n1.doc

Determinarea factorului de pierdere local
Capitolul 3 a luat deja în considerare problema calculării pierderilor de presiune la rezistențele locale, adică astfel de secțiuni ale conductei în care, din cauza unei modificări a dimensiunii sau configurației canalului, viteza curgerii se modifică, acesta se separă de pereți și vârtejuri. apărea. Luați în considerare rezistența locală mai detaliat.

Cele mai simple rezistențe hidraulice locale pot fi împărțite în trei grupe: expansiuni, îngustari și întoarceri de canal. Fiecare dintre ele poate fi bruscă sau graduală. Mai mult cazuri dificile rezistențele locale sunt combinații ale acestor rezistențe simple. De exemplu, într-o supapă, debitul mai întâi se curbează, se îngustează și în cele din urmă se extinde.

La modul turbulent debit, coeficienții de pierdere  sunt determinați în principal de forma rezistențelor locale și practic nu depind de numărul Reynolds Re, prin urmare, mărimea pierderilor locale este proporțională cu pătratul vitezei. Această relație se numește pătratică. Valorile coeficienților de pierdere  se regăsesc în principal empiric, deși pentru unele dintre cele mai simple rezistențe locale pot fi obținute teoretic. La hotărâre sarcini practice valorile se găsesc în cărțile de referință, unde sunt date sub formă de formule, tabele, grafice pentru diferite feluri rezistență locală.

Pentru majoritatea rezistențelor locale din conducte la Re  10 5, are loc auto-asemănarea turbulentă - pierderea de sarcină este proporțională cu viteza la a doua putere și coeficientul de rezistență local nu depinde de Re. În rezistența locală unde merge schimbare bruscă secţiunea conductei şi se formează vârtejuri semnificative, autoasemănarea se stabileşte chiar şi la Re  10 4 . De exemplu, pentru o extindere bruscă a unei conducte, unde S 1 și S 2 – zonele conductelor înainte și după extinderea bruscă. Pentru a ieși din conductă spre rezervor S 2 >> S 1 , prin urmare  m  1. Cu o extindere treptată a fluxului în difuzor, coeficientul de rezistență locală

,

unde  d este factorul de pierdere.

Cu o îngustare bruscă a conductei

. Pentru a intra în conductă din rezervor S 1 >> S 2, deci  m  0,5.

Într-un regim de curgere laminar, pierderile locale sunt de obicei mici în comparație cu pierderile prin frecare, iar legea de rezistență este mai complexă decât într-un regim turbulent:

Unde h tr - pierderea de sarcină cauzată direct de acțiunea forțelor de frecare (vâscozitatea) într-o rezistență locală dată și proporțională cu vâscozitatea fluidului și viteza la gradul I; h vârtej - pierderi asociate cu separarea fluxului și formarea vârtejului în rezistența locală propriu-zisă sau în spatele acestuia și proporționale cu viteza până la gradul doi.

Astfel, factorul de pierdere în fluxul laminar poate fi reprezentat ca suma:

Unde Ași B sunt constante adimensionale care depind în principal de forma rezistenței locale.

În funcție de valoarea lui Re și de forma rezistenței locale, pierderea de sarcină în modul laminar poate fi exprimată ca o dependență liniară sau pătratică de viteză, precum și o curbă medie între ele. Valorile coeficientului Ași B ar trebui căutat în cartea de referință în funcție de tipul de rezistență locală și de parametrii acesteia.
Pierderi locale și coeficient de rezistență locală.

Rețelele de conducte care distribuie sau evacuează lichid de la consumatori își modifică diametrul (secțiunea); se virează, se aranjează ramuri pe rețele, se instalează dispozitive de blocare etc. În aceste locuri, fluxul își schimbă forma și se deformează brusc. Datorită modificării formei, apar forțe de rezistență suplimentare, deci numită rezistenţă locală. Este nevoie de efort pentru a le depăși. Presiunea aplicată pentru a depăși rezistențele locale se numește pierderi de presiune localeși notat cu .

Pierderea de sarcină locală este definită ca produsul din capul vitezei imediat adiacent rezistenței locale , conform formulei

Nu există o teorie generală pentru determinarea coeficienților de rezistență locală, cu excepția cazurilor individuale. Prin urmare, coeficienții de rezistență locală, de regulă, se găsesc empiric. Semnificaţiile lor pentru diverse elemente conductele sunt date în manuale tehnice. Uneori, rezistențele locale sunt exprimate în termeni de lungime echivalentă a unei secțiuni drepte de conductă. . Lungime echivalentă numită o astfel de lungime a unei secțiuni drepte a unei conducte cu un diametru dat, pierderea de presiune în care, la trecerea unui debit dat, este egală cu pierderile locale considerate. Echivalând formulele Darcy-Weisbach și (1), avem , obținem , sau .

