Зависимостта на коефициента на съпротивление на тръбата. Определяне на коефициента на локално съпротивление

Всички хидравлични загуби на енергия се разделят 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, в които поради промяна в размера или конфигурацията на канала, настъпва промяна в скоростта на потока, отделяне на потока от каналите на стените и възникване на образуване на вихри.

Най-простите локални хидравлични съпротивления могат да бъдат разделени на разширения, стеснения и завои на канала, всеки от които може да бъде внезапен или постепенен. По-сложните случаи на локално съпротивление 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) по време на внезапно разширяване на канала се изразходва за образуване на вихри, свързани с отделяне на потока от стените, т.е. за поддържане на ротационното 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, и в пръстеновидното пространство между потока и стената на тръбата се образуват вихри, които са причина за енергийни загуби. Помислете за две секции на потока: 1-1 - в равнината на разширение на тръбата и 2-2 - на мястото, където потокът, след като се разшири, запълни целия участък на широка тръба. Тъй като потокът между разглежданите секции се разширява, неговата скорост намалява и налягането се увеличава. Следователно вторият пиезометър показва височината при Δ зпо-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 напор при 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, което гласи, че загубата на напор по време на внезапно разширяване на канала е равна на скоростния напор, определен от разликата в скоростите

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

2. Постепенно разширяване на канала. Постепенно разширяваща се тръба се нарича дифузьор (фиг. 4.10). Потокът на скоростта в дифузора е придружен от неговото намаляване и увеличаване на налягането и, следователно, преобразуването на кинетичната енергия на течността в енергия на налягането. В дифузора, както при рязко разширяване на канала, основният поток се отделя от стената и се образува вихър. Интензивността на тези явления нараства с увеличаване на ъгъла на разширение на дифузора α.

Ориз. 4.10. Постепенно разширяване на тръбата

В допълнение, в дифузора има обичайните загуби на шипове, подобни на тези, които възникват в тръби с постоянно напречно сечение. Общата загуба на налягане в дифузора се разглежда като сбор от два члена:

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

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 при внезапно разширяване на канала

където к- фактор на омекване, при α= 5…20°, к= sinα.

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

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

Ориз. 4.11. Зависимост на ζ диф от ъгъла

Функция ζ = f(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 T=0,015…0,025 и н= 2…4 получаваме α търговия 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 поради образуването на вихри, които се образуват в пръстена около стеснената част на потока (фиг. 4.12).

Ориз. 4.12. Внезапно стесняване на тръбата

4.13. обърквач

Общата загуба на налягане се определя по формулата;

където коефициентът на съпротивление на стесняване се определя от полуемпиричната 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 приеме, че S2/S1= 0, а също и при липса на закръгляване на входния ъгъл, коефициентът на съпротивление ζ тесни = 0,5.

4. Постепенно стесняване на канала. Това локално съпротивление е конусовидна събирателна тръба, наречена обърквач(фиг.4.13). Потокът от течност в конфузора е придружен от увеличаване на скоростта и намаляване на налягането. В конфузора има само загуби от триене

където коефициентът на съпротивление на конфузора се определя по формулата

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

Леко завихряне и отделяне на потока от стената с едновременно компресиране на потока се получава само на изхода на конфузора на 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 конфузор с плавно свързващи се 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 възниква разделяне на потока и образуване на вихри и колкото по-голяма е загубата, толкова по-голям е ъгълът δ. Загубата на напор се изчислява по формулата

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

6. Постепенно огъване на тръбата (заоблен лакът или лакът). Плавността 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 кривина на завоя R/dфиг.4.17). Коефициент на съпротивление на изхода ζ представителзависи от връзката R/d, ъгъл δ, както и формата на напречното сечение на тръбата.

За кръгли завои с ъгъл δ= 90 и R/d 1 с турбулентен поток, можете да използвате емпиричната формула:

За ъгли δ 70° коефициент на съпротивление

и при δ 100°

Загубата на налягане в коляното се определя като

Всичко по-горе се отнася за турбулентното движение на течност. При ламинарно движение местните съпротивления играят малка роля при определяне на общото съпротивление на тръбопровода. Освен това законът за съпротивлението в ламинарен режим е по-сложен и е изследван в по-малка степен.

Местните съпротивления са тези, които са причинени от някакво местно препятствие пред свободния поток на течност, например извивка на тръба или кран, разширяване или свиване на потока и т.н. Тези съпротивления се срещат само в определени места на потока на малко разстояние, в този участък.

