10.4. Постепенное расширение. Диффузоры

Потери напора при переходе от труб меньшего диаметра к трубам большего диаметра можно уменьшить, если вместо внезапного применить постепенное расширение. При плавном расширении скорость жидкости будет постепенно уменьшаться, а давление увеличиваться и скоростной напор с меньшими потерями перейдет в давление. Такой плавно расширяющийся переход называется диффузором (рис. 16).

Рис. 10.2. Диффузор

Обычно диффузоры характеризуются двумя параметрами: углом расширения α и степенью расширения, определяемой отношением .

Жидкость в диффузорах течет без отрыва от стенок при угле α = 8-10˚; этот угол является наивыгоднейшим.

Потери напора в диффузорах состоят из потерь на трение и потерь на расширение .

Коэффициент сопротивления диффузора представляется суммой:

10.5. Внезапное сужение трубы

Внезапное сужение трубы, как и ее расширение, также приводит к потере напора (рис. 10.3). Потеря напора здесь обусловлена трением при входе в узкую трубу и потерями на вихреобразования. Вихреобразования вызываются тем, что поток не обтекает входной угол, а срывается с него и сужается; в кольцевом пространстве, вокруг суженной, части находится малоподвижная завихренная жидкость.

Рис. 10.3. Внезапное сужение трубы

Пройдя место сжатия, струя расширяется, и здесь наблюдаются потери на расширение. Полные же потери будут складываться из всех указанных потерь.

И.Е. Идельчиком была предложена полуэмпирическая формула для коэффициента внезапного сужения:

.

Потери напора будут равны:

.

В том случае, если определяются потери при выходе жидкости из резервуара достаточно больших размеров в трубу, то отношение можно считать равным нулю и коэффициент ε_вн.с.= 0,5.

10.6. Постепенное сужение трубы

Конически суживающаяся труба называется конфузором (рис. 10.4). При движении жидкости по конфузору происходит увеличение скорости и уменьшение давления. Так же жидкость движется от большего давления к меньшему, вихрей здесь не возникает.

Рис. 10.4. Постепенное сужение трубы

Они образуются только на выходе из конфузора в том месте, где коническая труба соединяется с цилиндрической (поэтому их надо плавно сопрягать). Потери напора в конфузоре в основном обусловлены трением и они меньше чем в диффузоре. Если учитывать явление вихреобразования, наблюдающееся на выходе из конфузора, то коэффициент сопротивления будет иметь вид:

,

где - степень сужения.

10.7. Поворот трубы

Поворот труб могут быть (рис. 10.5) без закругления (а) и с закруглением (б). В первом случае (а) будут наблюдаться большие области вихреобразований и отрыв жидкости от стенок; потери напора будут значительными. Во втором случае (б) плавность поворота уменьшает потери напора, но вихреобразования не исчезают. В обоих случаях величина потерь напора зависит от угла α. С увеличением угла α. Потери будут расти. Они определяются по общей формуле Вейсбаха:

.

Коэффициент ε_кол определяется экспериментально. Данные для ε_кол в зависимости от угла поворота, формы сечения и радиуса кривизны.

a)

б)

Рис. 10.5. Поворот трубы