n1.doc

Determinação do fator de perda local
O Capítulo 3 já considerou a questão do cálculo das perdas de pressão nas resistências locais, ou seja, aquelas seções da tubulação onde, devido a uma mudança no tamanho ou na configuração do canal, a velocidade do fluxo muda, ele se separa das paredes e dos vórtices aparecer. Considere a resistência local com mais detalhes.

As resistências hidráulicas locais mais simples podem ser divididas em três grupos: expansões, estreitamentos e curvas de canal. Cada um deles pode ser repentino ou gradual. Mais casos difíceis resistências locais são combinações dessas resistências mais simples. Por exemplo, em uma válvula, o fluxo primeiro se curva, se estreita e finalmente se expande.

No modo turbulento escoamento, os coeficientes de perda  são determinados principalmente pela forma das resistências locais, e praticamente não dependem do número de Reynolds Re, portanto, a magnitude das perdas locais é proporcional ao quadrado da velocidade. Essa relação é chamada de quadrática. Os valores dos coeficientes de perda  são encontrados principalmente empiricamente, embora para algumas das resistências locais mais simples elas possam ser obtidas teoricamente. Ao decidir tarefas práticas valores são encontrados em livros de referência, onde são dados na forma de fórmulas, tabelas, gráficos para vários tipos resistência local.

Para a maioria das resistências locais em dutos em Re  10 5, ocorre auto-semelhança turbulenta - a perda de pressão é proporcional à velocidade à segunda potência e o coeficiente de resistência local não depende de Re. Na resistência local onde vai mudança abrupta seção da tubulação e vórtices significativos são formados, a auto-semelhança é estabelecida mesmo em Re  10 4 . Por exemplo, para uma expansão repentina de um oleoduto, onde S 1 e S 2 – áreas de dutos antes e depois da expansão repentina. Para sair da tubulação para o tanque S 2 >> S 1 , portanto  m  1. Com uma expansão gradual do fluxo no difusor, o coeficiente de resistência local

,

onde  d é o fator de perda.

Com um estreitamento repentino do tubo

. Para entrar na tubulação do tanque S 1 >> S 2 , então  m  0,5.

Em um regime de fluxo laminar, as perdas locais são geralmente pequenas em comparação com as perdas por atrito, e a lei de arrasto é mais complexa do que em um regime turbulento:

Onde h tr - perda de carga causada diretamente pela ação das forças de atrito (viscosidade) em uma determinada resistência local e proporcional à viscosidade do fluido e velocidade até o primeiro grau; h vórtice - perdas associadas à separação do fluxo e formação de vórtices na própria resistência local ou atrás dela e proporcionais à velocidade até o segundo grau.

Assim, o fator de perda no fluxo laminar pode ser representado como a soma de:

Onde UMA e B são constantes adimensionais que dependem principalmente da forma da resistência local.

Dependendo do valor de Re e da forma da resistência local, a perda de carga no modo laminar pode ser expressa como uma dependência linear ou quadrática da velocidade, bem como alguma curva média entre elas. Valores de coeficiente UMA e B deve ser pesquisado no livro de referência dependendo do tipo de resistência local e seus parâmetros.
Perdas locais e coeficiente de resistência local.

As redes de dutos que distribuem ou descarregam líquidos dos consumidores mudam de diâmetro (seção); voltas, ramificações são dispostas nas redes, dispositivos de travamento são instalados, etc. Nesses locais, o fluxo muda de forma e se deforma bruscamente. Devido à mudança na forma, surgem forças de resistência adicionais, chamada resistência local.É preciso esforço para superá-los. A pressão despendida para vencer as resistências locais é chamada de perdas de pressão locais e denotado por .

A perda de carga local é definida como o produto da carga de velocidade imediatamente adjacente à resistência local , de acordo com a fórmula

Não existe uma teoria geral para determinar os coeficientes de resistência local, com exceção de casos individuais. Portanto, os coeficientes de resistência local, via de regra, são encontrados empiricamente. Seus significados para vários elementos gasodutos são dadas em manuais técnicos. Às vezes, as resistências locais são expressas em termos do comprimento equivalente de uma seção reta da tubulação. . Comprimento equivalente chamado tal comprimento de uma seção reta de uma tubulação de um determinado diâmetro, a perda de pressão na qual, quando um determinado fluxo é passado, é igual às perdas locais consideradas. Igualando as fórmulas de Darcy-Weisbach e (1), temos , obtemos , ou .

