Основные сведения. Местные сопротивления — относительно короткие участки русла, в которых происходит значительное изменение эпюры скоростей потока и ее последующее

Местные сопротивления — относительно короткие участки русла, в которых происходит значительное изменение эпюры скоростей потока и ее последующее восстановление до формы, соответствующей равномерному движению (расширяющиеся и сужающиеся участки трубопровода — диффузоры и конфузоры, повороты в виде колен и отводов, диафрагмы, задвижки, краны, вентили, дроссельные заслонки, клапаны и т. п.).

На этих участках русла увеличиваются градиенты местных скоростей, образуются вихревые зоны, увеличивается интенсивность перемешивания масс жидкости. В результате возрастают вязкостные и инерционные силы сопротивления, препятствующие движению жидкости.

Силы вязкости (трения) оказывают стабилизирующее действие на поток и тем самым приводят к восстановлению нарушенной в местном сопротивлении эпюры скоростей до состояния, соответствующего равномерному движению. Все эти процессы увеличивают долю механической энергии потока, переходящей в теплоту. Эту часть принято называть местной потерей энергии. Дополнительная доля потерь механической энергии потока, возникающей в местном сопротивлении, отнесенная к единице веса жидкости, называется местной потерей напора.

местная потеря напора h _м определяется как разность между полной потерей напора в местном сопротивлении h и потерей напора по длине h _д, которая получается здесь при равномерном движении жидкости:

 

. (3.21)

 

Таким образом, принято рассматривать местные потери напора как дополнительные к потерям по длине.

При графическом построении местная потеря напора показывается в характерном сечении местного сопротивления (сечение X на рисунке 3.7) вертикальным отрезком соответствующей длины.

Рисунок 3.7 — Графическое изображение местной потери напора

 

Местная потеря напора вычисляется по формуле:

 

, (3.22)

 

где ζ — коэффициент местного сопротивления (коэффициент местных потерь напора);

υ — средняя скорость потока, которая обычно берется в сечении после сопротивления.

Значения коэффициентов местных сопротивлений определяются на основании опытных данных с помощью формул (3.21) и (3.22).

Полная потеря напора Н находится из уравнения Бернулли:

Н _а = Н _б + h, (3.23)

где Н _а, H _б — полные напоры в начальном и конечном сечениях данного сопротивления.

Потери напора по длине на участках русла, входящих в местное сопротивление, можно определить по формуле Дарси–Вейсбаха:

. (3.24)

В данном случае коэффициент гидравлического трения λ находится по справочным данным (например, по графику Г.А. Мурина), а значения остальных параметров — по данным эксперимента.

Более точно потери напора по длине на участках русла, входящих в местное сопротивление, находятся с помощью опыта. Для этого на участке трубопровода с равномерным движением, т. е. не имеющем местного сопротивления, определяется гидравлический уклон:

, (3.25)

 

где h _р = Δ H _п — потеря напора по длине, определяемая по показаниям пьезометров участка установки без местного сопротивления, имеющего диаметр и шероховатость стенок, как и во входящей в местное сопротивление части русла (рисунок 3.7);

l _р — длина соответствующего участка равномерного потока.

Затем вычисляются потери напора по длине на участке трубопровода, входящей в местное сопротивление:

 

, (3.26)

 

где l — длина участка трубопровода постоянного диаметра, входящего в местное сопротивление.