Справочник Местных Гидравлических Сопротивлений

Уважаемый гость, на данной странице Вам доступен материал по теме: Справочник Местных Гидравлических Сопротивлений. Скачивание возможно на компьютер и телефон через торрент, а также сервер загрузок по ссылке ниже. Рекомендуем также другие статьи из категории «Справочники».

Справочник Местных Гидравлических Сопротивлений.rar
Закачек 2539
Средняя скорость 7621 Kb/s

Справочник Местных Гидравлических Сопротивлений

К местным гидравлическим сопротивлениям относятся различные устройства и элементы, устанавливаемые на трубопроводах, в которых происходит нарушение нормального движения потока в результате его деформации с изменением направления и значения средней скорости и возникновением вихреобразования. В результате деформации турбулентного потока происходит интенсивное перемешивание частиц и обмен количеством движения между частицами жидкости.

К элементам и устройствам относятся фасонная и трубопроводная арматура: отводы (колена), переходники, тройники, крестовины, диафрагмы, сетки, запорные регулирующие вентили (краны), задвижки, затворы, предохранительные и регулирующие клапаны, всасывающие наконечники, устанавливаемые на входе в трубу насосов, и т.д.

Самые простые местные гидравлические сопротивления можно разделить по направлению вектора средней скорости.

1. Скорость переменна при неизменном направлении движения потока жидкости.

Например, расширение трубы (русла) может быть плавное или внезапное; сужение трубы (русла) — плавное или внезапное.

2. Скорость постоянна при изменении направления движения потока.

Например, поворот трубы (русла) в виде плавного или резкого (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Простейшие местные сопротивления

К более сложным местным сопротивлениям относятся сопротивления, в которых вектор скорости изменяется по значению и направлению, а также при слиянии или разделении потоков. Например, задвижки, клапаны, вентили и т.д., а также тройники, крестовины (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Сложные местные сопротивления

В таких сопротивлениях в результате резких изменений направления и скорости происходит весьма значительная деформация потока с возникновением интенсивного вихреобразования.

Наибольшие вихреобразования возникают в сопротивлениях, имеющих какую-либо преграду. В результате обтекания преграды, находящейся в трубе, потоком жидкости происходит отрыв части потока от стенки трубы с возникновением вихревой зоны, которую называют водоворотной областью. Между водоворотной областью и основным потоком благодаря поперечным пульсационным скоростям происходит интенсивный обмен частицами жидкости на участке длиной в данной области. В результате массообмена частицами в районе поверхности русла имеет место увеличение пульсации и возникновение вихрей, перемещающихся непрерывно. По мере удаления от местного сопротивления эпюра скоростей выравнивается. Выравнивание эпюры скоростей в зависимости от формы и размеров преграды происходит на расстоянии (d — диаметр трубы).

Местные потери напора связаны непосредственно с типом местного сопротивления.

Местными потерями напора называют затраты удельной механической энергии, обусловленные работой сил трения и вихреобразованием на преодоление потоком жидкости местного сопротивления. На поддержание вихрей в определенной зоне затрачивается энергия потока.

Потери напора оцениваются через значение скоростного напора и обозначаются как . Вейсбах предложил местные потери напора определять по формуле

,

где — безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом местного сопротивления; V — средняя скорость в живом сечении, как правило, непосредственно за местным сопротивлением.

Коэффициент , показывает количество скоростного напора, затрачиваемого на преодоление какого-либо местного сопротивления. В местном сопротивлении потери механической энергии при движении потока через него превращаются в тепловую энергию.

Коэффициент местных сопротивлений зависит:

· от формы и геометрических размеров;

· шероховатости внутренней поверхности сопротивления;

В общем виде коэффициент , можно представить в следующем виде:

, (4.114)

где В — безразмерный коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления при ламинарной и переходной области сопротивления; Re — число Рейнольдса; — коэффициент местных сопротивлений для квадратичной области, т.е. не зависящий от Re.

Для квадратичной области сопротивления Обычно при гидравлических расчетах принимается .

Коэффициент , находится опытным путем, а значения для различных местных сопротивлений, В приводятся в гидравлических справочниках.

