Rezistențele hidraulice locale sunt secțiuni de conducte (canale) pe care fluxul de fluid suferă deformații din cauza unei modificări a dimensiunii sau formei secțiunii sau a direcției de mișcare. Cele mai simple rezistențe locale pot fi împărțite aproximativ în expansiuni, contracții, care pot fi netede și bruște, și întoarceri, care pot fi, de asemenea, netede și bruște.
Dar cele mai multe dintre rezistențele locale sunt combinații ale cazurilor de mai sus, deoarece rotația fluxului poate duce la o schimbare a secțiunii transversale și la extinderea (îngustarea) fluxului - la o abatere de la mișcare rectilinie lichide (vezi figura 3.21, b).În plus, diverse fitinguri hidraulice (robinete, supape, supape etc.) sunt aproape întotdeauna o combinație a celor mai simple rezistențe locale. Rezistențele locale includ și secțiuni de conducte cu separare sau îmbinare a fluxurilor de fluide.
Trebuie avut în vedere faptul că rezistența hidraulică locală se exercită influenta semnificativa la funcţionarea sistemelor hidraulice cu curgeri de fluide turbulente. În sistemele hidraulice cu curgeri laminare, în cele mai multe cazuri, aceste pierderi de sarcină sunt mici în comparație cu pierderile prin frecare în conducte. În această secțiune se vor lua în considerare rezistențele hidraulice locale în regimul de curgere turbulent.
Se numește pierderea de cap în rezistența hidraulică locală pierderi locale.
În ciuda varietății de rezistențe locale, în cele mai multe dintre ele, pierderile de presiune se datorează următoarelor motive:
Curbura liniilor de curbură;
O modificare a mărimii vitezei din cauza scăderii sau creșterii secțiunilor vii;
Separarea jeturilor de tranzit de la suprafață, formarea vortexului.
În ciuda varietății de rezistențe locale, în cele mai multe dintre ele, o modificare a vitezei de mișcare duce la apariția unor vârtejuri, care folosesc energia fluxului de fluid pentru rotația lor (vezi Figura 3.21, b). Astfel, cauza principală a pierderilor de presiune hidraulică în majoritatea rezistențelor locale este formarea de vortex. Practica arată că aceste pierderi sunt proporționale cu pătratul vitezei fluidului, iar pentru a le determina se folosește formula Weisbach.
Când se calculează pierderea de presiune folosind formula Weisbach, cea mai mare dificultate este determinarea coeficientului adimensional al rezistenței locale. Datorită complexității proceselor care apar în rezistențele hidraulice locale, teoretic este posibil să se găsească numai în cazuri individuale, deci majoritatea valorilor acestui coeficient sunt obținute ca urmare a studii experimentale. Să luăm în considerare metodele de determinare a coeficientului pentru cele mai comune rezistențe locale într-un regim de curgere turbulent.
Pentru o extindere bruscă a fluxului (vezi Figura 3.21, b) există o formulă Borda obținută teoretic pentru coeficient, care este determinată în mod unic de raportul dintre suprafețe înainte de expansiune (S1) iar după ea (S2):
Trebuie remarcat un caz special când lichidul curge din țeavă în rezervor, adică atunci când aria secțiunii transversale a fluxului în țeavă S1 mult mai puțin decât cel din rezervor S2. Apoi din formula (3.35) rezultă că pentru ieșirea țevii în rezervor = 1. Pentru a estima coeficientul de pierdere de presiune în timpul unei îngustări bruște, formula empirică propusă de I.E. Idelchik, care ia în considerare și raportul de suprafață înainte de extindere (S1) iar după ea (S2):
. (3.36)
Pentru o îngustare bruscă a debitului, este, de asemenea, necesar să se țină seama de cazul particular în care lichidul curge din rezervor prin conductă, adică atunci când aria secțiunii transversale a fluxului în conductă S2 mult mai puțin decât cel din rezervorul S 1 . Apoi din (3.36) rezultă că pentru intrarea conductei în rezervor = 0,5.
LA sisteme hidraulice destul de des există o expansiune lină a fluxului (Figura 3.21, în)și îngustarea lină a fluxului (Figura 3.21, G). Un canal în expansiune în hidraulic este denumit în mod obișnuit difuzor, iar un canal de îngustare este numit confuz. Mai mult, dacă confuzorul se face cu tranziții netede în secțiuni 1 "-1 "și 2 "-2 „, atunci se numește duză. Aceste rezistențe hidraulice locale pot avea (mai ales la unghiuri mici α) o lungime destul de mare. l. Prin urmare, pe lângă pierderile datorate formării vortexului cauzate de modificarea geometriei curgerii, aceste rezistențe locale iau în considerare pierderea de presiune datorată frecării de-a lungul lungimii.
Valorile coeficienților pentru expansiune lină și îngustare lină se găsesc prin introducerea factorilor de corecție în formulele (3.35) și (3.36): și .