Течността, преодолявайки местното съпротивление, губи част от енергията си и възникват локални загуби на енергия (налягане).

Загубата на напор h поради местни съпротивления се изразява в части от скоростния напор и се определя по формулата на Weisbach:

където ζ е коефициентът на местно съпротивление; Vе средният дебит.

Коефициентът на локално съпротивление зависи от дизайна (от типа) на локалното съпротивление и от числото на Рейнолдс. С развит турбулентен режим (приблизително при Re> 10000) фактор ζ от номер Reпрактически не зависи, но зависи от дизайна на местното съпротивление.

Във формулата на Weisbach скоростта преди и след съпротивлението може да се приеме като V, в този случай стойността на коефициента ще се промени ζ. Затова винаги се посочва спрямо коя скорост се определя коефициента ζ .

Стойностите на коефициентите на местно съпротивление, получени емпирично за различни видове съпротивление, се съдържат в хидравлични справочници. Потокът от течност в местните съпротивления е много сложен и определянето на коефициентите ζ аналитично практически невъзможни, затова се определят от експерименти. При експериментално определяне на коеф ζ основните уравнения са уравнението за непрекъснатост (5), уравнението на Бернули (7) и формула (21).

Моля, имайте предвид, че основната задача е независимо определяне на местните коефициенти на съпротивление ζ емпирично. След решаването на този проблем стойностите се сравняват ζ получени в експеримента, с тези, които могат да се определят от аналитични зависимости или от справочници.

За всеки поток, съдържащ локални съпротивления, може да се приложи уравнението на Бернули (Фигура 8):

от където получаваме z 1 = z 2 , α 1 = α 2 ≈ 1 (хоризонтална тръба),

За да се определят загубите, всички експериментални стойности се заместват във формулата за h M .По-специално, отчитането на първия пиезометър (в първата секция) е p 1/ ρg=h 1, показанието на втория пиезометър е p 2 /ρg=h 2, а разликата им се определя от мащаба (линийката). Средни скорости V 1и V 2се определят по формулите:

където Q е дебитът; S1и S2са площите на жилищни секции 1 и 2.

Ако местното съпротивление е такова, че преди и след него потокът не променя напречното си сечение (както на фигура 8), тогава във формулата за h M V 1 = V 2и загубите се определят, както следва:

(22)

Съпротивленията от този тип включват тръбни завои, клапани от различни видове и др.

След изчисляване на загубите в дадено местно съпротивление и изразяването им в единици дължина, коефициентът на местно съпротивление се определя по формулата:

който се преобразува за тази цел във формата:

Ако скоростите преди и след местното съпротивление не са равни, т.е V1 ≠V2, след което по указание на учителя се избира един от тях (или V 1, или V 2).

Една от малкото теоретични зависимости за определяне на локалните загуби е формулата на Борда за случай на внезапно разширяване на потока (фиг. 3):

(24)

За кръгли тръби формулата на Борда може да бъде представена, както следва:

(25)

От (25) следва, че коефициентът на локално съпротивление при внезапно разширение има формата

Тези съпротивления включват резки промени във формата на граничните повърхности на потока (разширяване, стесняване, завои, прегъвания и др.). Общата зависимост за определяне на загубите на налягане в местните съпротивления е формулата

където е коефициентът на локално съпротивление, който обикновено зависи от числото Re и конфигурацията на граничните повърхности.

Общият характер на тази зависимост за няколко вида локални съпротивления е показан на фиг. 6.8. Тези криви се описват задоволително с формула на формата

(6.18)

където са константи, зависещи от геометричната форма на локалното съпротивление.

Таблица 6.3

Стойности и за някои местни съпротивления

* Съотношението на площта на проходната секция, отворена от клапана, или отвора на диафрагмата, към площта на напречното сечение на тръбата е посочено чрез.

Таблица 6.3 изброява константите за няколко вида локални съпротивления. Стойността изпълнява функцията на коефициента на локално съпротивление при много големи числа Re (в областта на квадратичното съпротивление). Стойностите се отнасят до напора на скоростта пред локалното съпротивление.

В повечето случаи локалните съпротивления работят при големи числа Re или при квадратични условия, когато .