Местные потери напора можно выразить в виде эквивалентной длины трубы . Местные потери напора принимаются равными потерям напора по длине, :

; ,

и . (4.115)

Потери напора по длине можно представить через коэффициент сопротивления по длине

. (4.116)

Дата добавления: 2015-09-29 ; просмотров: 375 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Местными гидравлическими сопротивлениями называются участки трубопроводов (каналов), на которых поток жидкости претерпевает деформацию вследствие изменения размеров или формы сечения, либо направления движения. Простейшие местные со­противления можно условно разделить на расширения, сужения, которые могут плавными и внезапными, и повороты, которые также могут плавными и внезапными. Но большинство местных сопротивлений являются комбинациями указанных случаев, так как поворот потока может привести к изменению его сечения, а расширение (сужение) потока — к отклонению от прямолинейного движения жидкости (см. рисунок 3.21, б). Кроме того, различная гидравлическая арматура (краны, вентили, клапаны и т.д.) практически всегда является комбинацией простейших местных сопротивлений. К местным сопротивлениям также относят участки трубопроводов с разделением или слиянием потоков жидкости.

Необходимо иметь в виду, что местные гидравлические сопротивления оказывают существенное влияние на работу гидросистем с турбулентными потоками жидкости. В гидросистемах с ламинарными потоками в большинстве случаев эти потери напора малы по сравнению с потерями на трение в трубах. В данном разделе будут рассмотрены местные гидравлические сопротивления при турбулентном режиме течения.

Потери напора в местных гидравлических сопротивлениях называются местными потерями. Несмотря на многообразие местных сопротивлений, в большинстве из них потери напора обусловлены следующими причинами:

— искривлением линий тока;

— изменением величины скорости вследствие уменьшения или увеличения живых сечений;

— отрывом транзитных струй от поверхности, вихреобразованием.

Несмотря на многообразие местных сопротивлений, в большинстве из них изменение скоростей движения приводит к возникновению вихрей, которые для своего вращения используют энергию потока жидкости (см. рисунок 3.21, б). Таким образом, основной причиной гидравлических потерь напора в большинстве местных сопротивлений является вихреобразование. Практика показывает, что эти потери пропорциональны квадрату скорости жидкости, и для их определения используется формула Вейсбаха

.

При вычислении потерь напора по формуле Вейсбаха наибольшей трудностью является определение безразмерного коэффициента местного сопротивления . Из-за сложности процессов, происходящих в местных гидравлических сопротивлениях, теоретически найти удается только в отдельных случаях, поэтому большинство значений этого коэффициента получено в результате экспериментальных исследований. Рассмотрим способы определения коэффициента для наиболее распространенных местных сопротивлений при турбулентном режиме течения.

Для внезапного расширения потока (см. рисунок 3.21, б) имеется теоретически полученная формула Борда для коэффициента , который однозначно определяется соотношением площадей до расширения (S1) и после него (S2):

. (3.35)

Следует отметить частный случай, когда жидкость вытекает из трубы в бак, т. е. когда площадь сечения потока в трубе S1 значительно меньше таковой в баке S2. Тогда из формулы (3.35) следует, что для выхода трубы в бак = 1. Для оценки коэффициента потерь напора при внезапном сужении используется эмпирическая формула, предложенная И.Е. Идельчиком, которая также учитывает соотношение площадей до расширения (S1) и после него (S2):

. (3.36)

Для внезапного сужения потока тоже необходимо отметить частный случай, когда жидкость вытекает из бака по трубе, т. е. когда площадь сечения потока в трубе S2 значительно меньше таковой в баке S1. Тогда из (3.36) следует, что для входа трубы в бак = 0,5.

В гидравлических системах достаточно часто встречаются плавное расширение потока (рисунок 3.21, в) и плавное сужение потока (рисунок 3.21, г). Расширяющееся русло в гидравлике принято называть диффузором, а сужающееся — конфузором. При этом, если конфузор выполнен с плавными переходами в сечениях 1-1‘и 2-2‘, то его называют соплом. Эти местные гидравлические сопротивления могут иметь (особенно при малых углах α) достаточно большой длины l. Поэтому кроме потерь из-за вихреобразования, вызванного изменением геометрии потока, в этих местных сопротивлениях учитывают потери напора на трение по длине.

