Местные потери напора

Кроме потерь напора по длине при течении потока возникают также местные потери напора, обусловленные наличием разнообразных местных сопротивлений. Местные сопротивления – это преграды на пути потока, связанные с деформациями живого сечения потока, либо с его загроможденностью.

При этом возникают изменения скорости по величине либо по направлению. К местным сопротивлениям относятся фасонные части трубопроводов (колена, переходники, тройники, диффузоры, конфузоры…), измерительная аппаратура (диафрагмы, расходомеры…), запорная арматура (вентили, задвижки, краны, клапаны…), а также технологическое оборудование (фильтры, теплообменники…).

В зоне местных сопротивлений происходит обтекание местных преград с возникновением водоворотных зон и интенсивным обменом частицами жидкости между основным потоком и этими зонами. Этот процесс обмена частицами жидкости является основным источником местных потерь энергии.

В связи со сложностью и большим разнообразием, определение коэффициентов местных потерь теоретическим путем представляет значительные трудности, и поэтому их находят экспериментально и затем табулируют. Для определения местных потерь напора можно рекомендовать формулу Вейсбаха

H_м = ξ_м , (95)

где ξ_м- коэффициент местных потерь.

Рассмотрим некоторые случаи потерь напора при обтекании местных сопротивлений. Внезапное расширение потока имеет теоретическое решение, которое реализуется с большой степенью точности. Решение было получено инженером Борда Ж.Ш. в 1766 г.

H_{вн.расш}= . (96)

Соответственно, коэффициент местного сопротивления

ξ₂ = . (97)

Если потери рассчитывают, исходя из скорости потока перед внезапным расширением, формула приобретает вид

H_{вн.расш}= . (98)

Тогда

ξ₁= (1 - , (99)

здесь S₁, S₂ – площади живых сечений потока перед расширением и после расширения,

V₁, V₂ – скорости потока до и после расширения, соответственно.

При внезапном сужении трубопровода происходит сжатие потока с возникновением водоворотных зон. Значение коэффициента местного сопротивления зависит от соотношения площадей живых сечений до сужения S₁ и после сужения S₂

= 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1.

ξ = 0,46 0,42 0,4 0,34 0,25 0,15 0.

Задвижка на трубопроводе перекрывает сечение потока в соответствии со степенью своего открытия (закрытия)

1 0,875 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0.

ξ ∞ 97,8 35 10 4,6 2,1 0,98 0,44 0,17 0,06 0,05.

Диффузор (постепенное расширение) является причиной возникновения не только местных потерь, но и потерь по длине. Для круглого диффузора

= ,

где k – поправочный коэффициент, который находиться в зависимости от угла раскрытия диффузора ;

λ - средний коэффициент гидравлического трения;

– соотношение площадей живых сечений,

, град 7,5 10 15 20 25 30 40 50

k 0,13 0,17 0,27 0,42 0,5 0,7 1,00 1,10

Расчет коэффициента местного сопротивления для конфузора (постепенного сужения)

_диф = , (100)

тут ε = 0,57+ . (101)

При плавном повороте радиусом R трубы диаметра d коэффициент местного сопротивления зависит от соотношения

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1.2 1,4 1,6 1,8 2.

ξ 0,131 0,138 0,158 0,206 0,294 0,44 0,661 0,97 1,408 1,978.

При резком повороте для труб круглого и квадратного сечений, коэффициент местного сопротивления определяют в зависимости от угла поворота b

20 30 45 60 75 90.

ξ 0,125 0,16 0,32 0,54 0,81 1,19.