Таблица 6.4

Формули за изчисляване на коефициента, свързан със сечението

Когато потокът преминава от тръба с площ през диафрагма с площ на отвора в тръба с площ (Таблица 6.4), формулата за коефициента на съпротивление, свързана с напора на скоростта зад съпротивлението, има формата

(6.19)

където е коефициентът на местно съпротивление на входа на диафрагмата; корекционен коефициент за загуби от разширение (като цяло е допустимо да се приеме);

Степента на компресия зад диафрагмата, където площта на напречното сечение на струята зад диафрагмата след влизане в тръбата с напречно сечение Той има стойностите:

Формулите за определяне на коефициента са дадени в таблица 6.4.

Постепенното разширяване (дифузьор) също може да се разглежда като форма на локално съпротивление. Загубите в дифузорите могат да бъдат изразени като части от загубите при внезапно разширение:

(6.20)

(6.21)

(6.22)

Коефициентът е свързан с коефициента на съпротивление, отнасящ се до скоростта, по формулата

(6.23)

и при фиксирани входни условия (включително числото Re) зависи главно от ъгъла на отваряне на дифузора (фиг. 6.9).

Ако има няколко местни съпротивления на тръбопровода, разделени от участъци с равномерно движение, общата загуба на налягане може да се определи въз основа на принципа на добавяне на загуби

(6.24)

където е броят на секциите на равномерен поток;

Броят на местните съпротивления.

Фиг.6.9. Зависимостта на коефициента на загуба в кръгъл дифузьор

от ъгъла на отваряне при три стойности на степента на разширение

В този случай сумирането на загубите в местните съпротивления е допустимо само при условие, че те са разположени на такова разстояние едно от друго, че изкривяването на диаграмата на стабилизираната скорост, причинено от преминаването на потока през съпротивлението, става незначително при приближаване до следващ. Минималните необходими разстояния между местните съпротивления се определят от условието

където е радиусът на тръбата.

Приблизително за големи числа Re може да се вземе

6.5. Хидравлично изчисляване на тръбопроводни системи

Хидравличното изчисляване на тръбопроводните системи се основава на определянето на загубите в хидравличното съпротивление. Когато загубите в местните съпротивления могат да бъдат пренебрегнати, се записва израз за стойността на обемния поток

където модулът на потока (характеристиката на потока) е площта на напречното сечение на тръбата.

За квадратичния режим стойността зависи от геометричните параметри на тръбата (диаметър и грапавост), в други режими също зависи от числото на Рейнолдс. В някои изчисления (6.26) се използва във формата

където е импедансът на тръбопровода.

Хидравличен наклон, или фрикционен наклон, т.е. загуба на напор на единица дължина на тръбопровода, се определя по формулата

(6.28)

където .

Стойностите на модула на дебита за промишлени тръби са таблични и са дадени в хидравличните наръчници. За нови стоманени тръби стойностите, изчислени по формулата на Shifrinson (Таблица 6.2), са дадени в Таблица 6.6.

Ако има локални съпротивления на дълъг тръбопровод, загубите в тях могат да бъдат взети предвид с помощта на метода на еквивалентната дължина, който се състои във въвеждане на еквивалентната дължина на тръбата вместо локално съпротивление с коефициент

където загубата на напор е равна на загубата на местно съпротивление. Тази дължина се добавя към дължината на цилиндричната секция () и сумата след това се замества в (6.26).

Таблица 6.4

Проточни модули за нови стоманени тръби

Последователно свързване на тръби с различни диаметри(Фиг. 6.10, а). В този случай загубите на налягане в отделните секции се сумират. Тъй като дебитът за всички секции е еднакъв, тогава

(6.30)

където е броят на сегментите с постоянен диаметър.

Заедно с формулите за загуба на отделни участъци, тази зависимост образува изчислителна система от уравнения. Друга форма на тази зависимост е

(6.31)

където е площта на напречното сечение на тръбата в основната (изчислена) секция; дебит на системата,

(6.32)

Фиг.6.10. Проектни схеми на тръбопроводни системи

с последователна (а) и паралелна (б) тръбна връзка

Ето броя на локалните съпротивления, коефициента на загуба.

Паралелна тръбна връзка(Фиг. 6.10, b). Загубата на налягане на всеки от клоновете е еднаква. Консумация в тия клон

(6.33)

където a е общият дебит на системата

(6.34)

Тези уравнения образуват система, от която може да се определи неизвестното.

6.6. Изтичане на несвиваем флуид

Изтичане при постоянно налягане. Такова изтичане през отвори и дюзи може да възникне в газообразна среда или под нивото на същата или друга течност. В първия случай отворът или дюзата се наричат ​​ненаводнени, във втория - наводнени. Отворът се счита за малък, ако максималният му размер не надвишава (фиг. 6.11).