Значения коэффициентов для плавного расширения и плавного сужения находят с введением поправочных коэффициентов в формулы (3.35) и (3.36): и .

Поправочные коэффициенты kp и kc имеют численные значения меньше единицы, зависят от углов α, а также от плавности переходов в сечениях и 1-1‘и 2-2. Их значения приводятся в справочниках.

Весьма распространенными местными сопротивлениями являются также повороты потоков. Они могут быть с внезапным поворотом трубы (рисунок 3.21, д)или с плавным поворотом (рисунок 3.21, е).

Внезапный поворот трубы (или колено) вызывает значительные вихреобразования и поэтому приводит к существенным потерям напора. Коэффициент сопротивления колена определяется в первую очередь углом поворота δ и может быть выбран из справочника.

Плавный поворот трубы (или отвод) существенно снижает вихреобразование и, следовательно, потери напора. Коэффициент для данного сопротивления зависит не только от угла поворота δ, но и от относительного радиуса поворота R/d . Для определения коэффициента существуют различные эмпирические зависимости, например,

, (3.37)

либо находятся в справочной литературе.

Коэффициенты потерь других местных сопротивлений, встречающихся в гидравлических системах, также могут быть определены по справочнику.

Следует иметь в виду, что два или более гидравлических сопротивления, установленных в одной трубе, могут оказывать взаимное влияние, если расстояние между ними менее 40d (d — диаметр трубы).

Автор: Идельчик И.Е.

Год выпуска: 1992

Книгу «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» Идельчик И.Е можно скачать бесплатно на нашем сайте.

В нем собраны основы обработки, классификации, систематизации и результатов многих исследований, которые были опубликованы в разное время. Большая часть данных была получена в результате исследований. Итоги исследований (точность измерений, точность изготовления фасонных частей и моделей, трубопроводов, и т.п.), проведенные разными специалистами, могли выйти отличающимися между собой. Такая вероятность могла появиться и потому, что на многих местных гидравлических сопротивлениях дает влияние не только «предыстория» потока, но и режим течения(степень турбулентности на входе, условия подвода его к данному участку, профиль скорости и т.п.), а в отдельных ситуациях и последующая «история» потока, то есть, отвод потока от участка. Поэтому данные условия у различных исследователей могли также оказаться не совсем схожими. Во многих сложных частях трубопроводных сетей имеется неустойчивость потока, которая связана с вихреобразованием, величиной зоны отрыва и периодичностью отрыва его от стенок , что приводит к разным показаниям гидравлических сопротивлений.

У автора стояла трудная задача: при подборе довольно разнородного материала по гидравлическим сопротивлениям отбросить и выявить сомнительные итоги опытов; понять, в каких случаях значения коэффициентов сопротивления данных участков имеют большое различие и являются закономерными, которые соответствуют, при протекании потока через них, существу явлений, а в каких эти разницы незакономерна; найти удачную форму представления материала и отобрать достоверные данные с тем, чтобы сделать его понятным и доступным инженерно-техническим работникам. Конфигурация препятствий и участков трубопроводных сетей, геометрические параметры, режимы течения, условия отвода и подвода столь разнообразны, что в книгах не всегда можно найти нужные опытные данные для расчета гидравлического сопротивления. Поэтому автор принял решение ввести в справочник данные, которые являются результатом не только хорошо проведенных лабораторных исследований, но и полученных приближенным расчетом и теоретическим путем, сформированным на разных экспериментальных исследованиях, а в каких-то случаях грубоориентировочные данные. Это возможно потому, что в промышленных масштабов условия протекания потока и точность монтажа, изготовления установок и сетей труб могут существенно различаться от лабораторных условий и отличаться в отдельных установках, также потому, что эти коэффициенты, для многих сложных элементов, не могут иметь постоянного значения.

Этот «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» Идельчик И.Е. должен способствовать увеличению экономичности проектирования, качества и эксплуатации энергетических, промышленных и других сооружений, а также аппаратов и устройств, по которым двигаются газы и жидкости.


Статьи по теме