1. 
   As principais características da vazão de líquido através de orifícios e bicos (fórmula de Toricelli; tipos de vazão; coeficientes de compressão, velocidade e vazão; tipos de compressão do jato).

1. 
   Classificação de furos e sua aplicação prática

A questão do fluxo de fluido através dos furos é um dos momentos-chave da hidráulica. Cientistas e engenheiros estudam essa questão desde século 17 A equação de D. Bernoulli foi derivada pela primeira vez ao resolver um dos problemas sobre a saída de fluido de um buraco. Ao calcular diafragmas, misturadores perfurados, tanques de enchimento e esvaziamento, piscinas, reservatórios, câmaras de bloqueio e outros recipientes, os problemas são resolvidos para a saída de líquidos através de orifícios. Ao resolver esses problemas, as velocidades e taxas de fluxo de líquidos são determinadas.

Foi estabelecido experimentalmente que quando o líquido flui para fora dos orifícios, o jato é comprimido, ou seja, sua diminuição corte transversal. A forma do jato comprimido depende da forma e tamanho do orifício, da espessura da parede e também da localização do orifício em relação à superfície livre, paredes e fundo do recipiente de onde o líquido flui. A compressão do jato ocorre devido ao fato de as partículas líquidas se aproximarem do orifício com partes diferentes e se movem por inércia no furo ao longo de trajetórias convergentes.

O fluxo paralelo de jatos no furo só é possível quando a espessura das paredes do vaso é próxima ao tamanho do furo, e as paredes do furo têm contornos suaves, com expansão para dentro do vaso. Neste caso, o furo se transforma em um depósito conoidal (veja abaixo).
Os furos são classificados da seguinte forma:

1. Por tamanho.

MAS
) pequenos orifícios quando

ou

(Fig. 38), onde é o diâmetro do furo redondo;

- pressão; - diferença de pressão com furo inundado;

b) grandes buracos

ou

.

2. De acordo com a espessura da parede em que o furo é feito:

A) furos em uma parede fina, quando

ou

, Onde t – espessura da parede;

B) furos em uma parede espessa, quando

ou

.

3. A forma distingue entre furos redondos, quadrados, retangulares, triangulares e outros
Tipos de bicos e sua aplicação. Fluxo de fluido através de bicos
bocal Um pedaço de tubo é chamado, cujo comprimento é várias vezes o diâmetro interno. Consideremos o caso em que um bocal com diâmetro de d, igual ao diâmetro do furo.

Na fig. 44 mostra os tipos mais comuns de bicos usados ​​na prática:

uma - exterior cilíndrico; b- interno cilíndrico; dentro - divergente cônico; G- convergente cônica; d- conoidalmente divergente; e- conoidal.

C
bicos cilíndricos são encontrados na forma de peças sistemas hidráulicos máquinas e estruturas. Os bicos cônicos convergentes e conóides são usados ​​para aumentar a velocidade e o alcance de um jato de água (mangueiras de incêndio, barris de monitoramento hidráulico, bicos, bicos, etc.).

Para bicos cônicos divergentes são usados ​​para reduzir a velocidade e aumentar a vazão do fluido e a pressão de saída nos tubos de sucção das turbinas, etc. Ejetores e injetores também possuem bicos cônicos como corpo principal de trabalho. Os bueiros sob os taludes da estrada (em termos de hidráulica) também são bocais.

Consideremos a vazão através de um bocal cilíndrico externo (Fig. 45).

O jato de líquido na entrada do bocal é comprimido e depois se expande e preenche toda a seção. O jato flui para fora do bocal com uma seção transversal completa, de modo que a taxa de compressão, referida à seção transversal de saída,

, e a vazão

.

Compomos a equação de D. Bernoulli para as seções 1-1 e 2-2

,

Onde

- perda de pressão.

