Внезапное расширение русла
Определение коэффициентов местных гидравлических соединений
Цель работы и содержание работы
Исследовать течение жидкости в трубопроводах через местные гидравлические сопротивления, определить потери напора на этих участках.
Краткие теоретические сведения
Местные гидравлические сопротивления
Для осуществления расчета гидравлических систем необходимо изучить природу и методику расчета местных гидравлических сопротивлений, то есть таких элементов гидросистемы, в которых вследствие изменений размеров и конфигураций русла происходит изменение скорости потока и потери энергии потока.
Физическая природа местных гидравлических сопротивлений в основном одна: энергия потока расходуется на вихреобразования, связанные с отрывом потока от стенок, вихреобразование в потоке и т.д.
Вначале рассмотрим простейшие местные гидравлические сопротивления, связанные с расширением русла, сужением русла и с поворотом русла.
Внезапное расширение русла
При протекании в зоне расширения жидкость (рисунок 3.1) встречает резкое повышение давления, которое преодолевается за счет скоростного напора. На периферии скорость потока стремится к нулю и создается зона обратного движения жидкости. Запишем уравнение Бернулли для этого случая:
, (3.1)
где h расширения – потери напора, связанные с внезапным расширением русла.
Для определения и расширения запишем уравнение изменения количества движения для объема 1-2.
Рисунок 3.1
Импульс сил – , а секундное изменение количества движения ,
тогда
,
учитывая, что , и разделив на , получим
,
то есть
. (3.2)
Сравнивая (3.1) и (3.2), получаем:
. (3.3)
Таким образом, при внезапном расширении потока потеря напора равна напору потерянной скорости и не зависит ни от рода жидкости, ни от исходного давления, ни от наклона трубы.