Factori de corecție kpși kc au valori numerice mai mici decât unitatea, depind de unghiurile α, precum și de netezimea tranzițiilor în secțiuni și 1 "-1 " și 2 "-2 ". Semnificațiile lor sunt date în cărți de referință.
Inversările de fluxuri sunt, de asemenea, rezistențe locale foarte frecvente. Ele pot fi cu o întoarcere bruscă a țevii (Figura 3.21, d) sau cu o viraj lină (Figura 3.21, e).
O întoarcere bruscă a țevii (sau cotului) determină formarea de vortex semnificativă și, prin urmare, duce la pierderi semnificative de încărcare. Coeficientul de rezistență al genunchiului este determinat în primul rând de unghiul de rotație δ și poate fi selectat din manual.
O rotire lină a țevii (sau ramificației) reduce semnificativ formarea de vortexuri și, în consecință, pierderile de presiune. Coeficientul pentru o anumită rezistență depinde nu numai de unghiul de rotire δ, ci și de raza relativă de rotație R/d. Pentru a determina coeficientul, există diferite dependențe empirice, de exemplu, , (3.37) sau sunt în literatura de referință.
Factorii de pierdere ai altor rezistențe locale întâlnite în sistemele hidraulice pot fi de asemenea determinați dintr-un manual.
Trebuie avut în vedere faptul că două sau mai multe rezistențe hidraulice instalate într-o țeavă pot avea o influență reciprocă dacă distanța dintre ele este mai mică decât 40d(d- diametrul conductei).
Rezistențele locale sunt cauzate de fitinguri, fitinguri, alte echipamente ale rețelelor de conducte, care modifică mărimea sau direcția vitezei fluidului în anumite secțiuni, ceea ce este întotdeauna asociat cu apariția unor pierderi de presiune suplimentare.
Pierderea de presiune la rezistențele locale este determinată de formula Weisbach
unde este coeficientul de rezistență locală, care depinde de tipul de rezistență și este determinat empiric.
Principalele tipuri de pierderi de presiune locale pot fi împărțite în următoarele grupuri:
- pierderi asociate cu o modificare a secțiunii libere a fluxului (expansiune și contracție bruscă sau treptată a fluxului);
- pierderi cauzate de schimbarea direcției curgerii, rotația acestuia (rotația conductei);
- pierderi asociate cu fluxul de fluid prin supapă tipuri variate(supape, robinete, supape, plase);
- pierderi rezultate din separarea unei părți a pârâului de alta sau îmbinarea a două cursuri (tee, cruce etc.).
Luați în considerare unele tipuri de rezistență locală.
Extinderea rapidă a conductei.
Observațiile arată că fluxul care iese dintr-o țeavă îngustă se separă de pereți și apoi se deplasează sub forma unui jet separat de restul lichidului prin interfață (vezi Fig. 4.14). Pe interfață apar vârtejuri, care se rup și sunt duse mai departe de fluxul de tranzit. Transferul de masă are loc între fluxul de tranzit și zona vârtejului, dar este nesemnificativ. Jetul se extinde treptat și la o anumită distanță de la începutul expansiunii umple întreaga secțiune a conductei. Datorită separării curgerii și formării de vortex asociate, se observă pierderi semnificative de încărcare în secțiunea conductei dintre secțiunile 1-1 și 2-2.
Orez. 4.14. Extinderea rapidă a conductei
În baza unui număr de ipoteze, este teoretic posibil să se demonstreze acest lucru pierderea capului în timpul expansiunii bruște
– formula lui Borda
,
unde și sunt vitezele medii în conductă înainte și după expansiune. Această formulă poate fi pusă într-o altă formă:
.
Dacă se acceptă
coeficient de rezistență locală în timpul unei expansiuni puternice, atunci formula Borda ia următoarea formă:
extindere treptată.
Orez. 4.15. Extinderea treptată a conductei
Dacă expansiunea are loc treptat (vezi Fig. 4.15), atunci pierderea de cap este redusă semnificativ. Când un lichid curge într-un difuzor, debitul scade treptat, energia cinetică a particulelor scade, dar gradientul de presiune crește. Pentru unele valori ale unghiului de expansiune α, particulele din apropierea peretelui nu pot depăși presiunea în creștere și nu se pot opri. Cu o creștere suplimentară a unghiului, particulele de fluid se pot deplasa împotriva fluxului principal, ca într-o expansiune bruscă. Există o separare a fluxului principal de pereți și formarea vortexului. Intensitatea acestor fenomene creste cu cresterea unghiului α si a gradului de dilatare .
