ОПРЕДЕЛЕНИЕ

хидравлично съпротивлениенаречена загуба на специфична енергия при преминаването й в топлина в зоните хидравлични системи, които са причинени от вискозно триене.

В този случай тези загуби се разделят на:

• загуби, произтичащи от равномерното протичане на вискозен флуид през права тръба с постоянно напречно сечение. Това са така наречените загуби от триене по дължината, които са пропорционални на дължината на тръбата. Съпротивлението по дължината се причинява от силите на вискозното триене;
• загуби, които се генерират от локални хидравлични съпротивления, например промени във формата и/или размера на канала, които променят потока. Тези загуби се наричат ​​местни. Местните съпротивления се обясняват с промените в скоростта на потока по големина и посока.

Загубите в хидравликата се измерват в единици за дължина, когато говорим за загуба на напор () или в единици за налягане ().

Коефициент на Дарси за ламинарен флуиден поток

Ако течността тече равномерно през тръбата, тогава загубата на напор по дължината () се намира по формулата на Дарси-Вайсбах. Тази формула е валидна за кръгли тръби.

където е коефициентът на хидравлично съпротивление (коефициент на Дарси), е ускорението на свободно падане, d е диаметърът на тръбата. Коефициентът на хидравлично съпротивление () е безразмерна стойност. Този коефициент е свързан с числото на Рейнолдс. Така че за тръба под формата на кръгъл цилиндър коефициентът на хидравлично съпротивление се счита за равен на:

При ламинарен поток, за да се намери хидравлично триене при Re2300, се използва следната формула:

За тръби, чието напречно сечение се различава от кръга, коефициентът на хидравлично триене се приема равен на:

където A=57, ако сечението на канала е квадратно. Всички горепосочени формули са валидни за ламинарния флуиден поток.

Коефициент на хидравлично съпротивление при турбулентен поток

Ако потокът е турбулентен, тогава няма аналитичен израз за коефициента на съпротивление. За такова движение на флуида коефициентът на съпротивление като функция от числото на Рейнолдс се получава емпирично. За кръгла цилиндрична гладка тръба, разглежданият коефициент при се изчислява по формулата на Блаузиус:

При турбулентно движение на флуида коефициентът на хидравлично триене зависи от естеството на движението (число на Рейнолдс) и от качеството (гладкостта) на стените на тръбата. Грапавостта на тръбите се оценява с помощта на определен параметър, който се нарича абсолютна грапавост ().

локална съпротива

Локалните съпротивления генерират промени в модула и посоката на скоростта на флуида в определени участъци от тръбата и това е свързано с допълнителни загуби на налягане.

Коефициентът на локално съпротивление се нарича безразмерен физическо количество, често означаван като , равен на съотношението на загубата на напор в разглежданото локално съпротивление () към скоростния напор ():

Стойността се определя експериментално.

Ако скоростта на потока на флуида в цялата секция е постоянна и равна на , тогава коефициентът на локално съпротивление може да се определи като:

Лекция 6

Загуба на специфична енергия (глава), включена в уравнението на Бернули

,

са резултат от хидравлично съпротивление.

Хидравлично съпротивление -сили на триене, които се появяват в течността по време на нейното движение и причиняват загуба на глава.

Определянето на загубите на енергия от потока е един от най-важните въпроси в почти всяко хидравлично изчисление. Разглеждайки този въпрос, ще имаме предвид загубата на енергия от поток в неподвижен канал (тръба, канал), поради работата само на силите на триене (външни и вътрешни), възникващи в течността по време на нейното движение. Именно тази загуба на специфична енергия (загуба на налягане) взема предвид уравнението на Бернули.

Има два вида загуба на налягане:

Загуба на главата по дължината, означена с ;

Локална загуба на глава, означена с .

Загубата на налягане по дължината е тази част от енергията на потока, която се изразходва за преодоляване на триенето в правите участъци на каналите (тръба, канал), където движението на флуида е равномерно или донякъде неравномерно (плавно променящо се) . Тази енергия се превръща в топлина и се губи безвъзвратно от потока.