Para um escoamento de um reservatório aberto para a atmosfera, similarmente a um escoamento através de um orifício, a equação de D. Bernoulli é reduzida à forma

. (144)

A perda de pressão no bocal é a soma da perda na entrada e a expansão do jato comprimido dentro do bocal. (Perdas insignificantes no reservatório e perdas ao longo do bocal, devido à sua pequenez, podem ser desprezadas.) Assim,

. (145)

De acordo com a equação da continuidade, podemos escrever:

,

Substituindo valor

na equação (145), temos

Onde indicado

. (148)

Substituímos o valor obtido de perda de carga na equação (144), então

.

Daí a vazão

. (149)

denotando

, (150)

Obtemos a equação para a velocidade

. (151)

Determine o fluxo de fluido

.

Mas para o bocal

e

, (152)

Onde

– vazão do bocal;

- área da seção ativa do bico.

Assim, as equações para determinação da velocidade e vazão do líquido pelos bicos têm a mesma forma do orifício, mas com valores diferentes dos coeficientes. Para a taxa de compressão do jato (em grandes valores R e e

) pode ser tomado aproximadamente

, e então pelas fórmulas (148) e (149) obtemos

. De fato, também há perdas ao longo do comprimento, portanto, para a saída de água em condições normais pode ser levado

.

Comparando os coeficientes de vazão e velocidade para o bocal e o furo em uma parede fina, descobrimos que o bocal aumenta a vazão e reduz a vazão de saída.

Uma característica da embalagem é que a pressão na seção comprimida é menor que a pressão atmosférica. Esta posição é comprovada pela equação de Bernoulli, compilada para as seções comprimidas e de saída.

Nos bicos cilíndricos internos, a compressão do jato na entrada é maior que nos externos e, portanto, os valores dos coeficientes de vazão e velocidade são menores. Experimentos encontraram coeficientes para água

.

Nos bicos convergentes cônicos externos, a compressão e expansão do jato na entrada é menor do que nos cilíndricos externos, mas a compressão externa aparece na saída do bico. Portanto, os coeficientes e dependem do ângulo de conicidade. Com um aumento no ângulo de conicidade para 13°, o coeficiente de fluxo aumenta e com um aumento adicional no ângulo ele diminui.

Os bicos convergentes cônicos são usados ​​nos casos em que é necessário obter uma alta velocidade de saída do jato, alcance de vôo e força de impacto do jato (monitores hidráulicos, bicos de incêndio, etc.).

Em bicos cônicos divergentes extensão interna os jatos após a compressão são maiores do que nos convergentes cônicos e cilíndricos, então a perda de carga aqui aumenta e o coeficiente de velocidade diminui. Não há compressão externa na saída.

Os coeficientes e dependem do ângulo de conicidade. Então, no ângulo de conicidade

os valores dos coeficientes podem ser tomados iguais a

; no

(ângulo limite)

. No

o jato sai sem tocar as paredes do bocal, ou seja, como de um furo sem bocal.

Vazamento de líquido dos orifícios e bicos
7.1. Fluxo através de um pequeno orifício em uma parede fina

com pressão constante
Considerar várias ocasiões saídas de líquidos de reservatórios, tanques, caldeiras, etc. através de orifícios e bocais para a atmosfera ou para um espaço preenchido com um gás ou o mesmo líquido. Com tal expiração energia potencial líquidos em maior ou menor grau torna-se em energia cinética jatos. Estamos interessados ​​principalmente em dois parâmetros de vazão: velocidade e vazão.

Deixe o líquido estar em um grande tanque pressurizado p 0 (Fig. 29). Em sua parede a uma profundidade suficientemente grande da superfície livre H 0 há um pequeno orifício redondo através do qual o líquido flui para o espaço de ar (gás) com pressão p 1 .

Deixe o furo ter a forma mostrada na Fig. 30, ou seja, esta furação em parede fina sem processar o bordo de ataque ou é feita em parede grossa, mas o bordo de ataque é afiado com fora.