Pierderea de sarcină într-un difuzor poate fi considerată în mod convențional ca suma pierderilor prin frecare și expansiune. La unghiuri mici α pierderile de lungime cresc, iar rezistența la expansiune devine minimă. Pentru unghiuri mari α dimpotriva, creste rezistenta la expansiune. Coeficientul de rezistență al difuzorului poate fi determinat din următoarea formulă
|
|
,Unde k este factorul de înmuiere, care depinde de unghiul α, iar semnificațiile sale sunt date în cărți de referință
Contracție bruscă.
Odată cu o îngustare bruscă a fluxului (vezi Fig. 4.16), se formează și zone de vârtej ca urmare a separării de pereții fluxului principal, dar sunt mult mai mici decât cu o expansiune bruscă a conductei, prin urmare, capul pierderea este mult mai mică. Coeficientul de rezistență locală la o îngustare bruscă a fluxului poate fi determinat prin formulă
Orez. 4.16. Strângerea bruscă a conductei
Dacă conducta este conectată la rezervor, putem lua =, atunci .
Îngustarea treptată (confuză).
Valoarea rezistenței confuzorului va depinde de unghiul conic al confuzorului θ. Coeficientul de rezistență poate fi determinat prin formulă
,
unde , este dat în cărțile de referință.
Întoarcerea țevii (cot).
Ca urmare a curburii curgerii, presiunea pe partea concavă a suprafeței interioare a țevii este mai mare decât pe cea convexă. Ca urmare, fluidul se mișcă viteză diferită, care contribuie la separarea de pereții stratului limită și la pierderi de presiune (vezi Fig. 4.17). Valoarea coeficientului de rezistență locală depinde de unghiul de rotație θ, raza de rotație R, formă transversală și este dat în cărțile de referință. Pentru o secțiune circulară de țeavă cu θ = 90º. coeficientul de rezistență poate fi determinat prin formulă
Orez. 4.17. Rotire lină a conductei
|
|
.Alte tipuri de rezistențe locale.
Coeficienții rezistenței locale pentru majoritatea rezistențelor sunt dați în cărțile de referință, valoarea lor depinde de proiectare. Pentru calcule aproximative, puteți utiliza următorii coeficienți de rezistență locală:
- supapă la deschidere completă - 0,15;
- intrarea în conductă cu margini ascuțite - 0,5;
- supapă cu poartă oblică la deschidere totală (Fig. 4.18) - 3;
- tee simetric - 1,5.
Rezistenta hidraulica in conducte
Calculul rezistenței hidraulice este unul dintre probleme critice hidrodinamică, este necesar să se determine pierderea de presiune, consumul de energie pentru compensarea acestora și selectarea unui motor de tracțiune.
Pierderile de presiune în conducte se datorează rezistenței frecareși local rezistențe. Ei intră în ecuația Bernoulli pentru lichide reale.
A) Rezistenta la frecare există în timpul mișcării unui fluid real pe toata lungimea conductă și depinde de modul de curgere a fluidului.
b) rezistență locală apar cu orice modificare. viteza curgerii în mărime și direcție(admisie și ieșire țevi, coturi, coturi, teuri, fitinguri, expansiuni, îngustări).
Pierderea capului prin frecare
1) flux laminar.
Sub fluxul laminar poate fi calculat teoretic folosind ecuația Poiseuille:
;
Conform ecuației Bernoulli pentru o conductă orizontală cu secțiune transversală constantă, presiunea pierdută prin frecare:
;
;
;
Înlocuind valoarea în ecuația Poiseuille și înlocuind, obținem:
;
;
;
Astfel, cu mișcare laminară de-a lungul unei țevi circulare drepte:
;
valoarea se numește coeficient de frecare hidraulică.
Ecuația Darcy-Weisbach:
;
Această ecuație poate fi obținută în alt mod - cu ajutorul teoriei similitudinii.
Se știe că
;
Pentru flux laminar găsit: .
;
;
Ecuația Darcy-Weisbach:
;
Să definim pierderea de presiune: .
Ecuația Darcy-Weisbach:
Înlocuind valoarea pentru modul laminar, obținem:
;
Astfel, pentru regimul laminar:
Ecuația Hagen-Poiseuille:
;
Această ecuație este valabilă și este deosebit de importantă atunci când se studiază fluxul de fluid în conducte cu diametru mic, precum și în capilare și pori.
Prin urmare, pentru o mișcare laminară constantă:
Pentru secțiunea necirculară: 
, unde depinde de forma secțiunii:
;
Expresia se numește coeficient de rezistență.
Prin urmare:
;
;
2) Modul turbulent.
Pentru regimul turbulent este valabilă și ecuația Darcy-Weisbach:
;
Cu toate acestea, coeficientul de frecare nu poate fi determinat teoretic în acest caz din cauza complexității structurii curgerii turbulente. Ecuațiile de calcul pentru determinare se obțin prin generalizarea datelor experimentale prin metode de teoria similitudinii.
A) Țevi netede.