Фиг.6.11. Поток на несвиваем флуид през малък отвор в тънка стена

Когато тече през малка ненаводнена дупка, струята претърпява компресия на изхода и нейната площ на напречното сечение става по-малка от площта на дупката. Съотношението се нарича степен на компресия.

Когато тече през малък ненаводнен отвор, струята се компресира и площта на напречното му сечение намалява спрямо площта на отвора.Съотношението се нарича степен на сгъстяване.

Дебит през малък отвор от голям резервоар на постоянно ниво

(6.35)

където е коефициентът на скоростта; коефициент на загуба на входа на отвора; и - съответно налягане върху свободната повърхност и във външната среда.

Хидравлично съпротивление в тръбопроводи

Изчисляването на хидравличното съпротивление е един от най-важните въпроси в хидродинамиката, необходимо е да се определят загубите на налягане, консумацията на енергия за компенсирането им и изборът на двигател на тягата.

Загубите на налягане в тръбопроводите се дължат на съпротивление триенеи местенсъпротивления. Те влизат в уравнението на Бернули за реални течности.

а) Устойчивост на триенесъществува по време на движението на реална течност по цялата дължинатръбопровод и зависи от режима на движение на флуида.

б) местно съпротивлениевъзникват при всяка промяна. скорост на потока по големина и посока(тръбен вход и изход, колена, колена, тройници, фитинги, разширения, стеснения).

Загуба на глава от триене

1) ламинарен поток.

При ламинарен поток може да се изчисли теоретично с помощта на уравнението на Поазей:

;

Съгласно уравнението на Бернули за хоризонтален тръбопровод с постоянно напречно сечение, налягането, загубено от триене:

;

;

;

Замествайки стойността в уравнението на Поазейл и замествайки, получаваме:

;

;

;

Така, с ламинарно движение по права кръгла тръба:

;

стойността се нарича коефициент на хидравлично триене.

Уравнение на Дарси-Вайсбах:

;

Това уравнение може да се получи и по друг начин – с помощта на теорията на подобието.

Известно е, че

;

За установено ламинарен поток: .

;

;

Уравнение на Дарси-Вайсбах:

;

Нека да определим загубата на налягане: .

Уравнение на Дарси-Вайсбах:

Замествайки стойността за ламинарен режим, получаваме:

;

Така за ламинарен режим:

Уравнение на Хаген-Поазейл:

;

Това уравнение е валидно и е особено важно при изследване на флуидния поток в тръби с малък диаметър, както и в капиляри и пори

Следователно, за стабилно ламинарно движение:

За некръгла секция: , където зависи от формата на сечението:

;

Изразът се нарича коефициент на съпротивление.

Следователно:

;

;

2) Турбулентен режим.

За турбулентния режим е валидно и уравнението на Дарси-Вайсбах:

;

Коефициентът на триене обаче не може да бъде теоретично определен в този случай поради сложността на структурата на турбулентния поток. Изчислителните уравнения за определяне се получават чрез обобщаване на експериментални данни чрез методите на теорията на подобието.

а) Гладки тръби.

;

;

;

Следователно, за турбулентен поток в гладки тръби:

Формула на Блазиус:

б) Груби тръби.

При грубите тръби коефициентът на триене зависи не само от, но и от грапавостта на стените.

Характеристиката на грубите тръби е относителна грапавост: съотношението на средната височина на издатините (неравностите) по стените на тръбата (абсолютна грапавост) към еквивалентния диаметър на тръбата:

Примерприблизителни стойности на абсолютната грапавост:

Нови стоманени тръби ;

· Стоманени тръби с лека корозия;

· Стъклени тръби;

· Бетонови тръби;

Влиянието на грапавостта върху стойността се определя от съотношението между абсолютната грапавост и дебелината на ламинарния подслой.

1. При , когато течността плавно тече около издатините, ефектът на грапавостта може да бъде пренебрегнат и тръбите се считат за хидравлично гладка(условно) - гладка зона на триене.

2. С увеличаването на стойността стойността намалява и загубите от триене се увеличават поради образуването на вихри близо до грапавите издатини - смесена зона на триене.

3. При големи стойности на , престава да зависи и се определя само от грапавостта на стените, т.е. автомоделен режим от - самоподобна зона.