Arroz. 29. Vencimento de

reservatório através de um pequeno

buraco



Arroz. 30. Saída através da rodada

buraco

Partículas líquidas se aproximam do buraco de todo o volume adjacente, movendo-se rapidamente ao longo de várias trajetórias suaves. O jato se desprende da parede na borda do buraco e então se contrai um pouco. O jato adquire uma forma cilíndrica aproximadamente a uma distância de um diâmetro de furo da borda de entrada. O motivo da compressão do jato é a inércia do líquido. Como o tamanho do furo é pequeno em comparação com a cabeça H 0 e as dimensões do reservatório e, portanto, suas paredes laterais e superfície livre não afetam o fluxo de líquido para o furo, então compressão perfeita jatos, ou seja, o maior.

A taxa de compressão é estimada pela taxa de compressão do jato

Vamos escrever a equação de Bernoulli para a superfície livre (seção 0 – 0) e a seção do jato, onde ele assumiu uma forma cilíndrica (seção 1 – 1):

A velocidade do fluido na seção 0 – 0 pode ser desprezada. Vamos introduzir a cabeça calculada

onde  é o coeficiente de velocidade:

Se o líquido é ideal, então  = 0, e  = 1, portanto,  = 1 e a velocidade de saída fluido ideal

Tendo considerado as expressões obtidas, pode-se encontrar que o coeficiente de velocidade é a razão entre a velocidade de saída real e a velocidade de um fluido ideal

A velocidade de escoamento real é sempre menor que a velocidade ideal devido ao arrasto, portanto, o fator de velocidade é sempre menor que 1.

A distribuição de velocidades ao longo da seção transversal do jato é uniforme apenas em sua parte central, e camada externa líquido é um pouco mais lento devido ao atrito contra a parede. Experimentos mostram que no núcleo do jato a velocidade de exaustão é quase igual à velocidade ideal V e, portanto, o coeficiente de velocidade introduzido  deve ser considerado como um coeficiente velocidade média.

Vamos calcular o fluxo de volume

O produto  =  é o coeficiente de fluxo. Então finalmente

onde  p- a diferença de pressão calculada, sob a ação da qual ocorre a saída.

A complexidade de usar esta expressão está na estimativa exata do coeficiente de fluxo . Está claro que

Isso significa que a taxa de fluxo é a razão entre a taxa de fluxo real e a taxa de fluxo que ocorreria na ausência de compressão e resistência do jato. não é a vazão de um fluido ideal, pois a compressão do jato também será observada para um fluido ideal.

A vazão real é sempre menor que a vazão teórica e, portanto, o fator de vazão  é sempre menor que 1 devido à compressão e arrasto do jato. Às vezes um fator é mais importante, às vezes outro.

Os coeficientes , ,  e  dependem, em primeiro lugar, do tipo de furo ou bocal, e também, como todos os coeficientes adimensionais em hidráulica, do principal critério de semelhança hidrodinâmica - o número Re.

A natureza da mudança nos coeficientes ,  e  para um furo redondo de Re e calculado a partir da velocidade de saída ideal

,

mostrado na Fig. 31.

Pode-se ver no gráfico que com um aumento em Re e, ou seja, com uma diminuição na influência de forças viscosas, o coeficiente  aumenta devido a uma diminuição no coeficiente de arrasto , e o coeficiente  diminui devido a um diminuição da desaceleração do fluido na borda do furo e aumento dos raios de curvatura da superfície do jato em sua seção desde as bordas até o início da seção cilíndrica. Os valores dos coeficientes  e  neste caso se aproximam assintoticamente dos valores correspondentes à vazão de um fluido ideal, ou seja, para Re e   os valores são   1 e   0,6. O coeficiente de fluxo  com um aumento em Re e primeiro aumenta, devido a um aumento acentuado em , e então, atingindo um máximo ( max = 0,69 em Re e = 350), diminui devido a uma queda significativa em  e em geral valores de Re e praticamente estabiliza no valor  = 0,60  0,61.

Arroz. 31. Dependência de ,  e  em Re e para um furo redondo

em uma parede fina
Na região de valores muito pequenos de Re e (Re e

Para líquidos de baixa viscosidade (água, gasolina, querosene, etc.), cuja saída geralmente ocorre quando grandes números Re, os coeficientes de vazão variam dentro de limites estreitos. Normalmente, os seguintes valores médios são levados em consideração: ( = 0,64;  = 0,97;  = 0,62;  = 0,065).
7.2. Saída através de bicos
Bocal cilíndrico externo(Fig. 32) é chamado de tubo curto com um comprimento igual a vários diâmetros sem arredondar o bordo de ataque. Na prática, esses bicos são frequentemente obtidos nos casos em que a perfuração é realizada em uma parede espessa e a borda de ataque não é processada.