;
;
;
Prin urmare, pentru flux turbulent în conducte netede:
Formula Blasius:
b) Conducte brute.
Pentru țevile brute, coeficientul de frecare depinde nu numai de, ci și de rugozitatea pereților.
Caracteristica țevilor brute este rugozitate relativă: raportul dintre înălțimea medie a proeminențelor (denivelările) de pe pereții țevii (rugozitate absolută) și diametrul echivalent al țevii:
Exemplu valori aproximative ale rugozității absolute:
Tevi de otel noi 
;
· Țevi de oțel cu ușoară coroziune;
· Tevi de sticla;
· Conducte din beton;
Influența rugozității asupra valorii este determinată de raportul dintre rugozitatea absolută și grosimea substratului laminar.
1. La , când fluidul curge lin în jurul proeminențelor, efectul rugozității poate fi neglijat, iar conductele sunt considerate ca netedă hidraulic(conditionat) - zona de frecare netedă.
2. Pe măsură ce valoarea crește, valoarea scade, iar pierderile prin frecare cresc datorită formării de vortex în apropierea proeminențelor rugozității - zona de frecare mixta.
3. Când valori mari, încetează să mai depindă de și este determinată doar de rugozitatea pereților, adică. modul automodel prin - zonă auto-asemănătoare.
Trebuie remarcat faptul că, deoarece țeava poate fi aspră la un debit și netedă hidraulic la altul.
Pentru această țeavă aproximativ:
;
Pentru conductele brute aflate în mișcare turbulentă, se aplică următoarea ecuație:
;
Pentru regiunea de frecare lină- sau conform ecuației lui Blasius, sau conform ecuației:
;
;
Împărțind la 1,8, puteți obține formula Filonenko.
Formula lui Filonenko:
;
Pentru zona auto-similară:
;
Practic calculul se efectuează conform nomogramelor. Dependența coeficientului de frecare de criteriu și de gradul de rugozitate - Fig. 1.5, Pavlov, Romankov.
Pentru curgere neizotermă vâscozitatea lichidului se modifică pe secțiunea conductei, se modifică profilul de viteză și .
Factorii de corecție speciali sunt introduși în ecuații pentru determinare (cu excepția regiunii auto-similare) (Pavlov, Romankov)
Pierderea presiunii asupra rezistențelor locale
În diferite rezistențe locale, măsurarea vitezei are loc:
a) în mărime =>
b) în direcţia =>
c) ca marime si directie =>
Pe lângă pierderile asociate frecării, se produc pierderi suplimentare de presiune (formarea de turbioare ca urmare a acțiunii forțelor de inerție (la schimbarea direcției), formarea de turbioare din cauza curgerii inverse a fluidului etc. (cu o expansiune bruscă)).
Pierderea de presiune datorată rezistențelor locale este exprimată în termeni de presiune de viteză. Raportul dintre pierderea de sarcină într-o rezistență locală dată și înălțimea vitezei din aceasta se numește coeficient de rezistență locală:
Pentru toate rezistențele locale ale conductelor:
(rezumat dacă există secțiuni drepte cu o lungime de cel puțin 5d)
Coeficienții sunt prezentați în tabele, de exemplu:
· intrarea în conductă ;
Ieșire din țeavă
· supapă la => ;
macara, =>
supapa =>
supapa =>
Pierderea completă a puterii
Valoarea este exprimată în metri de coloană de lichid și nu depinde pe tipul de lichid și amploarea pierderii de presiune depinde asupra densității lichidului.
Calculele hidraulice ale dispozitivelor, în principiu, nu diferă de calculele conductelor.
Calculul diametrului conductei
Costul conductelor este o parte semnificativă a investițiilor de capital și a costurilor mari de operare. Conform cu aceasta mare importanță Are alegerea potrivita diametrul conductei.
Valoarea diametrului este determinată de viteza fluidului. Dacă este selectată o viteză mare, atunci diametrul conductei este redus, aceasta oferă:
Reducerea consumului de metal;
Costuri reduse de producție, instalare și reparații.
Totuși, în același timp, căderea de presiune necesară pentru deplasarea lichidului crește. Acest lucru necesită costuri mari pentru deplasarea lichidului.
Diametru optim trebuie să ofere un minim costuri de operare. (suma costului energiei, amortizarea și reparația).
Costuri anuale de exploatare => M (ruble/an)=A+E;
A - costurile de amortizare (cost/ani) si reparatii;
E este costul energiei.
Pe baza considerentelor tehnice și economice, se recomandă următoarele limite de viteză:
lichide de picurare:
Gravitație = 0,2 - 1 m/s
La pompare = 2 - 3 m/s
gazele:
Cu pescaj natural = 2 - 4 m/s
La presiune joasă (ventilator) = 4 – 15 m/s
La presiune mare (compresor) = 15 - 25 m/s
Cupluri:
Vapori de apă saturati = 20 - 30 m/s
Vapori de apa supraincalziti = 30 - 50 m/s.