Трябва да се отбележи, че тъй като , тръбата може да бъде грапава при един дебит и хидравлично гладка при друг.

За тази тръба приблизително:

;

За грапави тръби в турбулентно движение се прилага следното уравнение:

;

За областта на гладкото триене- или според уравнението на Блазиус, или според уравнението:

;

;

Разделяйки на 1,8, можете да получите формулата на Филоненко.

Формулата на Филоненко:

;

За себеподобна област:

;

Практическиизчислението се извършва съгласно номограми. Зависимостта на коефициента на триене от критерия и степента на грапавост - фиг.1.5, Павлов, Романков.

За неизотермичен потоквискозитетът на течността се променя в участъка на тръбата, профилът на скоростта се променя и .

В уравненията за определяне (с изключение на самоподобната област) се въвеждат специални корекционни коефициенти (Павлов, Романков)

Загуба на натиск върху местните съпротивления

При различни местни съпротивления измерването на скоростта се извършва:

а) в размер =>

б) в посока =>

в) по големина и посока =>

В допълнение към загубите, свързани с триенето, възникват допълнителни загуби на налягане (образуване на вихри поради действието на инерционни сили (при промяна на посоката), образуване на вихри поради обратни потоци на течност и т.н. (с внезапно разширение)).

Загубата на налягане поради местни съпротивления се изразява като скоростно налягане. Съотношението на загубата на глава в дадено локално съпротивление към скоростния напор в него се нарича коефициент на местно съпротивление:

За всички местни съпротивления на тръбопровода:

(сумира се, ако има прави участъци с дължина най-малко 5d)

Коефициентите са дадени в таблици, например:

· входа на тръбата;

Излезте от тръбата

· клапан към => ;

кран, =>

клапан =>

клапан =>

Пълна загуба на налягане

Стойността се изразява в метри течен стълб и не зависиот вида на течността и големината на загубата на налягане Зависивърху плътността на течността.

Хидравличните изчисления на устройствата по принцип не се различават от изчисленията на тръбопроводите.

Изчисляване на диаметъра на тръбопровода

Цената на тръбопроводите е значителна част от капиталовите инвестиции и големите оперативни разходи. Съответно правилният избор на диаметър на тръбопровода е от голямо значение.

Стойността на диаметъра се определя от скоростта на течността. Ако е избрана висока скорост, тогава диаметърът на тръбопровода се намалява, което осигурява:

Намаляване на потреблението на метал;

Намалени разходи за производство, монтаж и ремонт.

В същото време обаче спадът на налягането, необходим за движение на течността, се увеличава. Това изисква високи разходи за движение на течността.

Оптимален диаметъртрябва да осигури минимум оперативни разходи. (сумата от разходите за енергия, амортизация и ремонт).

Годишни оперативни разходи => M (рубли/година)=A+E;

A - разходи за амортизация (цена / години) и ремонти;

E е цената на енергията.

Въз основа на технически и икономически съображения се препоръчват следните ограничения на скоростта:

капкови течности:

Гравитация = 0,2 - 1 m/s

При изпомпване = 2 - 3 m/s

газове:

При естествено газене = 2 - 4 m/s

При ниско налягане (вентилатор) = 4 – 15 m/s

При високо налягане (компресор) = 15 - 25 m/s

Двойки:

Наситена водна пара = 20 - 30 m/s

Прегрята водна пара = 30 - 50 m/s.

Обикновено загубите на налягане трябва да бъдат не повече от 5-15% от изходното налягане.

Оптималният диаметър на тръбопровода трябва да отговаря на GOST. GOST установява концепцията условен диаметърDy. Това е номиналният вътрешен диаметър на тръбопровода. Съгласно този диаметър се избират и свързващи части - фланци, тройници, тапи и др., Както и фитинги: кранове, вентили, шибъри и др.

Всеки условен диаметър съответства на определен външен диаметър, докато дебелината на стената може да бъде различна. Например (mm) (може да има отклонения от тази таблица).

Материал на тръбата

Използват се различни материали, което е свързано с различни температури на околната среда и агресивност.

Най-често използваните стоманени тръби:

Чугунени тръби до 300 0 С

Използват се и други метални тръби => медни, алуминиеви, оловни, титанови и др. И неметални => полиетиленови, флуоропластови, керамични, азбестоциментови, стъклени и др.

Начини за свързване на тръбопроводи

а) Еднокомпонентни - заварени

б) Разглобяем

Фланцов

С резба

Муфа (използвана за чугунени, бетонни и керамични тръби)

Фитинги за тръби

1. пароуловители.

