При постепенном расширении трубопровода

Пренебрегая изменением коэффициента гидравлического трения λ по длине диффузора можно получить выражение для суммарного коэффициента сопротивления диффузора (7.8):

. (7.8)

Таким образом, коэффициент сопротивления диффузора есть величина, зависящая от коэффициента гидравлического сопротивления λ, угла конусности α, степенью расширения n: ζ_диф=f(λ,α,n). Наивыгоднейший угол диффузора зависит от λ и n и изменяется в пределах от 5° до 8°.

Постепенное сужение трубопровода приводит к росту скорости потока и уменьшению давления. Постепен но суживающаяся труба называется конфузором (рисунок 7.5). Так как жидкость движется от большего давления к меньшему, то причин для срыва потока в конфузоре меньше. Отрыв потока от стенок имеет место на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Поэтому сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление диффузора с теми же геометрическими характеристиками. Потери напора в конфузоре также складываются из потерь на постепенное сужение и потерь на трение.

Потери напора на трение определяются аналогично тому, как это делается для диффузора. Потери напора на сужение приобретают значение при a>50°. Их находят при значениях коэффициента z_п.с=К_п.сz_вн.с. К_п.с – коэффициент смягчения, учитывающий уменьшение коэффициента z_п.с постепенного сужения по сравнению с коэффициентом z_вн.с внезапного сужения. Значения коэффициента К_п.с от угла сходимости a_сх представлены на рисунке 7.6.

Коэффициент местного сопротивления постепенного сужения трубы можно представить в виде (7.9):

. (7.9)

При выводе этой формулы предполагалось, что поток отрывается от стенок. Если уменьшить сжатие струи путем плавного сопряжения конической части с цилиндрической или замены конической части криволинейной, то потери можно значительно уменьшить. Коэффициент сопротивления такого плавного сопряжения (его иногда называют соплом) принимается равным ζ=0,01-0,1 в зависимости от степени сужения, его плавности и числа Рейнольдса.

7.2.2 Потери при изменении направления потока

Рассмотрим течение потока жидкости на повороте трубопровода. В результате искривления потока на вогнутой стороне внутренней поверхности трубы давление больше, чем на выпуклой. В связи с этим создаются различия в скорости и направлении по течению, способствующие отрыву потока от стенок. Это приводит сначала к сужению струи, а затем к ее расширению. При этом возникают значительные потери напора.

При резком повороте трубы (рисунок 7.7), который называется простым или острым коленом (незакругленное колено), потери напора особенно велики. Их можно оценить, применив формулу Борда. Коэффициент местного сопротивления колена равняется . (7.10)

Коэффициент сжатия струи e зависит от величины угла поворота a. Так, например, при a=0 e=1, а при a=90° (прямоугольное колено) e=0,5. То есть ширина вихря составляет около половины ширины трубы. Для последнего случае получаем:

. (7.11)

Данный результат (7.11) хорошо согласуется с опытами.

При плавном закруглении трубы (закругленное колено, отвод) вихреобразование уменьшается (рисунок 7.8), потери напора становятся значительно меньше. Коэффициент сопротивления отвода зависит от угла поворота, а также от отношения радиуса закругления к диаметру трубы и от величины коэффициента гидравлического сопротивления λ.

Для отводов кругового сечения с углом поворота α=90˚ значение коэффициента местного сопротивления дается формулой (7.12), а при больших числах Рейнольдса формулой Б. Некрасова (7.13):

, (7.12)

. (7.13)

При d/R=1 из последней формулы получаем ζ_90˚=0,24, то есть значение коэффициента местного сопротивления в четыре раза меньше, чем при резком повороте.

При повороте на любой угол α можно приближенно принимать . (7.14)

Для определения коэффициента местного сопротивления сегментного колена (рисунок 7.9) при 5-6 звеньях предлагается эмпирическая формула А. Панченко (7.15):

. (7.15)