti ketika mengalir melalui nosel di dinding tipis. Kemudian, karena interaksi bagian terkompresi dari jet dengan sekitarnya
Beras. 32. Aliran keluar melalui nosel silinder luar
cairan berputar, jet secara bertahap mengembang ke ukuran lubang dan meninggalkan nosel dengan penampang penuh. Mode ekspirasi ini disebut kontinu.
Karena pada outlet nosel diameter pancaran sama dengan diameter lubang, maka = 1 dan, akibatnya, = . Nilai rata-rata koefisien untuk rezim aliran keluar cairan dengan viskositas rendah ini (untuk Re besar) adalah sebagai berikut:
= = 0,8; = 0,5.
Dalam mode aliran ini, dibandingkan dengan aliran dari lubang di dinding tipis, laju aliran lebih tinggi karena kurangnya kompresi jet di pintu keluar nosel, dan kecepatan lebih rendah karena hambatan yang lebih besar. Rumus empiris berikut dapat direkomendasikan untuk menghitung laju aliran untuk aliran kontinu:
Ini mengikuti dari rumus bahwa ketika Re = max = 0,813.
Panjang nosel relatif minimum l/d, di mana mode kedaluwarsa pertama dapat direalisasikan, kira-kira sama dengan 1. Namun, bahkan untuk nilai yang cukup l/d mode ini tidak selalu memungkinkan.
Mari kita cari tekanan di dalam nosel dan kondisi di mana rezim aliran kontinu dimungkinkan.
Biarkan aliran keluar terjadi di bawah aksi tekanan p 0 di lingkungan gas dengan tekanan p 2. Tekanan yang dihitung dalam hal ini sama dengan
Karena tekanan di outlet nosel p 2 , di bagian yang menyempit 1-1, di mana kecepatannya lebih tinggi, tekanannya p 1 hal 2 . Namun, semakin banyak tekanan H, dan karenanya biaya Q, semakin rendah tekanan p 2. Perbedaan tekanan p 2 – p 1 tumbuh sebanding dengan tekanan H. Mari kita tulis persamaan Bernoulli dan lihat ini:
di mana suku terakhir dari persamaan adalah kehilangan tekanan pada ekspansi aliran, yang dalam kasus ini terjadi dalam banyak cara yang sama seperti dengan ekspansi tiba-tiba dari pipa.
rasio kecepatan
Eliminasi dari persamaan Bernoulli V 1 menggunakan relasi ini dan ganti 
dan temukan penurunan tekanan di dalam nosel:
Substitusikan = 0,8 dan = 0,63, kita peroleh p 2 – p 1 0,75 g H.
Pada beberapa tekanan kritis H cr tekanan absolut di dalam nosel menjadi sama dengan tekanan uap jenuh, Itu sebabnya
jika kita mengabaikan tekanan uap jenuh. Oleh karena itu, pada H > H tekanan kr p 1 harus menjadi negatif, yang tidak bisa, jadi mode kedaluwarsa yang tidak terpisah di H > H kr menjadi tidak mungkin dan ada transisi ke mode kedaluwarsa kedua.
Mode aliran kedua dicirikan oleh fakta bahwa jet, setelah kompresi, tidak lagi mengembang, tetapi mempertahankan bentuk silindernya dan bergerak di dalam nosel tanpa menyentuh dindingnya. Aliran keluar menjadi persis sama seperti dari lubang di dinding tipis. Akibatnya, dalam transisi dari rezim aliran yang tidak dipisahkan ke yang terpisah, terjadi peningkatan kecepatan dan penurunan laju aliran. Jika air mengalir keluar ke atmosfer melalui nosel silinder eksternal, maka
Jika tekanan dikurangi dalam mode kedaluwarsa kedua, maka mode ini akan tetap sampai yang terkecil H. Ini berarti bahwa mode aliran kedua dimungkinkan pada tekanan apa pun, dan pada H H cr kedua mode ekspirasi dimungkinkan.
Saat mengalir melalui nosel silinder di bawah level, mode pertama tidak akan berbeda dari yang dijelaskan di atas, tetapi ketika tekanan absolut meningkat H turun ke tekanan uap jenuh, tidak akan ada transisi ke mode kedua, dan mode kavitasi masuk, di mana laju aliran berhenti bergantung pada tekanan balik p 2, yaitu, efek stabilisasi muncul. Dalam hal ini, semakin rendah tekanan balik relatif
,
semakin luas area kavitasi di dalam nosel dan rasio kurang konsumsi .