При парни и газови комуникации, поради охлаждане, винаги може да възникне кондензация на вода, смола или друга течност, съдържаща се в газа под формата на пара. Натрупването на кондензат е много опасно, тъй като, движейки се през тръбите с висока скорост ( ), течен тап с голяма инерция ще причини най-силното хидравлични удари. Те разхлабват тръбопроводите и могат да причинят тяхното разрушаване.

Поради това газопроводите се монтират с лек наклон, а в най-ниската точка се поставя кондензна тръба.

Хидравлична брава. За вакуумни линии =>

през барометрична тръба.

При високи налягания се използват специални конструкции на пароуловители (обсъдени по-долу).

2. Клапани.

1 - тяло;

3 - клапан;

4 - шпиндел;

5 - кутия за пълнене.

Вентилът е прилепен към седлото и плътно блокира движението на средата.

Шпинделът има резбова част и е свързан с маховика. Херметичността се осигурява от семеринг.

Вентилите са спирателни и регулиращи вентили, т.е. позволява плавен контрол на потока.

3. Кранове.

Шлифована конична или сферична тапа с проходен отвор се върти в тялото. Крановете се използват главно като спирателни кранове. Трудно е да се контролира потока.

4. Шибърни кранове.

Шиберная

Има плоскопаралелни и клиновидни шибъри. Портата се премества с помощта на шпиндел перпендикулярно на оста на тръбопровода и се получава припокриването му.

Този вентил е спирателен и контролен. За целите на автоматизацията задвижването може да бъде пневматично, електрическо, хидравлично и др.

5. Има също предпазни и предпазни елементи(предпазни и възвратни клапани), контролна арматура(нивомери, тестови кранове и др.)

Всички фитинги са индексирани:

например: 15 cz 2br.

15=>клапан; kch => ковък чугун (материал на корпуса); 2=> номер на модела по каталог; br => уплътнителна повърхност от бронз.

Фитингите се избират в зависимост от налягането в тръбопровода.

Разграничаване:

1) Работно налягане- най-високото свръхналягане, при което вентилът работи дълго време при средна работна температура.

2) Номинално налягане- най-високото налягане (пр.), създавано от средата при 20 0 С.

Има редица условни налягания, според които се изработват фитинги:

P y \u003d 1;2.5;4;6;10;16;25;40;64;100;160;200;250;320;400 ... атм.

Изборът на P y се извършва съгласно таблиците в зависимост от марката стомана, най-високата температура на средата и работното налягане.

Пример: Стомана Х12Н10Т

t среда \u003d 400 0 С P подчинен \u003d 20 atm: P y \u003d 25 atm

P подчинен \u003d 80 atm: P y \u003d 100 atm

t среда \u003d 660 0 С P подчинен \u003d 20 atm: P y \u003d 64 atm

P подчинен \u003d 80 atm: P y \u003d 250 atm

ЛАБОРАТОРИЯ #4

Определяне на коефициента на местно съпротивление в тръбопровода.

Обективен:

1. да се определи емпирично загубата на налягане при внезапно разширение (стесняване) на тръбата и рязък завой на канала, сравнявайки със стойността на загубите, изчислени по теоретични формули;

2. определете коефициентите на местните съпротивления въз основа на резултатите от експеримента и теоретичните формули, сравнете стойностите.

Оборудване и устройства : инсталация за изследване на локални загуби на налягане, термометър, линийка, мерителен съд, хронометър.

4.1. Теоретично въведение

Хидравличните съпротивления се разделят на съпротивления на вискозни сили на триене по дължината на тръбата и местни съпротивления.

Загубите на налягане от триене се разглеждат в случай на равномерно движение на течността, т.е. свободното сечение по протежение на тръбата остава постоянно. Когато течността се движи в местни съпротивления, потокът претърпява деформация, което води до промяна във формата и размера на свободното сечение и. следователно движението на течността става неравномерно, което води до промяна в скоростта на потока. В местата на промяна на свободното сечение или посоката на потока, той се отделя от стените и се образуват така наречените вихрови или застойни зони. Между главния поток и вихровите зони има интензивен обмен на течни частици, което е основният източник на локални загуби на енергия.

Количеството енергия (налягане), изразходвано за преодоляване на местните съпротивления в напорните тръби (внезапно стесняване и разширяване, рязък завой на потока и т.н.), в повечето случаи се определя с помощта на коефициенти, получени емпирично.