1. 
   Principalele caracteristici ale scurgerii lichidului prin orificii și duze (formula lui Toricelli; tipuri de scurgere; coeficienți de compresie, viteză și debit; tipuri de compresie cu jet).

1. 
   Clasificarea găurilor și aplicarea lor practică

Problema curgerii fluidului prin orificii este unul dintre momentele cheie ale hidraulicii. De atunci, oamenii de știință și inginerii au studiat această problemă secolul al 17-lea Ecuația lui D. Bernoulli a fost derivată pentru prima dată când s-a rezolvat una dintre problemele privind scurgerea fluidului dintr-o gaură. La calcularea diafragmelor, mixerelor perforate, rezervoarelor de umplere și golire, piscine, rezervoare, camere de blocare și alte recipiente, problemele sunt rezolvate pentru scurgerea lichidelor prin orificii. La rezolvarea acestor probleme se determină vitezele și debitele lichidelor.

S-a stabilit experimental că atunci când lichidul curge din găuri, jetul este comprimat, adică scăderea acestuia. secțiune transversală. Forma jetului comprimat depinde de forma și dimensiunea găurii, de grosimea peretelui și, de asemenea, de locația găurii în raport cu suprafața liberă, pereții și fundul vasului din care curge lichidul. Comprimarea jetului are loc datorită faptului că particulele lichide se apropie de orificiu cu partide diferiteși se deplasează prin inerție în gaură de-a lungul traiectoriilor convergente.

Curgerea paralelă a jeturilor în orificiu este posibilă numai atunci când grosimea pereților vasului este apropiată de dimensiunea orificiului, iar pereții orificiului au contururi netede, cu expansiune în vas. În acest caz, gaura se transformă într-un depozit conoidal (vezi mai jos).
Găurile sunt clasificate după cum urmează:

1. După mărime.

DAR
) găuri mici când

sau

(Fig. 38), unde este diametrul găurii rotunde;

- presiunea; - diferenta de presiune cu o gaura inundata;

b) găuri mari

sau

.

2. În funcție de grosimea peretelui în care este făcută gaura:

A) găuri într-un perete subțire, când

sau

, Unde t – grosimea peretelui;

B) găuri într-un perete gros, când

sau

.

3. Forma distinge între găuri rotunde, pătrate, dreptunghiulare, triunghiulare și alte găuri
Tipuri de duze și aplicarea acestora. Curgerea fluidului prin duze
duză Se numește o bucată de țeavă, a cărei lungime este de câteva ori diametrul interior. Să luăm în considerare cazul în care o duză cu un diametru de d, egal cu diametrul găurii.

Pe fig. 44 prezintă cele mai comune tipuri de duze utilizate în practică:

A - exterior cilindric; b- interior cilindric; in - conic divergent; G- convergent conic; d - conoid divergent; e - conoidală.

C
duzele cilindrice se găsesc sub formă de piese sisteme hidraulice mașini și structuri. Duzele convergente și conoidale sunt utilizate pentru a crește viteza și raza de acțiune a unui jet de apă (furtunuri de incendiu, butoaie de monitor hidraulic, duze, duze etc.).

La duze conice divergente sunt folosite pentru a reduce viteza și pentru a crește debitul de fluid și presiunea de evacuare în conductele de aspirație ale turbinelor etc. Ejectoarele și injectoarele au, de asemenea, duze conice ca corp de lucru principal. Canalele de sub terasamentele drumurilor (din punct de vedere hidraulic) sunt, de asemenea, duze.

Să luăm în considerare scurgerea printr-o duză cilindrică externă (Fig. 45).

Jetul de lichid de la intrarea în duză este comprimat, apoi se extinde și umple întreaga secțiune. Jetul curge din duză cu o secțiune transversală completă, astfel încât raportul de compresie, raportat la secțiunea transversală de ieșire,

, și debitul

.

Compunem ecuația D. Bernoulli pentru secțiuni 1-1 și 2-2

,

Unde

- pierdere de presiune.

