Kaikki hydrauliset energiahäviöt jaetaan kahteen tyyppiin: kitkahäviöt putkilinjojen pituudella (käsitelty kappaleissa 4.3 ja 4.4) ja paikalliset häviöt, jotka aiheutuvat sellaisista putkilinjan elementeistä, joissa kanavan koon tai konfiguraation muutoksista johtuen virtausnopeudessa tapahtuu virtauksen erottuminen seinäkanavista ja pyörteiden muodostuminen.
Yksinkertaisin paikallinen hydraulinen vastus voidaan jakaa kanavan laajennuksiin, supistuksiin ja käännöksiin, joista jokainen voi olla äkillistä tai asteittaista. Monimutkaisempia paikallisen resistenssin tapauksia ovat lueteltujen yksinkertaisimpien vastusten yhdisteet tai yhdistelmät.
Tarkastellaan yksinkertaisimpia paikallisia vastuksia putken turbulenttisessa virtausjärjestelmässä.
1. Kanavan äkillinen laajeneminen. Kanavan äkillisen laajenemisen aiheuttama paineen (energian) menetys kuluu pyörteiden muodostukseen, joka liittyy virtauksen erottumiseen seinistä, ts. ylläpitämään nestemäisten massojen jatkuvaa pyörivää liikettä niiden jatkuvalla uusiutumisella.
Riisi. 4.9. Putken äkillinen laajeneminen
Kanavan (putken) äkillisen laajenemisen yhteydessä (kuva 4.9) virtaus katkeaa kulmasta eikä laajene yhtäkkiä, kuten kanava, vaan vähitellen, ja virtauksen ja putken seinämän väliseen rengastilaan muodostuu pyörteitä. , jotka aiheuttavat energiahäviöitä. Tarkastellaan kahta virtausosaa: 1-1 - putken laajennustasossa ja 2-2 - paikassa, jossa virtaus laajentuessaan täytti leveän putken koko poikkileikkauksen. Koska tarkasteltavien osien välinen virtaus laajenee, sen nopeus laskee ja paine kasvaa. Siksi toinen pietsometri näyttää korkeuden Δ:llä H suurempi kuin ensimmäinen; mutta jos tässä paikassa ei olisi painehäviöitä, toinen pietsometri näyttäisi suuremman korkeuden toisella h alanumero. Tämä korkeus on paikallinen laajenemispainehäviö, joka määritetään kaavalla:
Missä S1, S2- poikkileikkauksen pinta-ala 1-1 Ja 2-2 .
Tämä ilmaisu on seuraus Bordan lauseet, joka kertoo, että painehäviö kanavan äkillisen laajenemisen aikana on yhtä suuri kuin nopeuserosta määritetty nopeuspaine
Lauseke (1 - S 1 /S 2) 2 on merkitty kreikkalaisella kirjaimella ζ (zeta) ja sitä kutsutaan tappiotekijäksi, joten
2. Kanavan asteittainen laajentaminen. Vähitellen laajenevaa putkea kutsutaan diffuusoriksi (kuva 4.10). Nopeuden virtaamiseen diffuusorissa liittyy sen paineen lasku ja nousu, ja siten nesteen kineettisen energian muuntuminen paineenergiaksi. Diffuusorissa sekä kanavan äkillisen laajenemisen aikana päävirtaus erotetaan seinästä ja tapahtuu pyörteiden muodostumista. Näiden ilmiöiden voimakkuus kasvaa diffuusorin laajenemiskulman α kasvaessa.
Riisi. 4.10. Putken asteittainen laajentaminen
Lisäksi diffuusorissa on myös tavanomaiset piikkihäviöt, jotka ovat samanlaisia kuin ne, joita esiintyy poikkileikkaukseltaan vakioputkissa. Hajottimen kokonaispainehäviö lasketaan kahden ehdon summana:
Missä h tr Ja h alanumero- paineen menetys kitkan ja laajenemisen vuoksi (pyörteen muodostuminen).
missä n = S 2 /S 1 = (r 2 /r 1) 2 - diffuusorin laajenemisaste. Laajenemispaineen menetys h alanumero on luonteeltaan samanlainen kuin kanavan äkillisen levenemisen aikana
Missä k- pehmenemiskerroin, α= 5…20°, k= sinα.
