Местные гидравлические сопротивления

К местным гидравлическим сопротивлениям относятся различные устройства и элементы, устанавливаемые на трубопроводах, в которых происходит нарушение нормального движения потока в результате его деформации с изменением направления и значения средней скорости и возникновением вихреобразования. В результате деформации турбулентного потока происходит интенсивное перемешивание частиц и обмен количеством движения между частицами жидкости.

К элементам и устройствам относятся фасонная и трубопроводная арматура: отводы (колена), переходники, тройники, крестовины, диафрагмы, сетки, запорные регулирующие вентили (краны), задвижки, затворы, предохранительные и регулирующие клапаны, всасывающие наконечники, устанавливаемые на входе в трубу насосов, и т.д.

1.Скорость переменна при неизменном направлении движения потока жидкости.

Например, расширение трубы (русла) может быть плавное или внезапное; сужение трубы (русла) — плавное или внезапное.

2.Скорость постоянна при изменении направления движения потока.

Например, поворот трубы (русла) в виде плавного или резкого (см. рис.).

К более сложным местным сопротивлениям относятся сопротивления, в которых вектор скорости изменяется по значению и направлению, а также при слиянии или разделении потоков. Например, задвижки, клапаны, вентили и т.д., а также тройники, крестовины (см. рис.).

В таких сопротивлениях в результате резких изменений направления и скорости происходит весьма значительная деформация потока с возникновением интенсивного вихреобразования.

Местными потерями напора называют затраты удельной механической энергии, обусловленные работой сил трения и вихреобразованием на преодоление потоком жидкости местного сопротивления. На поддержание вихрей в определенной зоне затрачивается энергия потока.

Вейсбах предложил местные потери напора определять по формуле:

Коэффициент ζ, показывает количество скоростного напора, затрачиваемого на преодоление какого-либо местного сопротивления. В местном сопротивлении потери механической энергии при движении потока через него превращаются в тепловую энергию.

Коэффициент местных сопротивлений зависит:

В общем виде коэффициент ζ, можно представить в следующем виде:

Для квадратичной области сопротивления ζ = ζ_кв. Обычно при гидравлических расчетах принимается ζ_кв.

Квадратичная область - это когда поток имеет турбулентный режим, в таком режиме сопротивление движению жидкости пропорционально квадрату скорости.

Коэффициент ζ, находится опытным путем, а значения ζ_кв для различных местных сопротивлений, В приводятся в гидравлических справочниках.

На практике сантехника и инженера по монтажу врядли встретится задача которая требует незмедлительно знать эти параметры типа: [ B, ζ, ζ_кв ]. Вам они понадобятся в случаях, если вы будете защищать кандидатскую или изобретать к примеру особенный кран на высоких скоростях. Поэтому вам это не понадобится. На практике эти цифры обычно очень маленькие и не принимаются в расчет. Но есть исключения.

Ниже мы разберем основные встречающиеся задачи по местным сопротивлениям, которые следует учитывать.

Вообще формул очень много, я не стану вам приводить такое количество, чтоб не грузить вашу голову. К тому же большинство формул на практике даже не пригодятся.

Рассмотрим два варианта местных сопротивлений это варинты закругления трубы:

Разберем сначала второй вариант, так как он вызывает большое гидравлическое сопротивление нежели с закругленным углом.

Для нахождения коэффициента местного сопротивления ввиде коленного поворота(см.рис.[б]), используем формулу:

Данная формула применима к трубам малого диаметра ну максимум до 50мм. Чем больше диаметр, тем меньши коеффициент местного сопротивления.

Также для наглядного понимания приведу таблицу:

Данная таблица соответствует опытам с трубами диаметром 30мм.

Видно что при 90° коеффициент местного сопротивления приблизительно равен единице.

Полученный коэффициент местного сопротивления вставляем в формулу:

На практике это обычно ну очень маленькая цыфра и существенно бывает не заметно. Но если у вас очень большие скорости движения жидкости и количество таких местных сопротивлений исчисляется десятками, то следует посчитать обязательно. Каждая потеря на местном сопротивление, просто складывается к остальному числу, если они соеденены последовательно(друг за другом).

Не мало важная формула для нахождения местного сопротивления на отводах с закруленным углом(см.рис.[а]). Это могут быть и гнутые трубы под определенным радиусом и определенным углом.

Данная формула справедливо при условии:

Данная формула понадобится тем, кто занимается монтажом теплых водяных полов, при котором очень важно понять, что каждое сгибание трубы это дополнительное местное сопротивление. Поэтому чем меньше будет поворотов, тем меньше будет потерь напора, тем легче и быстрее будет проходить жидкость. Поэтому очень целесообразно использовать при раскладке теплых полов метод улитки. Так как метод улитки позволяет разложить на поверхности пола трубу так, чтобы в нем было меньше поворотов, тем самым уменьшая потерю напора.

Для тех, кто хочет сделать теплый водяной пол своими рукам, вот здесь подробнее: Водяной теплый пол своими руками.

Таблица: (Значение коэффициента сопротивления ζ для отвода на 90° при различных закруглениях).

Я думаю вы уже запомнили, что полученный коэффициент вставляем в формулу:

и получаем потерю напора на местном сопротивлении. Если их много, а их много особенно в теплых полах. Просто необходимо найти потерю напора на одном местном сопротивлении и полученный ответ помножить на количество поворотов.