Pentru o ieșire dintr-un rezervor deschis în atmosferă, în mod similar cu o ieșire printr-un orificiu, ecuația D. Bernoulli este redusă la forma

. (144)

Pierderea de presiune în duză este suma pierderilor la intrare și a expansiunii jetului comprimat din interiorul duzei. (Pierderile nesemnificative în rezervor și pierderile de-a lungul lungimii duzei, din cauza micii lor, pot fi neglijate.) Deci,

. (145)

Conform ecuației de continuitate, putem scrie:

,

Înlocuirea valorii

în ecuația (145), avem

Acolo unde este indicat

. (148)

Inlocuim valoarea obtinuta a pierderii de sarcina in ecuatia (144), atunci

.

De aici debitul

. (149)

denotând

, (150)

Obținem ecuația vitezei

. (151)

Determinați debitul de fluid

.

Dar pentru duză

și

, (152)

Unde

– debitul duzei;

- zona secțiunii active a duzei.

Astfel, ecuațiile pentru determinarea vitezei și a debitului lichidului prin duze au aceeași formă ca pentru orificiu, dar cu valori diferite ale coeficienților. Pentru raportul de compresie al jetului (at valori mari R e și

) poate fi luată aproximativ

, iar apoi prin formulele (148) și (149) obținem

. De fapt, există și pierderi pe lungime, prin urmare, pentru scurgerea apei în interior conditii normale poate fi luat

.

Comparând coeficienții de curgere și viteză pentru duză și orificiul dintr-un perete subțire, constatăm că duza crește debitul și reduce debitul de ieșire.

O caracteristică caracteristică a garniturii este că presiunea în secțiunea comprimată este mai mică decât presiunea atmosferică. Această poziție este dovedită de ecuația Bernoulli, compilată pentru secțiunile comprimate și de evacuare.

În duzele cilindrice interioare, compresia jetului la intrare este mai mare decât în ​​cele exterioare și, prin urmare, valorile debitului și coeficienților de viteză sunt mai mici. Experimentele au găsit coeficienți pentru apă

.

La duzele convergente exterioare, compresia si dilatarea jetului la intrare este mai mica decat in cele cilindrice exterioare, dar la iesirea din duza apare compresia externa. Prin urmare, coeficienții și depinde de unghiul de conicitate. Cu o creștere a unghiului de conicitate la 13°, coeficientul de curgere crește, iar cu o creștere suplimentară a unghiului scade.

Duzele convergente conice sunt utilizate în cazurile în care este necesar să se obțină o viteză mare de ieșire a jetului, raza de zbor și forța de impact a jetului (monitoare hidraulice, duze de incendiu etc.).

În duze conice divergente expansiune internă jeturile după compresie sunt mai mari decât la cele conice convergente și cilindrice, deci pierderea de încărcare aici crește și coeficientul de viteză scade. Nu există compresie externă la ieșire.

Coeficienții și depind de unghiul de conicitate. Deci, la unghiul conic

valorile coeficienților pot fi luate egale cu

; la

(unghi limită)

. La

jetul curge fără să atingă pereții duzei, adică ca dintr-o gaură fără duză.

Scurgeri de lichid din orificii și duze
7.1. Curgeți printr-o gaură mică dintr-un perete subțire

cu presiune constantă
Considera diverse ocazii scurgeri de lichide din rezervoare, rezervoare, cazane etc. prin găuri și duze în atmosferă sau într-un spațiu umplut cu un gaz sau același lichid. Cu o asemenea expirare energie potențială lichide în mai mari sau grad mai mic se transformă în energie kinetică jeturi. Suntem interesați în principal de doi parametri de ieșire: viteza și debitul.

Lăsați lichidul să fie într-un rezervor mare sub presiune p 0 (Fig. 29). În peretele său la o adâncime suficient de mare de la suprafața liberă H 0 există o mică gaură rotundă prin care lichidul curge în spațiul de aer (gaz) cu presiune p 1 .

Lăsați gaura să aibă forma prezentată în Fig. 30, adică această găurire într-un perete subțire fără prelucrarea muchiei de față sau se face într-un perete gros, dar muchia de față este ascuțită cu in afara.

Orez. 29. Expirare de la

rezervor printr-un mic

gaură



Orez. 30. Ieșire prin rundă

gaură

Particulele lichide se apropie de gaură din întregul volum adiacent, mișcându-se rapid de-a lungul diferitelor traiectorii netede. Jetul se desprinde de peretele de la marginea găurii și apoi se contractă oarecum. Jetul capătă o formă cilindrică aproximativ la o distanță de un diametru de orificiu de marginea de intrare. Motivul comprimării jetului este inerția lichidului. Deoarece dimensiunea găurii este mică în comparație cu capul H 0 și dimensiunile rezervorului și, prin urmare, pereții laterali și suprafața liberă nu afectează fluxul de lichid în gaură, atunci compresie perfecta jeturi, adică cel mai mare.