Dengan demikian, nosel silinder eksternal memiliki kelemahan yang signifikan: dalam mode pertama - resistensi yang besar dan koefisien aliran yang tidak cukup tinggi, dan yang kedua, koefisien aliran yang sangat rendah. Selain itu, dualitas rezim aliran keluar ke media gas di H H cr, ambiguitas laju aliran pada kondisi tertentu H dan kemungkinan kavitasi ketika mengalir di bawah level.
Nosel silindris luar dapat sangat ditingkatkan dengan membulatkan bibir masuk atau mengatur lubang masuk berbentuk kerucut dengan sudut lancip sekitar 60. Bagaimana radius lebih pembulatan, semakin rendah koefisien drag dan semakin tinggi koefisien aliran. Dalam batas, dengan radius sama dengan ketebalan dinding, nosel seperti itu mendekati nosel berbentuk kerucut, atau nosel.
Beras. 33. Nozel berbentuk kerucut (nozzle)
Nosel berbentuk kerucut (nozel) ditunjukkan pada Gambar. 33, diuraikan kira-kira dalam bentuk pancaran kompresibel alami dan karena ini memastikan kontinuitas aliran di dalam nosel dan pancaran paralel di bagian outletnya. Ini adalah kemasan yang banyak digunakan, karena memiliki koefisien aliran mendekati 1 dan kehilangan yang sangat rendah, serta rezim aliran yang stabil tanpa kavitasi. Baginya = 0,03 0,1; = = 0,96 0,99.
Beras. 34. Nosel diffuser
Nozel diffuser
Hambatan lokal meliputi penampang pipa yang pendek dimana terjadi perubahan kecepatan gerak fluida dalam besaran dan arahnya. Resistansi lokal yang paling sederhana dapat secara konvensional dibagi menjadi resistansi yang disebabkan oleh perubahan penampang aliran (ekspansi, penyempitan), dan resistansi yang terkait dengan perubahan arah pergerakan fluida. Tetapi sebagian besar hambatan lokal adalah kombinasi dari kasus-kasus di atas, karena rotasi aliran dapat menyebabkan perubahan penampang, dan ekspansi (penyempitan) aliran dapat menyebabkan penyimpangan dari gerakan bujursangkar fluida. . Juga, berbagai alat kelengkapan hidrolik (keran, katup, katup, dll.) Secara praktis selalu merupakan kombinasi dari hambatan lokal yang paling sederhana. Resistansi lokal juga mencakup bagian pipa dengan pemisahan atau penggabungan aliran fluida. Resistansi lokal memiliki dampak yang signifikan pada pengoperasian sistem hidrolik dengan aliran fluida turbulen. Dengan aliran laminar, dalam kebanyakan kasus kerugian head ini kecil dibandingkan dengan kerugian gesekan dalam pipa. Di sebagian besar resistensi lokal, perubahan kecepatan gerakan menyebabkan munculnya vortisitas, yang menggunakan energi aliran fluida untuk rotasinya. Dengan demikian, pembentukan pusaran adalah penyebab utama kehilangan kepala di sebagian besar resistensi lokal. Rumus Weisbach digunakan untuk menentukan kerugian ini: Untuk pemuaian aliran secara tiba-tiba, S1 adalah luas penampang aliran sebelum pemuaian, S2 adalah setelah pemuaian. - koefisien tak berdimensi dari resistansi lokal.
Jika cairan mengalir keluar dari pipa ke tangki, maka
1 karena S1 Untuk penyempitan aliran yang tiba-tiba: . Jika cairan mengalir keluar dari tangki melalui pipa (S1>S2), maka . Dengan penyempitan dan perluasan aliran secara bertahap (saluran yang meluas disebut diffuser, penyempitan - pengacau (jika pengacau adalah transisi yang menyatu - nosel)). Selain kerugian karena pembentukan pusaran, kerugian karena gesekan sepanjang panjang diperhitungkan. dan, di mana kp dan kc adalah faktor koreksi (nilai dalam buku referensi). Ada juga belokan sungai: tiba-tiba dan halus. Aliran tiba-tiba menyebabkan pusaran yang signifikan. Koefisien mereka dapat ditemukan di buku referensi. Lubang dalam hidrolika dibagi menjadi kecil dan besar. lubang kecil, berbagai titik yang kepala geometrinya sama. Bentuk lubang dalam banyak kasus secara signifikan mempengaruhi parameter aliran keluar dan bentuknya. Perubahan bentuk pancaran cairan yang mengalir relatif terhadap lubang disebut inversi cairan. Lubang bisa dibuat di dinding tipis atau tebal. Dinding dianggap bagus, jika ketebalannya S<2/3
напора. tembok tebal, jika S>2/3 kepala .
