Определение потерь напора на гидравлическое сопротивление в штуцере фонтанной арматуры.

Цель работы.Навык определения потерь напора на гидросопротивление в штуцере может быть использован на практике при освоении и регулировании дебита добывающих скважин, а также при регулировании объемов закачки в нагнетательных скважинах.

Для определения потерь давления на гидравлическое сопротивление для общего вида штуцирующих (см. рисунок) устройств необходимо определить потери давления на каждом участке отдельно: участке внезапного сужения потока 1–0, участке течения потока с постоянным сечением 0–0 и участке расширения потока 0–2.

Потери давления на местное сопротивление

(1)

,

где r – плотность текучей среды, кг/м³; w – скорость потока, м/с, определяемая отношением расхода потока Q (в м³/с) к площади поперечного сечения F (м²).

При внезапном расширении поперечного сечения трубы (0–2) возникают так называемые потери на «удар». Коэффициент местного сопротивления удара в случае равномерного распределения скоростей по сечению узкого канала и турбулентного течения зависит только от отношения площадей узкого–0 и широкого–2 сечений F₀/F₂ и вычисляется по формуле Борда-Карно

(2)

Коэффициент местного сопротивления при внезапном сужении (1–0) для турбулентного режима течения может быть приближенно определен по формуле, предложенной И.Е.Идельчиком:

(4)

(3)

Потери давления на гидравлическое трение в узком сечении–0 определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

где D₀– гидравлический(внутренний) диаметр узкого канала;

l– коэффициент гидравлического сопротивления;

l₀ – длина узкого канала.

Коэффициент гидравлического сопротивления l определяется по формуле Альтшуля

(5)

гдe – критерий Рейнольдса, здесь n – коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

– относительная шероховатость, здесь D_а – абсолютная шероховатость, м.

Полный перепад давления на сопротивление в штуцере:

(6)

Dp_ш=Dp_1-0+Dp_тр+Dp_0-2

Таким образом, для определения полного перепада давления на все сопротивления в штуцере необходимо:

1 – определить величину потери давления Dp_тр на гидравлическое трение в узком сечении–0 по формуле (4)

1.1. Вычислить относительную шероховатость (в сечении–0) – .

1.2. Вычислить число Рейнольдса – Re.

1.3. Вычислить по формуле (5) коэффициент гидравлического сопротивления – l.

2 – определить величину потери давления на местное сопротивление при внезапном расширении потока Dp_м.с.0-2 по формуле (1)

2.1. Определить площади поперечного сечения F₀ и F₂.

2.2. Вычислить коэффициент местного сопротивления z_0-2 по формуле (2).

3 – определить величину потери давления на местное сопротивление при внезапном сужении потока Dp_м.с.1-0 по формуле (1)

3.1. Определить площадь поперечного сечения F₁.

3.2. Вычислить коэффициент местного сопротивления z_1-0 по формуле (3).

4 – найти полный перепад давления по формуле (6)

Исходные данные

№ варианта	Кинематическая вязкость n, м²/с	Длина узкого участка штуцера l₀, мм	Расход жидкости Q, м³/сут	Плотность жидкости r, кг/м³	Диаметр штуцера D₀, мм	Внутренние присоединительные диаметры до и после штуцера D₁, D₂, мм	Абсолютная шероховатость керамики D_а, мм
	3.4×10^-6						0.08
	1.4×10^-6						0.15
	6.4×10^-6						0.09
	2.4×10^-6						0.10
	8.4×10^-6						0.25
	6.4×10^-6						0.05
	3.4×10^-6						0.25
	0.9×10^-6						0.05
	2.4×10^-6						0.35
	3.8×10^-6						0.08