Raportul de compresie este estimat prin raportul de compresie al jetului

Să notăm ecuația lui Bernoulli pentru suprafața liberă (secțiunea 0 – 0) și secțiunea jetului, unde acesta a luat o formă cilindrică (secțiunea 1 – 1):

Viteza fluidului în secțiunea 0 – 0 poate fi neglijată. Să introducem capul calculat

unde  este coeficientul de viteza:

Dacă lichidul este ideal, atunci  = 0 și  = 1, prin urmare,  = 1 și viteza de scurgere fluid ideal

Luând în considerare expresiile obținute, se poate constata că coeficientul de viteză este raportul dintre viteza reală de scurgere și viteza unui fluid ideal.

Viteza reală de ieșire este întotdeauna mai mică decât viteza ideală din cauza tragerii, prin urmare factorul de viteză este întotdeauna mai mic de 1.

Distribuția vitezelor pe secțiunea transversală a jetului este uniformă numai în partea sa din mijloc și strat exterior lichidul este oarecum încetinit din cauza frecării împotriva peretelui. Experimentele arată că în miezul jetului viteza de evacuare este aproape egală cu cea ideală Vși, prin urmare, coeficientul de viteză introdus  trebuie considerat ca un coeficient viteza medie.

Să calculăm debitul volumic

Produsul  =  este coeficientul de curgere. Apoi, în sfârșit

unde  p- diferența de presiune calculată, sub acțiunea căreia se produce scurgerea.

Complexitatea utilizării acestei expresii constă în estimarea exactă a coeficientului de curgere . Este clar că

Aceasta înseamnă că debitul este raportul dintre debitul real și debitul care ar avea loc în absența compresiei și a rezistenței jetului. nu este debitul unui fluid ideal, deoarece compresia jetului va fi observată și pentru un fluid ideal.

Debitul real este întotdeauna mai mic decât debitul teoretic și, prin urmare, factorul debitului  este întotdeauna mai mic decât 1 datorită compresiei și rezistenței jetului. Uneori un factor este mai important, alteori altul.

Coeficienții , ,  și  depind, în primul rând, de tipul găurii sau duzei și, de asemenea, ca toți coeficienții adimensionali din hidraulică, de principalul criteriu al asemănării hidrodinamice - numărul Re.

Natura modificării coeficienților ,  și  pentru o gaură rotundă din Re și calculată din viteza ideală de scurgere

,

prezentată în fig. 31.

Din grafic se poate observa că odată cu creșterea lui Re și, adică cu scăderea influenței forțelor vâscoase, coeficientul  crește datorită scăderii coeficientului de rezistență , iar coeficientul  scade datorită unei scăderea decelerației fluidului la marginea găurii și o creștere a razelor de curbură ale suprafeței jetului în secțiunea sa de la margini până la începutul secțiunii cilindrice. Valorile coeficienților  și  în acest caz se apropie asimptotic de valorile corespunzătoare curgerii unui fluid ideal, adică pentru Re și   valorile   1, și   0,6. Coeficientul de curgere  cu o creștere a Re și mai întâi crește, datorită creșterii abrupte a lui , iar apoi, atingând un maxim ( max = 0,69 la Re și = 350), scade din cauza unei scăderi semnificative a  și la mare. valorile lui Re și se stabilizează practic la valoarea  = 0,60  0,61.

Orez. 31. Dependența lui ,  și  de Re și pentru o gaură rotundă

într-un perete subțire
În regiunea valorilor foarte mici ale lui Re și (Re și

Pentru lichide cu vâscozitate scăzută (apă, benzină, kerosen etc.), a căror scurgere are loc de obicei atunci când numere mari Re, coeficienții de scurgere variază în limite înguste. De obicei, se iau în considerare următoarele valori medii: ( = 0,64;  = 0,97;  = 0,62;  = 0,065).
7.2. Ieșire prin duze
Duza cilindrica externa(Fig. 32) se numește tub scurt cu o lungime egală cu mai multe diametre fără a rotunji marginea anterioară. În practică, astfel de duze sunt adesea obținute în cazurile în care găurirea este efectuată într-un perete gros și marginea anterioară nu este prelucrată.