Локалните загуби на налягане са тази част от енергията, която също се изразходва за преодоляване на триенето, но на места, където потокът претърпява рязка деформация, в резултат на което в сравнително малка площ се нарушава равномерното движение на течността.

Деформацията на потока (нарушаване на равномерното движение) възниква, когато навлиза в тръбата, с рязко разширяване и свиване на тръбопровода, на места, където са монтирани клапани, клапани, когато тръбата се завърта и др.

Загубата на главата по дължината се определя по формулата A. Darcy - J. Weisbach:

За кръгли тръби

За тръбопроводи с всякаква форма на напречно сечение

. (84)

Локалните загуби на налягане се определят по формулата на J. Weisbach.

Хидравлично съпротивление

В тръбопроводи ( а.хидравлично съпротивление; н. hydraulischer Widerstand; е.съпротивителна хидравлика; и. perdida de presion por rozamiento) - съпротивление на движението на течности (и газове), осигурено от тръбопровода. G. s. на участъка на тръбопровода се оценява чрез стойността на "загубеното" налягане ∆p, което е тази част от специфичната енергия на потока, която се изразходва необратимо за работата на съпротивителните сили. С постоянен поток на течност (газ) в тръбопровода кръгло сечение∆p (n / m 2) се определя по формулата

Където λ е коефициентът. хидравличен съпротивление на тръбопровода; u - вж. напречно сечение скорост на потока, m/s; D - междун. диаметър на тръбопровода, m; L - дължина на тръбопровода, m; ρ - течности, kg / m 3.
Местен Г. с. се изчисляват по формулата

където ξ - коефициент. локална съпротива.
В хода на експлоатацията на главните тръбопроводи Г. на с. се увеличава поради парафин (нефтопроводи), натрупване на вода, кондензат или образуване на въглеводородни газови хидрати (газопроводи). За намаляване на G. s. произвеждат периодично. почистване отвътре кухини на тръбопроводи скрепери или дистанционери. См.Вижте също Хидравличен транспорт. В. А. Юфин.

Планинска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. Под редакцията на E. A. Kozlovsky. 1984-1991 .

Вижте какво е "хидравлично съпротивление" в други речници:

хидравлично съпротивление- Устойчивост на движението на флуид, което води до загуба на механична енергия на потока. [GOST 15528 86] хидравлично съпротивление Съпротивление, което се появява в движеща се течност поради действието на външни или вътрешни сили на триене и се проявява ... Наръчник за технически преводач

Устойчивост на движението на течности (и газове) през тръби, канали и т.н. поради техния вискозитет (виж ХИДРОДИНАМИЧНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ). Физически енциклопедичен речник. Москва: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1983... Физическа енциклопедия

Същото като хидродинамичното съпротивление, но терминът обикновено се използва в хидравликата ... Голям енциклопедичен речник

хидравлично съпротивление- 3.16. хидравлично съпротивление: Загубата на налягане в котела, измерена като разлика в налягането между входящите и изходящите тръби при обемен дебит, съответстващ на номиналната топлинна мощност [EN 303-1]. Източник … Речник-справочник на термините на нормативно-техническата документация

Същото като хидродинамичното съпротивление, но терминът обикновено се използва в хидравликата. * * * ХИДРАВЛИЧНО СЪпротивление ХИДРАВЛИЧНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ, същото като хидродинамичното съпротивление (виж ХИДРОДИНАМИЧНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ), но терминът ... ... енциклопедичен речник

хидравлично съпротивление- hidraulinis pasipriešinimas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. съпротивление на потока; хидравлично съпротивление вок. Strömungswiderstand, m rus. хидравлично съпротивление, m; съпротивление на потока, n pranc. съпротивление hydraulique, f … Fizikos terminų žodynas

Устойчивост на движението на течности (и газове) през тръби, канали и др., поради техния вискозитет. За повече подробности вижте Хидродинамично съпротивление... Голяма съветска енциклопедия

Всички загуби на хидравлична енергия са разделени на два вида: загуби от триене по дължината на тръбопроводите (обсъдени в параграфи 4.3 и 4.4) и локални загуби, причинени от такива елементи на тръбопроводи, при които поради промяна в размера или конфигурацията на канала, настъпва промяна в скоростта на потока, отделяне на потока от стените на каналите и възникване на вихрово образуване.

