Гидравлические сопротивления в трубопроводах и каналах

Расчет гидравлического сопротивления при движении реальных жидкостей в трубопроводах и каналах является одной из основных прикладных задач гидродинамики (внутренняя задача). Это связано с необходимостью расчета затрат энергии, требуемых для компенсации потерь напора (давления) и перемещения жидкостей (газов) насосами или компрессорами.

Потери напора в каналах обусловлены сопротивлением трения и местными сопротивлениями в потоке жидкости.

Сопротивление трения имеет место по всей длине трубопровода. На его величину оказывает влияние режим течения жидкости.

Местные сопротивления появляются при любых изменениях скорости потока по величине и (или) направлению. К местным сопротивлениям относят вход в канал и выход потока из канала, внезапные сужения и расширения труб, отводы, колена, тройники, запорные и регулирующие устройства (рис. 2.16, 2.17).

Таким образом, потерянный напор представляет сумму двух слагаемых

.

Потери напора на трение по длине трубопровода равны:

.

Коэффициент трения зависит от режима течения и относительной шероховатости стенок канала . Для гладких стенок трубопроводов определяется в зависимости от числа Рейнольдса по следующим формулам:

для 2300 ;

для 400 10⁵ .

При расчете коэффициента трения для всех областей турбулентного течения с учетом шероховатости стенок каналов применимо обобщенное уравнение

,

если шероховатостью стенок можно пренебречь, то уравнение для расчета коэффициента трения имеет вид

.

Потери напора на преодоление местных сопротивлений оценивается в долях скоростного напора по формуле Вейсбаха

.

Значения коэффициентов местных сопротивлений находятся опытным путем и приведены в справочной литературе.