Ieșirea prin astfel de duze înăuntru mediu gazos se poate întâmpla în două moduri. Primul mod de expirare este afișat în prima și a doua cifră, iar al doilea în a treia. În primul mod, jetul după intrarea în duză este comprimat aproximativ în același mod ca atunci când curge prin duză într-un perete subțire. Apoi, datorită interacțiunii părții comprimate a jetului cu mediul înconjurător

Orez. 32. Debit prin duza cilindrica exterioara
lichid învolburat, jetul se extinde treptat până la dimensiunea găurii și lasă duza cu o secțiune transversală completă. Acest mod de expirare se numește continuu.

Deoarece la ieșirea duzei diametrul jetului este egal cu diametrul orificiului, atunci  = 1 și, în consecință,  = . Valorile medii ale coeficienților pentru acest regim de scurgere a lichidelor cu vâscozitate scăzută (pentru Re mare) sunt următoarele:

 =  = 0,8;  = 0,5.

În acest mod de curgere, în comparație cu fluxul dintr-o gaură dintr-un perete subțire, debitul este mai mare din cauza lipsei de compresie a jetului la ieșirea duzei, iar viteza este mai mică datorită rezistenței mai mari. Următoarea formulă empirică poate fi recomandată pentru a calcula debitul pentru flux continuu:

Din formula rezultă că atunci când Re    =  max = 0,813.

Lungime relativă minimă a duzei l/d, la care se poate realiza primul mod de expirare, este aproximativ egal cu 1. Totuși, chiar și pentru valori suficiente l/d acest mod nu este întotdeauna posibil.

Să găsim presiunea din interiorul duzei și condiția în care este posibil un regim de curgere continuu.

Lăsați scurgerea să se producă sub acțiunea presiunii p 0 într-un mediu gazos cu presiune p 2. Presiunea calculată în acest caz este egală cu

Din moment ce presiunea la ieșirea duzei p 2, în secțiunea restrânsă 1–1, unde viteza este mai mare, presiunea p 1 p 2 . Cu atât mai multă presiune H, și de aici și costul Q, cu atât presiunea este mai mică p 2. Diferența de presiune p 2 – p 1 crește proporțional cu presiunea H. Să scriem ecuația lui Bernoulli și să vedem asta:

unde ultimul termen al ecuației este pierderea de presiune pe expansiunea debitului, care în acest caz are loc aproape în același mod ca și în cazul extinderii bruște a conductei.

Raportul de viteză

Eliminați din ecuația Bernoulli V 1 folosind această relație și înlocuiți și găsiți căderea de presiune în interiorul duzei:

Înlocuind  = 0,8 și  = 0,63, obținem p 2 – p 1  0,75 g H.

La o presiune critică H cr presiunea absolută din interiorul duzei devine egală cu presiunea vapori saturati, De aceea

dacă neglijăm presiunea vaporilor de saturaţie. Prin urmare, la H > H kr presiune p 1 trebuie să devină negativ, ceea ce nu poate fi, deci modul de expirare neseparat la H > H kr devine imposibil și are loc o tranziție la al doilea mod de expirare.

Al doilea mod de curgere se caracterizează prin faptul că jetul, după comprimare, nu se mai extinde, ci își păstrează forma cilindrică și se deplasează în interiorul duzei fără a-și atinge pereții. Fluxul de ieșire devine exact același ca dintr-o gaură într-un perete subțire. In consecinta, in trecerea de la regimul de curgere neseparat la cel separat se produce o crestere a vitezei si o scadere a debitului. Dacă apa curge în atmosferă printr-o duză cilindrică externă, atunci

Dacă presiunea este redusă în al doilea mod de expirare, atunci acest mod va rămâne până la cel mai mic H. Aceasta înseamnă că al doilea mod de curgere este posibil la orice presiune și la H H cr ambele moduri de expirare sunt posibile.

Când curge printr-o duză cilindrică sub nivel, primul mod nu va diferi de cel descris mai sus, dar atunci când presiunea absolută crește H scade la presiunea vaporilor saturați, nu va exista nicio tranziție la al doilea mod și se instalează modul de cavitație, la care debitul încetează să mai depindă de contrapresiunea p 2, adică apare efectul de stabilizare. În acest caz, cu cât contrapresiunea relativă este mai mică

,

cu atât zona de cavitație din interiorul duzei este mai largă și raport mai mic consumul .