Най-простите локални хидравлични съпротивления могат да бъдат разделени на разширения, стеснения и завои на канали, всяко от които може да бъде внезапно или постепенно. По-сложните случаи на локална резистентност са съединения или комбинации от изброените най-прости съпротивления.

Нека разгледаме най-простите локални съпротивления в режим на турбулентен поток в тръба.

1. Внезапно разширяване на канала. Загубата на налягане (енергия) при внезапно разширяване на канала се изразходва за образуване на вихър, свързано с отделяне на потока от стените, т.е. за поддържане на ротационно непрекъснато движение на течните маси с постоянното им обновяване.

Ориз. 4.9. Внезапно разширяване на тръбата

При внезапно разширяване на канала (тръбата) (фиг. 4.9) потокът се откъсва от ъгъла и се разширява не внезапно, като канал, а постепенно, като в пръстеновидното пространство между потока и стената на тръбата се образуват вихри, които са причина за загубите на енергия. Помислете за две секции на потока: 1-1 - в равнината на разширение на тръбата и 2-2 - на мястото, където потокът, като се разшири, изпълни цялата секция на широка тръба. Тъй като потокът между разглежданите секции се разширява, скоростта му намалява и налягането се увеличава. Следователно вторият пиезометър показва височината при Δ Хпо-голям от първия; но ако нямаше загуби на налягане на това място, тогава вторият пиезометър щеше да покаже по-висока височина от друг h вътр. Тази височина е локалната загуба на глава на разширение, която се определя по формулата:

където S1, S2- площ на напречното сечение 1-1 и 2-2 .

Този израз е следствие Теореми на Борда, който гласи, че загубата на напор при внезапно разширяване на канала е равна на скоростната глава, определена от разликата в скоростите

Израз (1 - С 1 /С 2) 2 се обозначава с гръцката буква ζ (зета) и се нарича коефициент на загуба, така

2. Постепенно разширяване на канала. Постепенно разширяваща се тръба се нарича дифузор (фиг. 4.10). Потокът на скоростта в дифузора се придружава от неговото намаляване и увеличаване на налягането и следователно преобразуване на кинетичната енергия на течността в енергия на налягането. В дифузора, както в случай на внезапно разширяване на канала, основният поток се отделя от стената и възниква вихрово образуване. Интензитетът на тези явления се увеличава с увеличаване на ъгъла на разширение на дифузора α.

Ориз. 4.10. Постепенно разширяване на тръбата

Освен това има обичайните загуби от тръни в дифузора, подобни на тези, които възникват в тръби с постоянно напречно сечение. Общата загуба на налягане в дифузора се счита за сума от два члена:

където h trи h вътр- загуба на налягане поради триене и разширение (образуване на вихър).

където n = С 2 /С 1 = (r 2 /r 1) 2 - степента на разширение на дифузора. Загуба на разширителна глава h вътре от същото естество, както в случай на внезапно разширяване на канала

където к- коефициент на омекотяване, при α= 5…20°, к= sinα.

Като се има предвид това, общата загуба на глава може да бъде пренаписана като:

откъдето коефициентът на съпротивление на дифузора може да се изрази с формулата

Ориз. 4.11. Зависимост на ζ diff от ъгъла

Функция ζ = е(α) има минимум при някаква най-благоприятна оптимална стойност на ъгъла α, чиято оптимална стойност се определя от следния израз:

Замествайки в тази формула λ т=0,015…0,025 и н= 2…4 получаваме α на едро= 6 (фиг.4.11).

3. внезапно стесняване на канала. В този случай загубата на налягане се дължи на триенето на потока на входа на по-тясна тръба и загубите от образуване на вихри, които се образуват в пръстеновидния пръстен около стеснената част на потока (фиг. 4.12).

