1.10. Лабораторная работа №10. Определение коэффициента местных сопротивлений

Цель работы - изучение способа оценки местных гидравлических сопротивлений.

Содержание работы - определение коэффициентов местных сопротивлений (КМС) арматуры и фасонных частей трубопровода, эквивалентной длины трубопровода и зависимости этих величин от числа Рейнольдса.

1.10.1. Теоретические основы

При движении жидкости по трубам и каналам часть энергии потока жидкости расходуется на преодоление разного рода местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся арматура (вентили, краны, задвижки и т.п.) и фасонные части (внезапные расширения и сужения трубопроводов, колена, отводы, тройники и т.п.) трубопроводов. В таких преградах вследствие изменения формы проходных сечений изменяются местные скорости потока, образуются вихри и застойные зоны. В результате часть механической энергии потока рассеивается в виде тепла через стенки трубопровода и суммарный напор жидкости становится меньше. В отличие от потерь на трение по длине трубопровода, распределенных на всем его протяжении, местные потери носят локальный характер.

Определить потери энергии, или потери гидродинамического напора, вследствие сопротивлений любого типа можно используя уравнение Д. Бернулли

( 10.1 )

где индекс «1» относится к граничному сечению, расположенному до местного сопротивления, а индекс «2» - к граничному сечению за местным сопротивлением.

Местные потери в гидравлических расчетах принято выражать в долях от скоростного напора

( 10.2 )

где коэффициент местного гидравлического сопротивления (КМС).

Если скорости потока в граничных сечениях «1» и «2» различны, то в качестве скорости V в формуле (8.2), известной как формула Вейсбаха, можно принять скорость потока в любом из граничных сечений. Следовательно, справедлива запись

( 10.3 )

Откуда

( 10.4 )

Формула (10.2) универсальна, т.е. справедлива для любого режима течения. Из этого не следует, что гидравлические потери всегда пропорциональны квадрату скорости. Такая квадратичная зависимость наблюдается только при относительно больших числах Рейнольдса (более 1000), когда КМС зависит только от конфигурации самого сопротивления и не зависит от числа Рейнольдса. Во всех других случаях КМС является функцией числа Рейнольдса.

Помимо коэффициента для оценки местных потерь можно пользоваться эквивалентной длиной трубопровода, потери по длине которого при той же скорости и диаметре равны определяемым местным потерям. В этом случае можно записать

( 10.5 )

откуда ( 10.6 )

Поскольку величины коэффициента гидравлического трения и КМС являются функциями числа Рейнольдса, то и

В подавляющем большинстве случаев величина КМС не может быть определена теоретическим путем и находится по результатам экспериментов. КМС, полученные экспериментально для изолированных местных сопротивлений различного вида могут быть найдены в гидравлических справочниках. Изолированными, т.е. не влияющими друг на друга, местные сопротивления являются тогда, когда их разделяют участки прямых труб постоянного сечения длиной не менее 20-50 диаметров трубы. Если это условие не выдерживается, то возможно взаимное влияние местных сопротивлений друг на друга и их КМС могут существенно отличаться от табличных. В этих случаях необходимо рассматривать их как единое сложное местное сопротивление и его КМС определяется экспериментальным путем.