Astfel, duza cilindrică externă are dezavantaje semnificative: în primul mod - rezistență mareși un coeficient de curgere insuficient de mare, iar pe al doilea, un coeficient de curgere foarte scăzut. În plus, dualitatea regimului de scurgere într-un mediu gazos la H H cr, ambiguitatea debitului la un dat Hși posibilitatea de cavitație când curge sub nivel.

Duza cilindrica exterioara poate fi imbunatatita mult prin rotunjirea buzei de intrare sau aranjarea unei intrări conice cu un unghi de conicitate de aproximativ 60. Cum mai multa raza rotunjire, cu cât coeficientul de rezistență este mai mic și cu atât coeficientul de curgere este mai mare. În limită, cu o rază egală cu grosimea peretelui, o astfel de duză se apropie de duza conoidală, sau duză.

Orez. 33. Duză conoidală (duză)
Duză conoidală (duză) prezentată în fig. 33, este conturat aproximativ sub forma unui jet comprimabil în mod natural și datorită acestui fapt asigură continuitatea fluxului în interiorul duzei și jetul paralel în secțiunea de evacuare a acesteia. Aceasta este o garnitură utilizată pe scară largă, deoarece are un coeficient de curgere apropiat de 1 și pierderi foarte mici, precum și un regim de curgere stabil fără cavitație. Pentru el  = 0,03  0,1;  =  = 0,96  0,99.

Orez. 34. Duza difuzor
Duza difuzor

Rezistențele locale includ secțiuni scurte de țevi în care există o schimbare a vitezei de mișcare a fluidului în mărime și direcție. Cele mai simple rezistențe locale pot fi împărțite în mod convențional în rezistențe cauzate de o modificare a secțiunii transversale a curgerii (expansiune, îngustare) și rezistențe asociate cu o schimbare a direcției de mișcare a fluidului. Dar cele mai multe dintre rezistențele locale sunt combinații ale cazurilor de mai sus, deoarece rotația fluxului poate duce la o modificare a secțiunii transversale a acestuia, iar dilatarea (constricția) fluxului poate duce la o abatere de la mișcarea rectilinie a fluidului. . De asemenea, diverse fitinguri hidraulice (robinete, supape, supape etc.) sunt practic intotdeauna o combinatie a celor mai simple rezistente locale. Rezistențele locale includ și secțiuni de conducte cu separare sau îmbinare a fluxurilor de fluide. Rezistențele locale au un impact semnificativ asupra funcționării sistemelor hidraulice cu fluxuri de fluide turbulente. În cazul fluxurilor laminare, în majoritatea cazurilor aceste pierderi de sarcină sunt mici în comparație cu pierderile prin frecare în conducte. În majoritatea rezistențelor locale, o modificare a vitezei de mișcare duce la apariția unor vârtejuri, care folosesc energia fluxului de fluid pentru rotația lor. Astfel, formarea vortexului este cauza principală a pierderii de cap în majoritatea rezistențelor locale. Formula lui Weisbach este utilizată pentru a determina aceste pierderi: Pentru o extindere bruscă a fluxului, S1 este aria secțiunii transversale a fluxului înainte de expansiune, S2 este după expansiune. - coeficient adimensional de rezistenţă locală.

Dacă lichidul curge din conductă în rezervor, atunci

1 deoarece S1

Pentru o îngustare bruscă a debitului: .

Dacă lichidul curge din rezervor prin conductă (S1>S2), atunci . Cu o îngustare și o extindere treptată a fluxului (canalul de expansiune se numește difuzor, îngustarea - un confuzor (dacă confuzorul este o tranziție topită - o duză)).

Pe lângă pierderile datorate formării vârtejului, se iau în considerare pierderile datorate frecării de-a lungul lungimii. și, unde kp și kc sunt factori de corecție (valori în cărțile de referință).

Există și întorsături ale șuvoielor: bruște și netede.

Curgerea bruscă provoacă turbioare semnificativă.

Coeficienții lor pot fi găsiți în cărțile de referință.

32. Ieșirea lichidului printr-o gaură dintr-un perete subțire.

Găurile hidraulice sunt împărțite în mici și mari.

găuri mici, diverse puncte al cărui cap geometric este același.

Forma găurilor în multe cazuri afectează în mod semnificativ parametrii fluxului de ieșire și forma acestuia. Se numește modificarea formei unui jet de lichid curgător în raport cu gaura inversarea fluidelor.