Загубата на напор при локални съпротивления при турбулентни условия се изчислява по формулата на Weisbach:

По този начин локалната загуба на напор е пропорционална на скоростния напор.

Стойностите на коефициентите на локално съпротивление се получават експериментално от формулата (4.1)

Ако местното съпротивление (например вентил, диафрагма, коляно и др.) е разположено върху хоризонтален тръбопровод с постоянно напречно сечение, тогава загубата на налягане ще бъде равна на разликата в показанията на пиезометрите, монтирани от двете страни на местния съпротива.

Тъй като тогава, замествайки тази стойност във формула 4.2, получаваме формула за емпирично определяне на коефициента на съпротивление:

където е площта на напречното сечение на тръбопровода преди съпротивлението.

- поток на течност през съпротивлението.

Поради сложността на явленията, които се случват в течност при движение през местни съпротивления, теоретичните формули за определяне на загубите на налягане и коефициентите на локално съпротивление са получени само за най-простите типове, като внезапно разширение и свиване, плавно разширение или свиване, диафрагма, и т.н.

внезапно разширяване.

При внезапно разширяване на потока в тръбата от секция 1 до секция 2 течността не тече по целия контур на стените, а се движи по гладки линии на тока. В близост до стените, където диаметърът на тръбата внезапно се увеличава, се образува пространство, в което течността е в интензивно въртеливо движение. При такова интензивно смесване има много активно триене на течността срещу твърдите стени на тръбата, както и триене вътре в въртящите се потоци, в резултат на което възникват значителни загуби на енергия. Поради действието на инерционните сили на потока на движеща се течност, вихровото образуване спира на определено достатъчно голямо разстояние от зоната, където течността излиза в по-голямо напречно сечение. В резултат на това налягането се увеличава постепенно.

Фигурата показва, че показанията на пиезометъра във втората секция са по-големи, отколкото в първата. Показанията на пиезометъра в този случай зависят не само от загубите на енергия, но и от налягането. Налягането във втората секция става по-голямо поради намаляване на налягането на скоростта поради разширяване на потока и спад в скоростта. В този случай, ако нямаше загуби на налягане поради локално съпротивление, тогава височината на течността във втория пиезометър би била още по-голяма. Теоретичен коефициент на местно съпротивление при внезапно разширяване потокът е:

(4.4)

когато се измерва със скорост.

ако се измерва със скорост.

Формулата за теоретично определяне на загубата на глава при внезапно разширяване изглежда като:

Формулата за изчисление за теоретичното определяне на загубите на налягане по отношение на кръгли тръби също е получена от френския инженер Борда.

загубата на напор поради внезапното разширяване е равна на скоростния напор на загубената скорост.

Внезапно стесняване на потока

При внезапно стесняване, както и при внезапно разширяване на потока се създават пространства с завихряния на въртяща се течност, които се образуват в пристенното пространство на широка част от тръбата. Същите вихри се образуват и в началото на тясната част на тръбата поради факта, че при навлизане в нея (тясната част) течността продължава известно време да се движи по инерция към центъра на тръбата, а основният поток каналът продължава да се стеснява известно време. Следователно, при внезапно стесняване на потока, има, така да се каже, две последователни локални съпротивления. Локално съпротивление поради стесняването на главния канал и непосредствено след него локалното разширение, за което вече стана дума по-горе.

внезапно стесняване на потока

След извършване на трансформации и заместване на определени стойности във формулата на Борда (4.6), може да се получи друга формула за теоретично определяне на коефициента на съпротивление при внезапно стесняване на потока:

Общата формула за теоретичното определяне на загубата на глава при внезапно стесняване на потока и в двата случая ще бъде:

където е безразмерният коефициент на местно съпротивление,

Средна скорост на потока зад местното съпротивление.

Завой на потока

Завъртането на потока (разклонение или заоблено коляно) значително увеличава образуването на вихър и оттам загубата на енергия. Размерът на загубата зависи основно от съотношението и ъгъла.

Теоретичният коефициент на съпротивление при завъртане може да се определи по експерименталната формула. За завъртане под ъгъл 900 и е равно на:

(4.10)

Теоретичен коефициент на съпротивление при обръщане на потока може да се определи и чрез предложената емпирична зависимост:

където е емпиричният коефициент Авзети от таблица 4.1.

обръщане на потока изглежда като:

Таблица 4.1.

