Виды гидравлических сопротивлений

Гидравлические сопротивления

При движении жидкости по трубе между нею и стенками трубы возникают дополнительные силы сопротивления, в результате чего частицы жидкости, прилегающие к поверхности трубы, тормозятся. Это торможение вследствие вязкости жидкости передается следующим слоям.

Равнодействующая сил сопротивления T направлена против движения (рис.5.1). Это и есть силы гидравлического трения (гидравлического сопротивления трения). Необходимые для преодоления сил сопротивления энергию или напор называют потерянной энергией или потерями напора.

Рис.5.1

Потери напора, затрачиваемые на преодоление сопротивления трения, носят название потерь напора на трение по длине (линейные потери напора) и обозначают h_тр.

Однако потери напора, возникающие при движении жидкости, зависят не только от трения о стенки.

Рассмотрим другой пример. Бак объемом W (рис.5.2) наполнен водой при постоянном уровне H и питает горизонтальную трубу АВ длиной одинакового по всей длине диаметра d. Пусть расход воды равен Q. Если трубу АВ заменить трубой CD той же длины , но образованной из последовательно расположенных участков диаметрами d и 2d, то расход изменится. Новый расход <Q (иногда =0,5Q и даже < ).

Рис. 5.2.

Таким образом, резкие изменения сечения также оказывают сопротивление движению жидкости и вызывают потери энергии (напора). Существуют и другие причины, вызывающие потери напора: внезапное сужение, расширение, изменение направления движения жидкости и т.п.

Потери напора, вызываемые резким изменением конфигурации границ потока, называют местными потерями напора или потерями напора на местные сопротивления и обозначают h_м.

Следовательно, потери напора при движении жидкости складываются из потерь напора на трение и потерь напора на местные сопротивления, т.е.

h_н=h_тр+h_м . (5.1)

Определение потерь напора при движении жидкости является одной из важнейших задач гидравлики.

Потери напора на трение h_тр при движении жидкости по трубам могут зависеть от следующих факторов:

- диаметра трубы d и ее длины ;

- физических свойств жидкости (плотностии вязкости);

- средней скорости жидкости в трубе ;

- средней высоты выступов поверхности на стенках трубы.

Для определения потерь на трение пользуются формулой Дарси – Вейсбаха

. (5.2)

Из формулы (5.2) следует, что потеря напора на трение по длине возрастает с увеличением средней скорости потока и длины рассматриваемого участка трубы и обратно пропорциональна ее диаметру. Неизвестный безразмерный коэффициент называется коэффициентом гидравлического трения ( к – т Дарси). Определение его численных значений для различных конкретных случаев течения жидкости будет дано позже.

Формула для определения потерь напора на местное сопротивление имеет вид:

, (5.3)

где - безразмерный коэффициент, или коэффициент местных потерь;

- скорость потока после перехода через местное сопротивление.