Se pot face gauri în pereți subțiri sau groși. Se ia în considerare peretele subţire, dacă grosimea sa este S<2/3 напора. perete gros, dacă S>2/3 cap .

Fenomenul de compresie a jetului printr-o gaură dintr-un perete subțire la o anumită distanță:

Raportul de compresie cu jet

Compresia se numește perfectă dacă pereții laterali ai vasului nu afectează scurgerea jetului.

Complet - compresie pe tot perimetrul

Dacă H=const, atunci aceasta este o confluență la un cap constant

Curgerea liberă a lichidului - curgerea lichidului în atmosferă.

Viteza si curgerea fluidului: ,

Viteza pentru lichid real corectat folosind coeficienții , - coeficientul de viteză.

Pentru debit: , - coeficient de debit

Rezistențele locale sunt numite, spre deosebire de rezistențele de-a lungul lungimii, pierderi de presiune concentrate pe secțiuni scurte ale conductei, cauzate de separarea locală a vârtejurilor, precum și de o încălcare a structurii curgerii. Aceste procese depind în mare măsură de forma rezistențelor locale. În mod convențional, rezistențele locale pot fi împărțite în mai multe tipuri, prezentate în Fig. 4.13

expansiune bruscă contracție bruscă

Difuzor Confuzor

Diafragmă Conductă rotunjire

Rezistențele locale, în special, includ secțiuni de conducte care au tranziții de la un diametru la altul, coturi, prize, teuri, cruci, tot felul de dispozitive și dispozitive de blocare (robinete, robinete, supape, supape), precum și filtre, grile, dispozitive speciale de intrare si iesire pentru pompe (difuzoare, confuzoare).

Contabilitatea rezistențelor locale joacă un rol decisiv în calculul conductelor hidraulice scurte, unde cantitatea de pierdere de energie datorată rezistențelor locale este comparabilă cu pierderile de-a lungul lungimii. Practic orice rezistență locală duce la

o schimbare bruscă a naturii curentului, însoțită de o modificare a vitezelor locale, atât în ​​mărime, cât și în direcție.

În practică, pentru a determina pierderea de energie la rezistențele locale se folosește formula Weisbach, care exprimă pierderile în fracțiuni de cap de viteză

Unde se numește factorul de proporționalitate necunoscut ζ coeficient de rezistență locală.

ca viteza v viteza este luată pe secțiunea conductei sau înaintea acesteia. Asta va depinde valoare numerică coeficientul ζ, prin urmare, este necesar să se stipuleze în mod specific în raport cu ce viteză se calculează coeficientul de rezistență locală. LA caz general coeficientul ζ depinde de formă geometrică rezistența locală și numărul Re.

Se presupune că coeficientul ζ este constant pentru un anumit tip de rezistență locală. Cu toate acestea, studiile experimentale au arătat că această condiție este îndeplinită numai la numere Reynolds mari (Re > 104), La valori mici Re, valorile coeficientului ζ depind semnificativ de numărul Reynolds, Valorile de referință ale lui ζ se referă la cazul în care rezistența locală operează în condiții de auto-asemănare în numărul Re , i.e. nu depinde de asta valoare numerică. Valorile lui ζ date în cărțile de referință ar trebui considerate orientative. Pentru a clarifica datele despre o anumită rezistență locală, este necesar să se efectueze studiu pilotîn intervalul necesar de numere Re. Cu toate acestea, există cazuri în care cantitatea de pierdere de energie din cauza rezistenței locale poate fi determinată teoretic, de exemplu, în cazul unei extinderi bruște a fluxului.

Uneori, rezistențele locale sunt exprimate în termeni de lungime echivalentă a unei secțiuni drepte de conductă. . Lungime echivalentă numită o astfel de lungime a unei secțiuni drepte a unei conducte cu un diametru dat, pierderea de presiune în care, la trecerea unui debit dat, este egală cu pierderile locale considerate.

, primim , sau .

Capitolul 3 a luat deja în considerare problema calculării pierderilor de presiune la rezistențele locale, adică astfel de secțiuni ale conductei în care, din cauza unei modificări a dimensiunii sau configurației canalului, viteza curgerii se modifică, acesta se separă de pereți și vârtejuri. apărea. Luați în considerare rezistența locală mai detaliat.

Cele mai simple rezistențe hidraulice locale pot fi împărțite în trei grupe: expansiuni, îngustari și întoarceri de canal. Fiecare dintre ele poate fi bruscă sau graduală. Cazurile mai complexe de rezistențe locale sunt combinații ale acestor rezistențe simple. De exemplu, într-o supapă, debitul mai întâi se curbează, se îngustează și în cele din urmă se extinde.