Fenomena kompresi jet melalui lubang di dinding tipis pada jarak tertentu: Rasio kompresi jet Kompresi disebut sempurna jika dinding samping kapal tidak mempengaruhi aliran keluar jet. Penuh - kompresi di sekitar seluruh perimeter Jika H = konstan, maka ini adalah pertemuan di kepala konstan Aliran cairan bebas - aliran cairan ke atmosfer. Kecepatan dan aliran fluida : , Kecepatan untuk cairan nyata dikoreksi dengan menggunakan koefisien , - koefisien kecepatan. Untuk aliran: , - koefisien aliran Resistansi lokal disebut, berbeda dengan resistansi sepanjang, kehilangan tekanan terkonsentrasi pada bagian pendek pipa, yang disebabkan oleh pemisahan vortisitas lokal, serta pelanggaran struktur aliran. Proses ini sangat tergantung pada bentuk resistensi lokal. Secara konvensional, resistensi lokal dapat dibagi menjadi beberapa jenis, ditunjukkan pada Gambar. 4.13 ekspansi tiba-tiba kontraksi tiba-tiba Diffuser Confuser Pembulatan pipa diafragma Resistansi lokal, khususnya, termasuk bagian pipa yang memiliki transisi dari satu diameter ke diameter lain, siku, soket, tee, salib, semua jenis perangkat dan perangkat pengunci (keran, katup gerbang, katup, katup), serta filter, grid, perangkat inlet dan outlet khusus untuk pompa (diffuser, bingung). Perhitungan resistansi lokal memainkan peran yang menentukan dalam perhitungan pipa hidrolik pendek, di mana jumlah kehilangan energi karena resistensi lokal sebanding dengan kerugian sepanjang. Hampir semua perlawanan lokal mengarah ke perubahan sifat arus yang tajam, disertai dengan perubahan kecepatan lokal, baik besar maupun arahnya. Dalam praktiknya, untuk menentukan kehilangan energi pada resistansi lokal, digunakan rumus weisbach, menyatakan kerugian dalam fraksi kepala kecepatan Di mana faktor proporsionalitas yang tidak diketahui disebut koefisien resistensi lokal. sebagai kecepatan v kecepatan diambil pada bagian pipa, atau sebelumnya. Ini akan tergantung nilai numerik koefisien , oleh karena itu perlu ditentukan secara khusus dalam kaitannya dengan kecepatan yang dihitung koefisien resistensi lokal. PADA kasus umum koefisien tergantung pada bentuk geometris resistansi lokal dan nomor Re. Koefisien diasumsikan konstan untuk jenis resistansi lokal tertentu. Namun, studi eksperimental telah menunjukkan bahwa kondisi ini hanya terpenuhi pada bilangan Reynolds tinggi (Re > 104), Pada nilai Re kecil, nilai koefisien sangat bergantung pada bilangan Reynolds, Nilai referensi merujuk untuk kasus ketika resistansi lokal beroperasi di bawah kondisi kesamaan diri dalam nomor Re , yaitu. tidak bergantung padanya nilai numerik. Nilai yang diberikan dalam buku referensi harus dianggap indikatif. Untuk memperjelas data tentang resistensi lokal tertentu, perlu dilakukan studi percontohan dalam kisaran angka Re yang diperlukan. Namun, ada kasus di mana jumlah kehilangan energi karena hambatan lokal dapat ditentukan secara teoritis, misalnya, dengan ekspansi aliran yang tiba-tiba. Kadang-kadang hambatan lokal dinyatakan dalam panjang ekivalen dari bagian pipa lurus. . panjang yang setara disebut seperti panjang bagian lurus dari pipa dengan diameter tertentu, kehilangan tekanan di mana, ketika aliran tertentu dilewatkan, sama dengan kerugian lokal yang dianggap. Bab 3 telah mempertimbangkan masalah penghitungan kehilangan tekanan pada resistansi lokal, yaitu, bagian pipa di mana, karena perubahan ukuran atau konfigurasi saluran, kecepatan aliran berubah, ia terpisah dari dinding dan vortisitas. muncul. Pertimbangkan resistensi lokal secara lebih rinci. Resistansi hidrolik lokal yang paling sederhana dapat dibagi menjadi tiga kelompok: ekspansi, penyempitan, dan belokan saluran. Masing-masing bisa tiba-tiba atau bertahap. Kasus resistensi lokal yang lebih kompleks adalah kombinasi dari resistensi paling sederhana ini. Misalnya, dalam katup, aliran pertama melengkung, menyempit, dan akhirnya mengembang. Dalam rezim aliran turbulen, koefisien kerugian ditentukan