De obicei, pierderile de presiune nu trebuie să depășească 5-15% din presiunea de refulare.
Diametrul optim al conductei trebuie să respecte GOST. GOST stabilește conceptul diametrul condiționatDy. Acesta este diametrul interior nominal al conductei. În funcție de acest diametru, sunt selectate și piesele de conectare - flanșe, teuri, dopuri etc., precum și fitinguri: robinete, supape, supape cu gură etc.
Fiecare diametru condiționat corespunde unui anumit diametru exterior, în timp ce grosimea peretelui poate fi diferită. De exemplu (mm) (pot exista abateri de la acest tabel).
Materialul conductei
aplica diverse materiale, care este asociat cu diferite temperaturi ambientale și agresivitate.
Cel mai des folosit țevi din oțel:
Țevi din fontă până la 300 0 С
Sunt folosite și altele tevi metalice=> cupru, aluminiu, plumb, titan etc Si nemetalice => polietilena, fluoroplastica, ceramica, azbest-ciment, sticla etc.
Modalități de conectare a conductelor
a) dintr-o bucată - sudate
b) Detasabil
Flanșată
Filetat
Priză (folosită pentru țevi din fontă, beton și ceramică)
Fitinguri pentru țevi
1. capcane de abur.
În comunicațiile cu abur și gaz, din cauza răcirii, poate apărea întotdeauna condensarea apei, rășinii sau a altui lichid conținut în gaz sub formă de vapori. Acumularea condensului este foarte periculoasă, deoarece, deplasându-se prin conducte cu viteză mare ( 
), un dop de lichid cu o inerție mare va provoca cel mai puternic socuri hidraulice. Ele slăbesc conductele și pot provoca distrugerea acestora.
Prin urmare, conductele de gaze sunt montate cu o pantă ușoară, iar o conductă de condens este plasată în punctul cel mai de jos.
Blocare hidraulica. Pentru liniile de vid =>
printr-un tub barometric.
La presiuni mari utilizați modele speciale de captoare de abur (discutate mai jos).
2. Supape.
1 - corp;
3 - supapă;
4 - ax;
5 - cutie de umplutură.
Supapa este lipită de scaun și blochează strâns mișcarea mediului.
Axul are o parte filetată și este conectat la volant. Etanșeitatea este asigurată de o garnitură de ulei.
Supapele sunt supape de închidere și de control, de ex. permite controlul fluid al debitului.
3. Macarale.
Un dop conic sau sferic împământat cu un orificiu traversant se rotește în corp. Macaralele sunt utilizate în principal ca supape de oprire. Este greu de controlat fluxul.
4. Vane de închidere.
Shibernaya
Există supape cu poartă plană-paralelă și cu pană. Poarta este deplasată cu ajutorul unui ax perpendicular pe axa conductei și are loc suprapunerea acesteia.
Această supapă este de închidere și control. În scopuri de automatizare, acţionarea poate fi pneumatică, electrică, hidraulică etc.
5. Există și accesorii de siguranță și protecție(siguranta si supape de reținere), armătură de control(indicatoare de nivel, robinete de testare etc.)
Toate fitingurile sunt indexate:
de exemplu: 15 cz 2br.
15 => supapa; kch => fontă maleabilă (material carcasei); 2 => numar model conform catalogului; br => suprafata de etansare din bronz.
Fitingurile sunt selectate în funcție de presiunea din conductă.
Distinge:
1) Presiunea de operare - cea mai mare suprapresiune la care functioneaza supapa perioadă lungă de timp la Temperatura de Operare medii.
2) Presiunea nominală- cea mai mare presiune (ex.) creată de mediu la 20 0 С.
Există o serie de presiuni condiționate, în funcție de care sunt realizate fitingurile:
P y \u003d 1;2,5;4;6;10;16;25;40;64;100;160;200;250;320;400 ... atm.
Alegerea lui P y se efectuează conform tabelelor în funcție de calitatea oțelului, cea mai ridicată temperatură presiune medie și de lucru.
Exemplu: Oțel Х12H10T
t mediu \u003d 400 0 С P slave \u003d 20 atm: P y \u003d 25 atm
P slave \u003d 80 atm: P y \u003d 100 atm
t mediu \u003d 660 0 С P slave \u003d 20 atm: P y \u003d 64 atm
P slave \u003d 80 atm: P y \u003d 250 atm
Determinarea rezistentei hidraulice locale
Pierderea de sarcină în rezistențele locale este determinată de formula Weisbach: , (39)
· Unde X - coeficient adimensional, depinde de tipul și proiectarea rezistenței locale, de starea suprafeței interioare și Re.
· J - viteza de deplasare a fluidului în conductă, unde este instalată rezistența locală.