Таблица за изчисляване на допълнителния фактор

Плавно разширяване на потока

Постепенното разширяване на канала се нарича дифузьор. Потокът на течността в дифузора е сложен. Тъй като напречното сечение на потока постепенно се увеличава, скоростта на течността намалява и съответно налягането се увеличава. Тъй като в този случай кинетичната енергия в течните слоеве в близост до стените на дифузора е минимална (скоростта е ниска), течността може да спре и е възможно интензивно образуване на вихри. Поради тази причина загубата на енергия на напора в дифузора ще зависи от загубата на напор поради триене и поради загуби от разширение:

Теоретичен коефициент на съпротивление при плавно разширяване на потока може да се определи чрез предложената емпирична зависимост:

(4.14)

където: - отворена площ на входа на дифузора,

- открита зона на изхода на дифузора,

- ъгъл на конус на дифузора,

- коефициент на корекция в зависимост от условията на разширение на потока в дифузора.

Ъгълът се изчислява по формулата:

къде е дължината на конфузора или дифузора,

Формулата за изчисляване на теоретичната загуба на напор при плавно разширяване на потока изглежда като:

Плавно стесняване на потока

Такова съпротивление е конична конвергираща тръба - обърквач. Потокът в конфузора се придружава от постепенно увеличаване на скоростта и едновременно намаляване на налягането. Поради тази причина няма условия за образуване на вихри върху коничната повърхност. Загубите в тази част от местното съпротивление възникват само поради триене. Само в тясната част на тръбата може да се образува вихър. Природата му е подобна на природата на такъв вихър с внезапно стесняване на потока, но величината е много по-малка.

Коефициентът на загуба на глава в конфузора може да се определи по формулата:

(4.17)

Ъгълът се изчислява по формулата (4.14)

Формулата за изчисляване на теоретичната загуба на напор при плавно стесняване на потока изглежда като:

Забележка: във формули (4.14) и (4.16) стойността е коефициентът на хидравлично триене, определен по формулите:

За Re числа под 2300

За Re числа в диапазона 2300 - 100000;

4.2. Схема на универсална лабораторна инсталация

Експериментите се провеждат на универсална инсталация (виж т. 2.2. и фиг. 2.1), на която е монтиран композитен тръбопровод с вградени в него модели на локално съпротивление. Тръбопроводът е свързан с приемни и напорни резервоари.

Ориз. Монтажна схема за изчисляване на местни съпротивления

Моделите на локалните съпротивления са разположени в хоризонталната равнина на лабораторната постановка и са разположени последователно 2 завъртания по 90° (1), 2 завъртания по 45° (2) внезапно стесняване (3), внезапно разширяване (4). Модели на плавно стесняване и разширяване на потоците са поставени върху тръбопровод с променливо напречно сечение за изследване на уравнението на Бернули.

В участъка на внезапното разширение на композитния тръбопровод са монтирани 6 пиезометъра: 1 пиезометър - на тръба с малък диаметър d, 5 пиезометъра - на тръба с голям диаметър (D), за да се наблюдава визуално кривата на хидродинамичното налягане в това участък от флуидния поток.

1. Групата е разделена на 3 връзки.

2. Всички звена изучават теоретичен материал, насоки, записват формули за изчисление и изготвят таблица с измервания.

3. Първата връзка провежда експеримент за определяне на коефициента на местно съпротивление с внезапно стесняване и разширяване на потока, втората връзка - с плавно стесняване и разширяване на потока, третата - с рязък завой на потока.

Редуването на опитите може да се променя по указание на учителя.

4. Всички връзки извършват изчисления, обменяйки данни, получени по време на експеримента.

4.4. Работен ред

Подготовката на инсталацията се извършва съгласно метода, описан в точка 2.3. Когато лабораторната установка е готова за работа, се извършват следните операции:

1. показанията на пиезометрите и диаметърът на сеченията се измерват преди и след изследваното съпротивление; дебит на течността, време за запълване на мерителния съд и се въвеждат в таблицата. 4.1;

2. изчисляват се обемен дебит, площи на напречните сечения, средни скорости, числа на Рейнолдс, радиуси на завои на канали; резултатите от изчисленията се въвеждат в таблица 4.3;

3. експерименталните загуби на налягане се изчисляват: , резултатите от изчислението се въвеждат в таблица 4.3;

4. Коефициентите на локално съпротивление се изчисляват по експерименталните данни (4.3), а експерименталната загуба на напор по формулата (4.1).