A vazão através desses bicos em ambiente gasoso pode acontecer de duas maneiras. O primeiro modo de expiração é mostrado na primeira e segunda figuras, e o segundo na terceira. No primeiro modo, o jato após entrar no bocal é comprimido aproximadamente da mesma forma que quando flui através do bocal em uma parede fina. Então, devido à interação da parte comprimida do jato com o ambiente

Arroz. 32. Saída através do bocal cilíndrico externo
líquido em turbilhão, o jato se expande gradualmente até o tamanho do furo e sai do bocal com uma seção transversal completa. Este modo de expiração é chamado de contínuo.

Como na saída do bocal o diâmetro do jato é igual ao diâmetro do furo, então  = 1 e, consequentemente,  = . Os valores médios dos coeficientes para este regime de saída de líquidos de baixa viscosidade (para grande Re) são os seguintes:

 =  = 0,8;  = 0,5.

Neste modo de fluxo, comparado ao fluxo de um furo em uma parede fina, a vazão é maior devido à falta de compressão do jato na saída do bocal, e a velocidade é menor devido à maior resistência. A seguinte fórmula empírica pode ser recomendada para calcular a vazão para fluxo contínuo:

Segue da fórmula que quando Re    =  max = 0,813.

Comprimento relativo mínimo do bocal l/d, no qual o primeiro modo de expiração pode ser realizado, é aproximadamente igual a 1. No entanto, mesmo para valores suficientes l/d este modo nem sempre é possível.

Vamos encontrar a pressão dentro do bocal e a condição sob a qual um regime de fluxo contínuo é possível.

Deixe a saída ocorrer sob a ação da pressão p 0 em um ambiente de gás com pressão p 2. A pressão calculada neste caso é igual a

Como a pressão na saída do bico p 2 , na seção estreitada 1-1, onde a velocidade é maior, a pressão p 1 p 2 . No entanto, quanto mais pressão H, e, portanto, o custo Q, quanto menor a pressão p 2. Diferença de pressão p 2 – p 1 cresce proporcionalmente à pressão H. Vamos escrever a equação de Bernoulli e ver isso:

onde o último termo da equação é a perda de pressão na expansão do fluxo, que em este caso ocorre da mesma maneira que com uma expansão repentina da tubulação.

Relação de velocidade

Elimine da equação de Bernoulli V 1 usando esta relação e substitua e encontre a queda de pressão dentro do bocal:

Substituindo  = 0,8 e  = 0,63, obtemos p 2 – p 1  0,75 g H.

Em alguma pressão crítica H cr pressão absoluta dentro do bocal torna-se igual à pressão vapores saturados, é por isso

se desprezarmos a pressão de vapor de saturação. Portanto, ao H > H pressão kr p 1 deve se tornar negativo, o que não pode ser, então o modo de expiração não separado em H > H kr torna-se impossível e há uma transição para o segundo modo de expiração.

O segundo modo de escoamento é caracterizado pelo fato de que o jato, após a compressão, não mais se expande, mas mantém sua forma cilíndrica e se move dentro do bocal sem tocar suas paredes. A vazão torna-se exatamente a mesma de um buraco em uma parede fina. Consequentemente, na transição do regime de escoamento não separado para o separado, há um aumento da velocidade e uma diminuição da vazão. Se a água flui para a atmosfera através de um bocal cilíndrico externo, então

Se a pressão for reduzida no segundo modo de expiração, este modo permanecerá até o menor H. Isso significa que o segundo modo de fluxo é possível em qualquer pressão e em H H cr ambos os modos de expiração são possíveis.

Ao fluir através de um bocal cilíndrico sob o nível, o primeiro modo não será diferente do descrito acima, mas quando a pressão absoluta aumentar H cai para a pressão de vapor saturado, não haverá transição para o segundo modo, e o modo de cavitação se estabelece, no qual a vazão deixa de depender da contrapressão p 2, ou seja, o efeito de estabilização aparece. Neste caso, quanto menor a contrapressão relativa

,

quanto maior a área de cavitação dentro do bocal e o menos proporção consumo .