Ориз. 4.12. Внезапно стесняване на тръбата

4.13. конфузер

Общата загуба на налягане се определя по формулата;

където коефициентът на съпротивление на стесняване се определя от полу-емпиричната формула на I.E. Иделчик:

при което n \u003d S 1 / S 2- степента на стесняване.

Когато тръба излиза от голям резервоар, когато може да се предположи, че S2/S1= 0, а също и при липса на закръгляне на входния ъгъл, коефициентът на съпротивление ζ тесен = 0,5.

4. Постепенно стесняване на канала. Това локално съпротивление е конична сближаваща се тръба, наречена конфузер(фиг.4.13). Потокът на течност в конфузора е придружен от увеличаване на скоростта и намаляване на налягането. Има само загуби от триене в конфузора

където коефициентът на съпротивление на конфузора се определя по формулата

при което n \u003d S 1 / S 2- степента на стесняване.

Леко вихрово образуване и отделяне на потока от стената с едновременно компресиране на потока се получава само на изхода на конфузора при кръстовището на коничната тръба с цилиндричната. Чрез заобляне на входния ъгъл загубата на напор на входа на тръбата може да бъде значително намалена. Нарича се конфузер с плавно съвпадащи цилиндрични и конични части дюза(фиг.4.14).

Ориз. 4.14. Дюза

5. Внезапно огъване на тръбата (коляно). Този тип локално съпротивление (фиг. 4.15) причинява значителни загуби на енергия, т.к в него настъпва разделяне на потока и образуване на вихри и колкото по-голяма е загубата, толкова по-голям е ъгълът δ. Загубата на глава се изчислява по формулата

където ζ броя- коефициент на съпротивление на коляното на кръгово напречно сечение, който се определя от графиката в зависимост от ъгъла на коляното δ (фиг. 4.16).

6. Постепенно огъване на тръбата (закръглено коляно или коляно). Гладкостта на завоя значително намалява интензивността на образуването на вихри и следователно съпротивлението на прибиране в сравнение с лакътя. Това намаление е толкова по-голямо, колкото по-голям е относителният радиус на кривината на завоя R/d

Хидравлични загуби

Загубата на специфична енергия (напор) или хидравличните загуби зависят от формата, размера и грапавостта на канала (тръби и др.), както и от скоростта на потока и вискозитета на течността, но практически не зависят от абсолютната стойност на налягането в него.

В повечето случаи хидравличните загуби са приблизително право пропорционални на квадрата на дебита на флуида, така че е обичайно в хидравликата да се изразяват хидравличните загуби на общия напор в линейни единици.

където коефициентът е безразмерен коефициент на съпротивление, изразяващ съотношението на загубения напор към напора на скоростта.

Хидравличните загуби се разделят на локални и загуби от триене.

Локалните загуби се дължат на т. нар. локално хидравлично съпротивление (промяна на формата и размера на канала, в тръбите - завои, диафрагми, кранове и др.).

Загубата от триене или загубата на дължина е загубата на енергия, която възниква в прави тръби с постоянно напречно сечение. Те се причиняват от вътрешно триене в течността и следователно се извършват не само в груби, но и в гладки тръби.

В този случай е по-удобно да се свърже коефициентът на съпротивление на триене с относителната дължина на тръбата

където е безразмерният коефициент на загубите от триене.

3.12.1 Локални загуби на налягане

Локалните загуби на налягане възникват в относително къси участъци от потока, където има промяна в големината и посоката на средната скорост. Такива промени в скоростта обикновено се случват във фитинги и фитинги на тръбопроводи - в завои, преходи, тройници, кранове, вентилация, клапани и др. Движението на течността в зоната на локални препятствия е придружено от рязко нарушение на структурата на потока, образуването на допълнителни вихри и вихрови зони, завихряне и нарушаване на хармонията на потока.

Въпреки разнообразието от геометрични конфигурации на локалните съпротивления, във всяко от тях е възможно да се разграничи участък, където потокът е принуден да намалява или увеличава средната си скорост. Понякога локалното съпротивление представлява последователно редуване на такива участъци.