terutama oleh bentuk resistensi lokal, dan praktis tidak tergantung pada bilangan Reynolds Re, oleh karena itu, besarnya kerugian lokal sebanding dengan kuadrat kecepatan. Hubungan ini disebut kuadrat. Nilai-nilai koefisien kerugian ditemukan terutama secara empiris, meskipun untuk beberapa resistansi lokal sederhana mereka dapat diperoleh secara teoritis. Saat memecahkan masalah praktis, nilai ditemukan dalam buku referensi, di mana mereka diberikan dalam bentuk rumus, tabel, grafik untuk berbagai jenis hambatan lokal. Untuk sebagian besar hambatan lokal dalam pipa pada Re 10 5, terjadi kesamaan diri yang turbulen - kerugian head sebanding dengan kecepatan pangkat kedua dan koefisien hambatan lokal tidak bergantung pada Re. Dalam resistensi lokal, di mana ada perubahan tajam pada penampang pipa dan vortisitas yang signifikan terbentuk, kesamaan diri ditetapkan bahkan pada Re 10 4 . Misalnya, untuk ekspansi pipa secara tiba-tiba, di mana: S 1 dan S 2 – area perpipaan sebelum dan sesudah ekspansi mendadak. Untuk keluar dari pipa ke tangki S 2
>> S 1 , oleh karena itu m 1. Dengan ekspansi bertahap aliran dalam diffuser, koefisien hambatan lokal di mana d adalah faktor kerugian. Dengan penyempitan pipa yang tiba-tiba Dalam rezim aliran laminar, kerugian lokal biasanya kecil dibandingkan dengan kerugian gesekan, dan hukum drag lebih kompleks daripada di rezim turbulen: di mana h tr - kerugian head yang disebabkan langsung oleh aksi gaya gesekan (viskositas) dalam resistansi lokal tertentu dan sebanding dengan viskositas fluida dan kecepatan hingga derajat pertama; h pusaran - kerugian yang terkait dengan pemisahan aliran dan pembentukan pusaran dalam resistensi lokal itu sendiri atau di belakangnya dan sebanding dengan kecepatan hingga derajat kedua. Dengan demikian, faktor kerugian dalam aliran laminar dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari: di mana A dan B adalah konstanta tak berdimensi yang bergantung terutama pada bentuk resistansi lokal. Bergantung pada nilai Re dan bentuk resistansi lokal, kerugian head dalam mode laminar dapat dinyatakan sebagai ketergantungan linier atau kuadrat pada kecepatan, serta beberapa kurva rata-rata di antara keduanya. Nilai koefisien A dan B harus dicari di buku referensi tergantung pada jenis resistensi lokal dan parameternya. Kerugian lokal dan koefisien resistensi lokal. Jaringan pipa yang mendistribusikan atau mengeluarkan cairan dari konsumen mengubah diameternya (bagian); belokan, cabang diatur pada jaringan, perangkat pengunci dipasang, dll. Di tempat-tempat ini, aliran berubah bentuk dan berubah bentuk dengan tajam. Karena perubahan bentuk, gaya resistensi tambahan muncul, jadi disebut resistensi lokal. Perlu usaha untuk mengatasinya. Tekanan yang dikeluarkan untuk mengatasi hambatan lokal disebut kehilangan tekanan lokal dan dilambangkan dengan Head loss lokal didefinisikan sebagai produk dari head kecepatan yang berbatasan langsung dengan resistansi lokal Tidak ada teori umum untuk menentukan koefisien resistensi lokal, dengan pengecualian kasus individu. Oleh karena itu, koefisien resistensi lokal, sebagai suatu peraturan, ditemukan secara empiris. Nilai mereka untuk berbagai elemen saluran pipa diberikan dalam buku referensi teknis. Kadang-kadang hambatan lokal dinyatakan dalam panjang ekivalen dari bagian pipa lurus. Karakteristik utama aliran keluar cairan melalui lubang dan nozel (rumus Toricelli; jenis aliran keluar; koefisien kompresi, kecepatan dan aliran; jenis kompresi jet).32. Aliran keluar cairan melalui lubang di dinding tipis.
, kita dapatkan , atau .
,
. Untuk memasuki pipa dari tangki S 1
>> S 2 , jadi m 0,5.
.
,
sesuai dengan rumus
. (1)
.panjang yang setara disebut seperti panjang bagian lurus dari pipa dengan diameter tertentu, kehilangan tekanan di mana, ketika aliran tertentu dilewatkan, sama dengan kerugian lokal yang dianggap. Menyamakan rumus Darcy-Weisbach dan (1), kami memiliki 
, kita mendapatkan 
,atau 
.