Dacă între secțiuni 1-1 și 2-2 curgere există multe rezistențe locale și distanța dintre ele este mai mare decât lungimea lor influenta reciproca("6 d ), apoi se însumează pierderile locale de cap. În cele mai multe cazuri, aceasta este ceea ce se presupune când se rezolvă problemele.
.
· În sarcina noastră Pierderile locale de presiune sunt egale cu:
å h m= h ext.îngust . + h in + 2h pov . + h afară = (x interior îngust . + x in + 2x pov . + x afară )× Q 2 /(w 2 × 2g);
å h m= å x× Q 2 /(w 2 × 2g); Unde å x \u003d x ext. . + x in + 2x pov . + x afară
· În sarcina noastră pierderea totală a capului este egală cu:
h 1-2 =(l×l/d+åx) × Q 2 /(w 2 × 2g.
· Cu mișcare turbulentă dezvoltată în rezistență locală ( Re> 10 4) există o auto-asemănare turbulentă - pierderea de cap este proporțională cu viteza la a doua putere, iar coeficientul de rezistență nu depinde de numărul Re( zona patratica pentru rezistentele locale). în care x sq =const și este determinată de datele de referință (Anexa 6).
·În cele mai multe sarcini practice are loc autoasemănarea turbulentă și coeficientul de rezistență locală este o valoare constantă.
în regim laminar x = x sq × j, Unde j- funcție de număr Re (Anexa 7).
Cu o expansiune bruscă a conductei, coeficientul de expansiune bruscă este determinat după cum urmează:
X ext. ext = (1-w 1 /w 2 ) 2 =(1-d 1 2 /d 2 2) 2 (40)
· Când w 2 >>w 1 , care corespunde ieșirii lichidului din conductă în rezervor, . X afară.=1.
În cazul unei îngustări bruște a conductei, coeficientul de îngustare bruscă
X ext. îngust este egal cu:
, (41)
Unde w 1 este aria secțiunii largi (de intrare) și w 2 - zona secțiunii înguste (de ieșire).
· Când w 1 >>w 2 , care corespunde cu intrarea de lichid din rezervor în conductă, X intrare=0,5 (cu o margine anterioară ascuțită).
coeficientul de rezistență al supapei Xîn depinde de gradul de deschidere a supapei (Anexa 6).
.
În problema noastră, legea conservării energiei se pare ca:
Aceasta este ecuația de calcul pentru determinarea valorii R - forte asupra tijei pistonului.
4. Calculați mărimile incluse în ecuația (42). Inlocuim datele initiale in sistemul SI.
zona secțională 1-1 w 1 = p×d 1 2 /4 \u003d 3,14 × 0,065 2 /4 \u003d 3,32 × 10 -3 m 2.
zona secțională a conductei w = p×d 2 /4 \u003d 3,14 × 0,03 2 /4 \u003d 0,71 × 10 -3 m 2.
suma coeficienților rezistențelor locale
å x \u003d x ext. . + x in + 2x pov . + x afară = 0,39+5,5 + 2×1,32+1=9,53.
factor de contracție bruscă
Raport de viraj ascuțit de 90° X pov.= 1,32 (Anexa 6);
coeficient de rezistență la ieșirea conductei X afară.= 1 (formula 40);
coeficient de frecare l
De la numărul Reynolds Re >Re cr (2,65×105 >2300), coeficientul de frecare a fost calculat folosind formula (38).
După condiție, coeficientul de vâscozitate cinematică este dat în centistokes (cSt). 1cSt \u003d 10 -6 m 2 / s.
Coeficientul Coriolis a 1 în secțiunea 1-1
Deoarece modul de mişcare în secţiune 1-1 turbulent, atunci a 1 =1.
Alimentare pe tija
4.6.2. Determinarea debitului de fluid
Atenţie!
Din moment ce toate explicaţiile necesare şi baza teoretica aplicațiile ecuației Bernoulli au fost făcute în detaliu la rezolvarea problemei 1, legea conservării energiei pentru această problemă este derivată fără explicații detaliate.
1. Alegeți două secțiuni 1-1 și 2-2 , precum și planul de comparație 0-0 si scrie in vedere generala Ecuația lui Bernoulli:
.
Aici p 1 și p 2 sunt presiunile absolute în centrele de greutate ale secțiunilor; J1 și J2 sunt viteze medii în secțiuni; z1 și z2 - înălțimile centrelor de greutate ale secțiunilor față de planul de referință 0-0; h 1-2 – pierderea de presiune în timpul deplasării fluidului de la prima la a doua secțiune.
2. Determinați termenii ecuației Bernoulli din această problemă.
Înălțimile centrelor de greutate ale secțiunilor: z 1 = H ; z2 =0.
Viteze medii pe secțiuni: J2 = Întrebare/întreb. 2 =4× Întrebare/p/zi 2 ;
J1 = Întrebare/întreb. 1 . pentru că w 1 >>/w2 , apoi J1 <<J2 și poate fi acceptat J1 =0.