Într-un regim de curgere turbulent, coeficienții de pierdere  sunt determinați în principal de forma rezistențelor locale și practic nu depind de numărul Reynolds Re, prin urmare, mărimea pierderilor locale este proporțională cu pătratul vitezei. Această relație se numește pătratică. Valorile coeficienților de pierdere  se găsesc preponderent empiric, deși pentru unele rezistențe locale simple pot fi obținute teoretic. La rezolvarea problemelor practice, valorile lui  se găsesc în cărțile de referință, unde sunt date sub formă de formule, tabele, grafice pentru diferite tipuri de rezistențe locale.

Pentru majoritatea rezistențelor locale din conducte la Re  10 5, are loc auto-asemănarea turbulentă - pierderea de sarcină este proporțională cu viteza la a doua putere și coeficientul de rezistență local nu depinde de Re. În rezistențele locale, unde există o schimbare bruscă a secțiunii transversale a conductei și se formează vârtejuri semnificative, auto-asemănarea se stabilește chiar și la Re  10 4 . De exemplu, pentru o extindere bruscă a unei conducte, unde S 1 și S 2 – zonele conductelor înainte și după extinderea bruscă. Pentru a ieși din conductă spre rezervor S 2 >> S 1 , prin urmare  m  1. Cu o extindere treptată a fluxului în difuzor, coeficientul de rezistență locală

,

unde  d este factorul de pierdere.

Cu o îngustare bruscă a conductei

. Pentru a intra în conductă din rezervor S 1 >> S 2, deci  m  0,5.

Într-un regim de curgere laminar, pierderile locale sunt de obicei mici în comparație cu pierderile prin frecare, iar legea de rezistență este mai complexă decât într-un regim turbulent:

Unde h tr - pierderea de sarcină cauzată direct de acțiunea forțelor de frecare (vâscozitatea) într-o rezistență locală dată și proporțională cu vâscozitatea fluidului și viteza la gradul I; h vârtej - pierderi asociate cu separarea fluxului și formarea vârtejului în rezistența locală propriu-zisă sau în spatele acestuia și proporționale cu viteza până la gradul doi.

Astfel, factorul de pierdere în fluxul laminar poate fi reprezentat ca suma:

Unde Ași B sunt constante adimensionale care depind în principal de forma rezistenței locale.

În funcție de valoarea lui Re și de forma rezistenței locale, pierderea de sarcină în modul laminar poate fi exprimată ca o dependență liniară sau pătratică de viteză, precum și o curbă medie între ele. Valorile coeficientului Ași B ar trebui căutat în cartea de referință în funcție de tipul de rezistență locală și de parametrii acesteia.

Pierderi locale și coeficient de rezistență locală.

Rețelele de conducte care distribuie sau evacuează lichid de la consumatori își modifică diametrul (secțiunea); se virează, se aranjează ramuri pe rețele, se instalează dispozitive de blocare etc. În aceste locuri, fluxul își schimbă forma și se deformează brusc. Datorită modificării formei, apar forțe de rezistență suplimentare, deci numită rezistenţă locală. Este nevoie de efort pentru a le depăși. Presiunea aplicată pentru a depăși rezistențele locale se numește pierderi de presiune localeși notat cu .

Pierderea de sarcină locală este definită ca produsul din capul vitezei imediat adiacent rezistenței locale , conform formulei

. (1)

Nu există o teorie generală pentru determinarea coeficienților de rezistență locală, cu excepția cazurilor individuale. Prin urmare, coeficienții de rezistență locală, de regulă, se găsesc empiric. Valorile lor pentru diferite elemente ale conductelor sunt date în cărțile de referință tehnice. Uneori, rezistențele locale sunt exprimate în termeni de lungime echivalentă a unei secțiuni drepte de conductă. .Lungime echivalentă numită o astfel de lungime a unei secțiuni drepte a unei conducte cu un diametru dat, pierderea de presiune în care, la trecerea unui debit dat, este egală cu pierderile locale considerate. Echivalând formulele Darcy-Weisbach și (1), avem

, primim

,sau

.

Principalele caracteristici ale scurgerii lichidului prin orificii și duze (formula lui Toricelli; tipuri de scurgere; coeficienți de compresie, viteză și debit; tipuri de compresie cu jet).