Предпосылки для определения местных потерь напора

Включенные в трубопровод устройства, наличие которых обусловли­вает резкоизменяющееся движение, называют местными гидравлическими сопротивлениями. Примерами таких устройств являются: резкое расширение или сужение трубопровода, регулирующие устройства (краны, задвижки), средства измерения расхода (диафрагмы, счетчики, водомеры), колена, обеспечивающие изменение направления оси трубопровода, сет­ки фильтров и т.п.

Предположим, что для расчета характеристик потока в трубопроводе используется уравнение Бернулли и на каких-либо участках трубопрово­да движение резкоизменяющееся. Потери напора на этих участках назы­вают местными (так как они сосредоточены на сравнительно небольшой длине трубопровода) и обозначают . Для вычисления местных потерь напора необходимо установить зависимости, аналогичные зависимостям для вычисления потерь по длине. Для получения таких зависимостей бу­дем основываться на следующих предпосылках.

1. Потери напора (диссипация механической энергии, отнесенная к весовому расходу) на участке резкоизменяющегося движения зависят от внутренней структуры турбулентного потока. Как и при равномерном движении, структура потока определяется механическими свойствами жидкости (, ), расходом Q, геометрическими размерами и формой трубы (канала) на участке, который обусловливает резкое изменение потока (рис. 5.22), а также ускорением силы тяжести g. Отметим, что такая характеристика внутренней поверхности трубы (канала), как ше­роховатость, в этом случае играет несущественную роль и из рассмотре­ния исключается. Таким образом, полагаем, что

, Q, g, параметры размеров и формы гидравлического сопротивления). (5.130)

Например, в сравнительно простом случае, когда гидравлическое сопротивление состоит из круглоцилиндрических участков (см. рис. 5.22), такими параметрами являются a, D₁, D₂, D₃; в других случаях таких пара­метров может быть значительно больше.

 

 

Рис. 5.22. Резкоизменяющееся напорное движение жидкости

2. Если выбрать в канале некоторое характерное поперечное сечение потока (например, 1—1 на рис. 5.22), то остальные размеры канала мож­но представить как безразмерные, отнеся их к размерам выбранного се­чения. При этом параметры данного участка трубы можно характеризо­вать одной размерной величиной (например, значением ), а безраз­мерные величины D₂/ , D₃/ , будут определять форму участка трубы.

Вводя в расчет один линейный размер D,, целесообразно, как и при равномерном движении, вместо Q ввести в расчет среднюю скорость в этом сечении: Учитывая вышеизложенное, перепишем (5.130):

(5.131)

Из пяти размерных величин, входящих в это выражение, можно составить две безразмерные комбинации: и

и представить (5,131) в виде (5,132)

Как и при равномерном движении, будем считать, что это число Re_D определяет внутреннюю структуру турбулентного потока. Однако пред­шествующие рассуждения пока не позволили установить рациональную структуру зависимости для определения h_j

3. Как показали экспериментальные исследования, при резкоизме-няющемся движении потери напора имеют место главным образом на тех участках потока, на которых он расширяется (например, на участке меж­ду сечениями с—с и 2—2 на рис. 5.22). При сжатии потока (участок меж­ду 1—1 и с—с) потери напора значительно меньше. Это связано в опреде­ленной мере с двумя обстоятельствами:

а) на участках расширения обычно существуют водоворотные облас­ти, объем которых значительно больше, чем на участках сужения; эти области взаимодействуют с транзитным потоком (при турбулентном дви­жении за счет водообмена через граничную поверхность Г), забирают у него и диссипируют значительное количество энергии;

б) при турбулентном режиме движения, который в основном и пред­ставляет практический интерес, на участках расширения возрастают зна­чения пульсационной скорости и часть кинетической энергии осредненного движения (которую оценивают и измеряют величиной скорост­ного напора) переходит в энергию пульсационного движения (которая выпадает из баланса механической энергии, описываемого уравнением Бернулли, и в свою очередь быстро переходит в тепло).

Имея это в виду, для определения структуры функции в зависимо­сти (5.132) для рассмотрим потерю напора при резком расширении уста­новившегося турбулентного потока и, получив для нее зависимость, ис­пользуем структуру этой зависимости для других случаев резкоизменяю-щегося движения.

 

 

---

Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 15; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!