Основные понятия
Гидравлическое сопротивление - это сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости или сопротивление движению жидкости, вызванное влиянием стенок труб, каналов и т.д.
При протекании жидкости по трубам или каналам различают два вида сопротивлений: сопротивление по длине, прямо пропорциональное длине участка потока, и местные сопротивления, связанные с изменением структуры потока на коротком участке при обтекании различных препятствий (клапана, задвижки и др.), а также при внезапном расширении или сужении потока или при изменении направления его течения. В расчетах гидравлическое сопротивление оценивается величиной "потерянного" напора Δh, представляющего собой ту часть удельной энергии потока, которая необратимо расходуется на работу сил сопротивления.
Значение Δh по длине трубы при напорном движении вычисляется по формуле Дарси
(2.1)
где λ - коэффициент трения; l - длина трубы, м; d - диаметр трубы, м; υ- средняя скорость потока, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Коэффициент λ определяется характером течения. При ламинарном течении он обратно пропорционален критерию Рейнольдса (линейный закон сопротивления):
(2.2)
где В - коэффициент, зависящий от сечения трубы (для круглого сечения В = 64).
При турбулентном течении он зависит и от шероховатости стенок трубы. При очень больших значениях критерия (Re ≥106) коэффициент трения зависит только от шероховатости (квадратичный закон сопротивления). Для расчета коэффициента трения применяют обобщенное уравнение Альтшуля:
(2.3)
где Rе - критерий Рейнольдса; е - абсолютная шероховатость, м; dэ-эквивалентный диаметр трубы, м; е/dэ- относительная шероховатость.
Если 68/Re >> e/d такие трубы называют гидравлически гладкими,
уравнение (2.2) приобретает вид уравнения Блазиуса:
(2.4)
Если e/dэ >>68/Re , то λавтомоделей по отношению к Re и является постоянной величиной.
Местные гидравлические сопротивления оцениваются общей формулой
(2.5)
где ξ - коэффициент местного сопротивления, различный для разных препятствий, зависит от Re.
Общая потеря напора в трубопроводе равна сумме потерь на трение местные сопротивления:
∆h=∆hтр+∆hмс. (2.6)
Для определения коэффициента трения по известным величинам критерия Рейнольдса и шероховатости труб можно использовать номограмму [2, с. 22]. Необходимые при этом величины абсолютной шероховатости труб можно найти в справочной литературе.
Наиболее часто встречающиеся величины коэффициентов местных сопротивлений приведены в табл. XII [2, с.520]. Их можно определить также экспериментально.