· Coeficienții Coriolis a 1 și a 2 depind de modul de mișcare a fluidului. În regim laminar a=2, iar în regim turbulent a=1.
Presiune absolută în prima secțiune p 1 \u003d p m + p la, p m - excesul de presiune (manometrică) în prima secțiune, se știe.
Presiunea absolută din secțiunea 2-2 este egală cu cea atmosferică p la , pe măsură ce lichidul curge în atmosferă.
Pierderea capului h 1-2 sunt suma pierderilor de presiune datorate frecării pe lungimea fluxului h dl si pierderi datorate rezistentei hidraulice locale å h m .
h 1-2 = h dl +å h m.
Pierderile de-a lungul lungimii sunt egale
.
Pierderile de presiune locale sunt egale
å h m=å x× J 2 /( 2g) = å x× Q 2 /(w 2 × 2g); Unde e x dat de condiţie
Pierderea totală a capului este egală cu
h 1-2 =(l×l/d+åx) × Q 2 /(w 2 × 2g);
3. Deci, înlocuim mărimile definite mai sus în ecuația lui Bernoulli .
În problema noastră, legea conservării energiei are forma:
Anulăm termenii cu presiunea atmosferică, eliminăm zerourile și dăm termeni similari. Ca rezultat, obținem:
. (43)
Aceasta este o ecuație de calcul pentru determinarea debitului unui lichid. Reprezintă legea conservării energiei pentru o problemă dată. Fluxul intră direct în partea dreaptă a ecuației, precum și în coeficientul de frecare l prin număr Re (Re = 4Q/(p×d×n) !
Fără a cunoaște debitul, este imposibil să determinați modul de mișcare a fluidului și să alegeți o formulă pentru l. În plus, în regim turbulent, coeficientul de frecare depinde de debit într-un mod complex (vezi formula (38)). Dacă expresia (38) este înlocuită în formula (43), atunci ecuația rezultată nu poate fi rezolvată prin metode algebrice, adică este transcendentală. Astfel de ecuații sunt rezolvate grafic sau numeric folosind un computer (cel mai adesea prin iterație).
Rezistența hidraulică sau pierderile hidraulice sunt pierderile totale în timpul mișcării fluidului prin canalele purtătoare de apă. Ele pot fi împărțite condiționat în două categorii:
Pierderi prin frecare - apar atunci când fluidul se deplasează în țevi, canale sau pe calea de curgere a pompei.
Pierderile datorate formării vortexului - apar atunci când un fluid curge în jurul diferitelor elemente. De exemplu, o expansiune bruscă a unei țevi, o îngustare bruscă a unei țevi, o întoarcere, o supapă etc. Astfel de pierderi sunt de obicei numite rezistențe hidraulice locale.
Coeficient de rezistență hidraulică
Pierderile hidraulice sunt exprimate fie în pierderi de sarcină Δh în unități liniare ale coloanei medii, fie în unități de presiune ΔP:
unde ρ este densitatea mediului, g este accelerația de cădere liberă.
În practica industrială, mișcarea fluidului în fluxuri este asociată cu necesitatea de a depăși rezistența hidraulică a conductei de-a lungul lungimii fluxului, precum și diferite rezistențe locale:
se întoarce
Deschidere
supapă
supape
Macarale
Diverse ramuri și altele asemenea
Pentru a depăși rezistențele locale, o anumită parte a energiei curgerii este cheltuită, ceea ce este adesea numit pierderea presiunii asupra rezistențelor locale. În mod obișnuit, aceste pierderi sunt exprimate ca fracții de înălțime de viteză corespunzătoare vitezei medii a fluidului în conductă înainte sau după rezistența locală.
Analitic, pierderea de sarcină datorată rezistenței hidraulice locale este exprimată ca
h r = ξ υ 2 / (2g)
unde ξ este coeficientul de rezistență locală (determinat de obicei empiric).
Datele despre valoarea coeficienților diferitelor rezistențe locale sunt date în cărțile de referință relevante, manualele și diverse manuale despre hidraulică sub formă de valori individuale ale coeficientului de rezistență hidraulică, tabele, formule empirice, diagrame etc.
Studiul pierderilor de energie (pierderile capului pompei) datorate diferitelor rezistențe locale se desfășoară de mai bine de o sută de ani. Ca rezultat al studiilor experimentale efectuate în Rusia și în străinătate în diferite momente, a fost obținută o cantitate imensă de date referitoare la o varietate de rezistențe locale pentru sarcini specifice. În ceea ce privește studiile teoretice, doar anumite rezistențe locale le sunt susceptibile până acum.
Acest articol va analiza câteva rezistențe locale tipice care sunt adesea întâlnite în practică.