Assim, o bocal cilíndrico externo tem desvantagens significativas: no primeiro modo - grande resistência e um coeficiente de fluxo insuficientemente alto e, no segundo, um coeficiente de fluxo muito baixo. Além disso, a dualidade do regime de escoamento para um meio gasoso em H H cr, ambiguidade da taxa de fluxo em um determinado H e a possibilidade de cavitação ao fluir abaixo do nível.

O bocal cilíndrico externo pode ser bastante melhorado arredondando o lábio de entrada ou organizando uma entrada cônica com um ângulo de conicidade de cerca de 60°. Quão mais raio arredondamento, menor o coeficiente de arrasto e maior o coeficiente de fluxo. No limite, com um raio igual à espessura da parede, tal bocal se aproxima do bocal conoidal, ou bocal.

Arroz. 33. Bocal conoidal (bocal)
Bocal conóide (bocal) mostrado na Fig. 33, é delineado aproximadamente na forma de um jato naturalmente compressível e devido a isso garante a continuidade do fluxo no interior do bocal e o jato paralelo em sua seção de saída. Este é um recheio muito utilizado, pois possui coeficiente de escoamento próximo de 1 e perdas muito baixas, além de um regime de escoamento estável sem cavitação. Para ele  = 0,03  0,1;  =  = 0,96  0,99.

Arroz. 34. Bocal do difusor
Bocal do difusor

As resistências locais incluem seções curtas de tubos em que há uma mudança na velocidade do movimento do fluido em magnitude e direção. As resistências locais mais simples podem ser convencionalmente divididas em resistências causadas por uma mudança na seção transversal do fluxo (expansão, estreitamento) e resistências associadas a uma mudança na direção do movimento do fluido. Mas a maioria das resistências locais são combinações dos casos acima, uma vez que a rotação do fluxo pode levar a uma mudança em sua seção transversal, e a expansão (constrição) do fluxo pode levar a um desvio do movimento retilíneo do fluido . Além disso, várias conexões hidráulicas (torneiras, válvulas, válvulas, etc.) são praticamente sempre uma combinação das resistências locais mais simples. As resistências locais também incluem seções de dutos com separação ou fusão de fluxos de fluido. As resistências locais têm um impacto significativo na operação de sistemas hidráulicos com fluxos turbulentos de fluido. Com fluxos laminares, na maioria dos casos, essas perdas de carga são pequenas em comparação com as perdas por atrito em tubos. Na maioria das resistências locais, uma mudança na velocidade de movimento leva ao surgimento de vórtices, que utilizam a energia do fluxo do fluido para sua rotação. Assim, a formação de vórtices é a principal causa de perda de carga na maioria das resistências locais. A fórmula de Weisbach é usada para determinar essas perdas: Para uma expansão repentina do fluxo, S1 é a área da seção transversal do fluxo antes da expansão, S2 é após a expansão. - coeficiente adimensional de resistência local.

Se o líquido fluir do tubo para o tanque, então

1 porque S1

Para um estreitamento repentino do fluxo: .

Se o líquido sair do tanque pelo tubo (S1>S2), então . Com um estreitamento e expansão gradual do fluxo (o canal em expansão é chamado de difusor, estreitando - um confusor (se o confusor for uma transição fundida - um bico)).

Além das perdas por formação de vórtices, são consideradas as perdas por atrito ao longo do comprimento. e, onde kp e kc são fatores de correção (valores em livros de referência).

Há também voltas de fluxos: repentinas e suaves.

O fluxo repentino causa remoinhos significativos.

Seus coeficientes podem ser encontrados em livros de referência.

32. A saída de líquido através de um orifício em uma parede fina.

Os furos na hidráulica são divididos em pequenos e grandes.

Pequenos furos, vários pontos cuja cabeça geométrica é a mesma.

A forma dos orifícios em muitos casos afeta significativamente os parâmetros do fluxo de saída e sua forma. A mudança na forma de um jato de líquido fluindo em relação ao orifício é chamada de inversão do fluido.