Ето защо е препоръчително да започнем изучаването на локалните съпротивления с най-простия случай - внезапно разширяване на потока (фиг. 3.16).

Локалната загуба на напор, причинена от внезапно разширяване на потока в зоната между секции 1-1 и 2-2, се определя като разлика в специфичните енергии на течността в секциите:

. (3.96)
За да определим разликата в налягането, включена в уравнение (3.95), прилагаме към задвижващия обем течност между секции 1-1 и 2-2 известната от механиката теорема за промяната в импулса в проекциите върху оста на потока S-S.

За това:

1) определете импулса на външните сили, действащи върху разглеждания обем в посока на движение;

2) намираме промяната в импулса като разликата между втория импулс, изваден от разглеждания обем и въведен в него.

След трансформации получаваме:

. (3.97) От формула (3.97) се вижда, че загубата на напор (специфична енергия) при внезапно разширяване на канала е равна на скоростния напор, изчислен от разликата в скоростите. Тази разпоредба се нарича теорема на Борда-Карно.

Загубата на главата поради внезапно разширяване може да се дължи или на V 1 или към V 2 .Имайки предвид това V 1 ω 1 = V 2 ω 2това е V 2= V 1 ω 1 / ω 2(съгласно уравнението за непрекъснатост), то формула (3.97) може да се запише в следния вид, съответстващ на общ начинизрази на локални загуби

. (3.98)

Уравнението (3.98) се нарича формула на Вайсбах.

Следователно, за случай на внезапно разширение на канала, коефициентът на съпротивление е равен на

. (3.99)
Тази теорема е добре потвърдена от експериментални данни за турбулентен поток и се използва широко в изчисленията.

В частния случай, когато площта ω 2много голяма в сравнение с района ω 1а оттам и скоростта V 2може да се счита за равна на нула, загубата от разширение е равна на

тоест в този случай се губи цялата скоростна глава (цялата кинетична енергия, която има течността). коефициент на съпротивление ξ в този случай е равно на единица.

Помислете за случая на внезапно стесняване на канала.

При внезапно стесняване, както е показано от многобройни експерименти, флуидният поток започва да се компресира на определено разстояние, преди да влезе в тесния участък. След навлизане в тесния участък, поради инерция, компресията на потока продължава до минималното напречно сечение ω с, след което струята започва да се разширява, докато запълни цялото напречно сечение на тесния участък на тръбопровода ω 2. загуба на глава при взаимно движение ч в.С. при прехода на потока от участъка ω 1към раздел ω 2свързано с разширяването на струята от раздел C-C– 2-2 и може да се намери по формулата на Борда

, (3.101)

и като се вземе предвид уравнението за непрекъснатост

. (3.102)

Съотношението на площта на компресираната част на струята към площта на канала, където се наблюдава това компресиране, се нарича коефициент на компресия на струята

Имайки това предвид

. (3.104)

Опитът показва, че стойността ε зависи от съотношението на площите на тръбопровода преди и след стесняването.

Разгледахме два вида локални загуби на налягане - с внезапно разширяване и стесняване на тръбопровода, при които коефициентът на съпротивление се определя теоретично. За всички останали локални съпротивления стойността на коефициента на съпротивление се определя емпирично.

Най-често срещаните локални съпротивления са:

Тръбата е разположена под ъгъл спрямо стената на резервоара;

Тръбата е разположена перпендикулярно на стената на резервоара;

Тръбно коляно със закръгление под ъгъл 90 0;

Рязко завъртане на тръбата и др.
Числовите стойности на коефициентите на съпротивление за тези случаи обикновено са дадени в справочната литература.

В заключение трябва да се отбележи, че стойността на локалното съпротивление остава постоянна само в случай на развит турбулентен режим при Re>3000. В преходната зона и в ламинарния режим ( Re< 3000) следует учитывать увеличение ξ, вызываемое существенным влиянием сил вязкостного трения.