Rezistență hidraulică locală
După cum sa menționat deja mai sus, pierderile de presiune în multe cazuri sunt determinate empiric. În acest caz, orice rezistență locală este similară cu rezistența în timpul unei expansiuni bruște a jetului. Există suficiente temeiuri pentru aceasta, având în vedere că comportamentul curgerii în momentul în care depășește orice rezistență locală este asociat cu o dilatare sau contracție a secțiunii transversale.
Pierderi hidraulice datorate îngustării bruște a conductei
Rezistența în cazul îngustării bruște a țevii este însoțită de formarea unei zone de vârtej în locul îngustării și scăderea jetului la dimensiuni mai mici decât secțiunea transversală a unei țevi mici. După ce a trecut de secțiunea de îngustare, jetul se extinde la dimensiunile secțiunii interne a conductei. Valoarea coeficientului de rezistență locală în cazul unei îngustări bruște a conductei poate fi determinată prin formula.
ξ int. mai îngust \u003d 0,5 (1- (F 2 / F 1))
Valoarea coeficientului ξ ext. judecând după valoarea raportului (F 2 /F 1)) poate fi găsit în manualul hidraulic corespunzător.
Pierderi hidraulice la schimbarea direcției conductei la un anumit unghi
În acest caz, jetul este mai întâi comprimat și apoi extins datorită faptului că, în punctul de rotație, fluxul, așa cum ar fi, este stors din pereții conductei prin inerție. Coeficientul de rezistență locală în acest caz este determinat de tabele de referință sau de formulă
ξ turn = 0,946sin(α/2) + 2,047sin(α/2) 2
unde α este unghiul de rotație al conductei.
Rezistență hidraulică locală la intrarea în conductă
Într-un caz particular, admisia conductei poate avea o margine de intrare ascuțită sau rotunjită. Conducta în care intră lichidul poate fi amplasată la un anumit unghi α față de orizontală. În cele din urmă, în secțiunea de admisie poate exista o diafragmă care îngustează secțiunea. Dar toate aceste cazuri se caracterizează prin compresia inițială a jetului și apoi extinderea acestuia. Astfel, rezistența locală la intrarea în conductă poate fi redusă la o expansiune bruscă a jetului.
Dacă lichidul intră într-o conductă cilindrică cu o margine ascuțită de intrare și conducta este înclinată spre orizont la un unghi α, atunci valoarea coeficientului de rezistență local poate fi determinată prin formula Weisbach:
ξ în \u003d 0,505 + 0,303 sin α + 0,223 sin α 2
Rezistența hidraulică locală a supapei
În practică, se întâlnește adesea problema calculării rezistențelor locale create de supapele de închidere, de exemplu, supape de blocare, supape, clapete, robinete, supape etc. În aceste cazuri, partea de curgere, formată din diferite dispozitive de blocare, poate avea forme geometrice complet diferite, însă esența hidraulică a curgerii la depășirea acestor rezistențe este aceeași.
Rezistența hidraulică a unei supape de închidere complet deschisă este egală cu
supapa ξ = 2,9 până la 4,5
Valorile coeficienților de rezistență hidraulică locală pentru fiecare tip de supape pot fi determinate din cărțile de referință.
Pierderea diafragmei hidraulice
Procesele care apar în dispozitivele de blocare sunt în multe privințe similare cu procesele când lichidul curge prin diafragmele instalate într-o țeavă. În acest caz, jetul se îngustează și apoi se extinde. Gradul de îngustare și expansiune a jetului depinde de o serie de condiții:
modul de mișcare fluidă
raportul dintre diametrele orificiului diafragmei și conductei
caracteristicile de proiectare ale diafragmei.
Pentru o diafragmă cu margini ascuțite:
ξ deschidere = d 0 2 / D 0 2
Rezistență hidraulică locală când jetul intră sub nivelul lichidului
Depășirea rezistenței locale atunci când jetul intră sub nivelul lichidului într-un rezervor suficient de mare sau într-un mediu neumplut cu lichid este asociată cu pierderea energiei cinetice. Prin urmare, coeficientul de rezistență în acest caz este egal cu unitatea.
intrare ξ = 1
Video despre rezistența hidraulică
Pentru a depăși pierderile hidraulice, munca diferitelor dispozitive (pompe și mașini hidraulice) este cheltuită.
Pentru a reduce influența pierderilor hidraulice, se recomandă evitarea utilizării nodurilor în proiectarea traseului care contribuie la schimbări bruște ale direcției fluxului și încercarea de a folosi un corp aerodinamic în proiectare.
Chiar și atunci când se utilizează țevi absolut netede, trebuie să se confrunte cu pierderi: în regimul de curgere laminar (conform lui Reynolds), rugozitatea peretelui nu are un efect mare, dar la trecerea la un regim de curgere turbulent, rezistența hidraulică a țevii. de obicei crește și.