Buracos podem ser feitos em paredes finas ou grossas. A parede é considerada fino, se sua espessura é S<2/3 напора. parede grossa, se S>2/3 cabeça .

O fenômeno da compressão do jato através de um orifício em uma parede fina a uma certa distância:

Taxa de compressão do jato

A compressão é chamada de perfeita se as paredes laterais do vaso não afetarem a vazão do jato.

Full - compressão em todo o perímetro

Se H = const, então esta é uma confluência com uma carga constante

Livre fluxo de líquido - a saída de líquido para a atmosfera.

Velocidade e fluxo de fluido: ,

Velocidade para líquido real corrigido usando os coeficientes , - coeficiente de velocidade.

Para vazão: , - coeficiente de vazão

As resistências locais são chamadas, em contraste com as resistências ao longo do comprimento, de perdas de pressão concentradas em seções curtas da tubulação, causadas pela separação local de vórtices, bem como uma violação da estrutura do fluxo. Esses processos dependem em grande parte da forma das resistências locais. Convencionalmente, as resistências locais podem ser divididas em vários tipos, mostrados na Fig. 4.13

expansão súbita contração súbita

Difusor Confusor

Arredondamento da tubulação do diafragma

As resistências locais, em particular, incluem trechos de tubulações que possuem transições de um diâmetro para outro, cotovelos, soquetes, tês, cruzetas, todos os tipos de dispositivos e dispositivos de travamento (torneiras, válvulas de gaveta, válvulas, válvulas), bem como filtros, grelhas, dispositivos especiais de entrada e saída para bombas (difusores, difusores).

A contabilização de resistências locais desempenha um papel decisivo no cálculo de dutos hidraulicamente curtos, onde a quantidade de perda de energia devido a resistências locais é comparável às perdas ao longo do comprimento. Praticamente qualquer resistência local leva a

uma mudança brusca na natureza da corrente, acompanhada por uma mudança nas velocidades locais, tanto em magnitude quanto em direção.

Na prática, para determinar a perda de energia em resistências locais, é usado Fórmula de Weisbach, expressando perdas em frações de carga de velocidade

Onde o fator de proporcionalidade desconhecido ζ é chamado coeficiente de resistência local.

como velocidade v a velocidade é tomada na seção da tubulação, ou antes dela. Isso vai depender valor numérico coeficiente ζ, portanto, é necessário estipular especificamente em relação a qual velocidade o coeficiente de resistência local é calculado. NO caso Geral coeficiente ζ depende de forma geométrica resistência local e número Re.

O coeficiente ζ é assumido como constante para um dado tipo de resistência local. No entanto, estudos experimentais mostraram que essa condição é atendida apenas em números de Reynolds altos (Re> 104), Em pequenos valores de Re, os valores do coeficiente ζ dependem significativamente do número de Reynolds, Os valores de referência de ζ referem-se para o caso em que a resistência local opera em condições de auto-semelhança no número Re , ou seja, não depende disso valor numérico. Os valores de ζ dados em livros de referência devem ser considerados indicativos. Para esclarecer os dados sobre uma resistência local específica, é necessário realizar estudo piloto no intervalo necessário de números Re. No entanto, existem casos em que a quantidade de perda de energia devido à resistência local pode ser determinada teoricamente, por exemplo, no caso de uma expansão repentina do fluxo.

Às vezes, as resistências locais são expressas em termos do comprimento equivalente de uma seção reta da tubulação. . Comprimento equivalente chamado tal comprimento de uma seção reta de uma tubulação de um determinado diâmetro, a perda de pressão na qual, quando um determinado fluxo é passado, é igual às perdas locais consideradas.

, obtemos , ou .

O Capítulo 3 já considerou a questão do cálculo das perdas de pressão nas resistências locais, ou seja, aquelas seções da tubulação onde, devido a uma mudança no tamanho ou na configuração do canal, a velocidade do fluxo muda, ele se separa das paredes e dos vórtices aparecer. Considere a resistência local com mais detalhes.

As resistências hidráulicas locais mais simples podem ser divididas em três grupos: expansões, estreitamentos e curvas de canal. Cada um deles pode ser repentino ou gradual. Casos mais complexos de resistências locais são combinações dessas resistências mais simples. Por exemplo, em uma válvula, o fluxo primeiro se curva, se estreita e finalmente se expande.

No regime de escoamento turbulento, os coeficientes de perda  são determinados principalmente pela forma das resistências locais, e praticamente não dependem do número de Reynolds Re, portanto, a magnitude das perdas locais é proporcional ao quadrado da velocidade. Essa relação é chamada de quadrática. Os valores dos coeficientes de perda  são encontrados principalmente empiricamente, embora para algumas resistências locais simples possam ser obtidos teoricamente. Ao resolver problemas práticos, os valores de  são encontrados em livros de referência, onde são fornecidos na forma de fórmulas, tabelas, gráficos para vários tipos de resistências locais.

Para a maioria das resistências locais em dutos em Re  10 5, ocorre auto-semelhança turbulenta - a perda de pressão é proporcional à velocidade à segunda potência e o coeficiente de resistência local não depende de Re. Em resistências locais, onde há uma mudança brusca na seção transversal do duto e são formados vórtices significativos, a auto-semelhança é estabelecida mesmo em Re  10 4 . Por exemplo, para uma expansão repentina de um oleoduto, onde S 1 e S 2 – áreas de dutos antes e depois da expansão repentina. Para sair da tubulação para o tanque S 2 >> S 1 , portanto  m  1. Com uma expansão gradual do fluxo no difusor, o coeficiente de resistência local

,

onde  d é o fator de perda.

Com um estreitamento repentino do tubo

. Para entrar na tubulação do tanque S 1 >> S 2 , então  m  0,5.

Em um regime de fluxo laminar, as perdas locais são geralmente pequenas em comparação com as perdas por atrito, e a lei de arrasto é mais complexa do que em um regime turbulento:

Onde h tr - perda de carga causada diretamente pela ação das forças de atrito (viscosidade) em uma determinada resistência local e proporcional à viscosidade do fluido e velocidade até o primeiro grau; h vórtice - perdas associadas à separação do fluxo e formação de vórtices na própria resistência local ou atrás dela e proporcionais à velocidade até o segundo grau.

Assim, o fator de perda no fluxo laminar pode ser representado como a soma de:

Onde UMA e B são constantes adimensionais que dependem principalmente da forma da resistência local.

Dependendo do valor de Re e da forma da resistência local, a perda de carga no modo laminar pode ser expressa como uma dependência linear ou quadrática da velocidade, bem como alguma curva média entre elas. Valores de coeficiente UMA e B deve ser pesquisado no livro de referência dependendo do tipo de resistência local e seus parâmetros.

Perdas locais e coeficiente de resistência local.

As redes de dutos que distribuem ou descarregam líquidos dos consumidores mudam de diâmetro (seção); voltas, ramificações são dispostas nas redes, dispositivos de travamento são instalados, etc. Nesses locais, o fluxo muda de forma e se deforma bruscamente. Devido à mudança na forma, surgem forças de resistência adicionais, chamada resistência local.É preciso esforço para superá-los. A pressão despendida para vencer as resistências locais é chamada de perdas de pressão locais e denotado por .

A perda de carga local é definida como o produto da carga de velocidade imediatamente adjacente à resistência local , de acordo com a fórmula

. (1)

Não existe uma teoria geral para determinar os coeficientes de resistência local, com exceção de casos individuais. Portanto, os coeficientes de resistência local, via de regra, são encontrados empiricamente. Seus valores para vários elementos de dutos são fornecidos em livros de referência técnica. Às vezes, as resistências locais são expressas em termos do comprimento equivalente de uma seção reta da tubulação. .Comprimento equivalente chamado tal comprimento de uma seção reta de uma tubulação de um determinado diâmetro, a perda de pressão na qual, quando um determinado fluxo é passado, é igual às perdas locais consideradas. Igualando as fórmulas de Darcy-Weisbach e (1), temos

, Nós temos

,ou

.

As principais características da vazão de líquido através de orifícios e bicos (fórmula de Toricelli; tipos de vazão; coeficientes de compressão, velocidade e vazão; tipos de compressão do jato).