Kun tämä otetaan huomioon, kokonaispainehäviö voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:
jolloin diffuusorin vastuskerroin voidaan ilmaista kaavalla
Riisi. 4.11 ζ-eron riippuvuus kulmasta
Funktio ζ = f(α) on minimi jossain kulman α edullisimmassa optimiarvossa, jonka optimaalinen arvo määräytyy seuraavalla lausekkeella:
Kun korvataan λ tähän kaavaan T=0,015…0,025 ja n= 2…4 saamme α tukkukauppa= 6 (kuva 4.11).
3. Kanavan äkillinen kapeneminen. Tässä tapauksessa painehäviön aiheuttavat virtauksen kitka kapeamman putken sisääntulossa ja pyörteiden muodostumisesta aiheutuvat häviöt, jotka muodostuvat virtauksen kavennetun osan ympärillä olevaan rengasmaiseen tilaan (kuva 4.12).
| Riisi. 4.12. Putken äkillinen kapeneminen | 4.13. Hämmentynyt |
Kokonaispainehäviö määritetään kaavalla;
jossa kaventumisen vastuskerroin määritetään puoliempiirisellä kaavalla I.E. Idelchika:
jossa n = S1/S2- kapenemisaste.
Kun putki tulee ulos suuresta säiliöstä, kun sen voidaan olettaa S2/S1= 0, ja myös ilman sisääntulokulmaa pyöristettynä, vastuskerroin ζ kaventumista = 0,5.
4. Kanavan asteittainen kapeneminen. Tämä paikallinen vastus on kartiomainen yhtyvä putki, jota kutsutaan hämmentäjä(Kuva 4.13). Nesteen virtaukseen hämmentimessä liittyy nopeuden kasvu ja paineen lasku. Sekoittimessa on vain kitkahäviöitä
jossa hämmentimen vastuskerroin määritetään kaavalla
jossa n = S1/S2- kapenemisaste.
Pieni pyörteen muodostuminen ja virtauksen erottuminen seinästä samalla kun virtaus puristuu, tapahtuu vain sekoittimen ulostulossa kartiomaisen putken ja lieriömäisen putken risteyksessä. Pyöristämällä tulokulmaa voit vähentää merkittävästi painehäviötä putken sisääntulon kohdalla. Kutsutaan sekoittajaa, jossa lieriömäiset ja kartiomaiset osat yhtyvät tasaisesti suutin(Kuva 4.14).
Riisi. 4.14. Suutin
5. äkillinen putken käännös (kyynärpää). Tämän tyyppinen paikallinen vastus (kuva 4.15) aiheuttaa merkittäviä energiahäviöitä, koska siinä tapahtuu virtauksen erottumista ja pyörteiden muodostumista, ja mitä suurempi kulma δ, sitä suuremmat häviöt. Painehäviö lasketaan kaavalla
missä ζ Kreivi- pyöreän mutkan vastuskerroin, joka määritetään taivutuskulmasta δ riippuvasta graafista (kuva 4.16).
6. Putken asteittainen pyöritys (pyöristetty mutka tai mutka). Käännöksen tasaisuus vähentää merkittävästi pyörteiden muodostumisen voimakkuutta ja siten ulostulon vastusta kyynärpäähän verrattuna. Tämä pieneneminen on sitä suurempi, mitä suurempi on taivutuksen suhteellinen kaarevuussäde R/d Kuva 4.17). Haaravastuskerroin ζ otv riippuu asenteesta R/d, kulma δ sekä putken poikkileikkauksen muoto.
Pyöreälle mutkalle, jonka kulma δ= 90 ja R/d 1 turbulentissa virtauksessa, voit käyttää empiiristä kaavaa:
Kulmille δ 70° ilmanvastuskerroin
ja 8 100°:ssa
Paineen menetys polvessa määritetään seuraavasti
Kaikki yllä oleva koskee turbulenttia nesteen liikettä. Laminaarivirtauksessa paikallisilla vastuksilla on pieni merkitys putkilinjan kokonaisvastuksen määrittämisessä. Lisäksi laminaarimoodissa vastuslaki on monimutkaisempi ja sitä on tutkittu vähäisemmässä määrin.
Paikalliset vastukset edustavat lyhyitä putkilinjojen osia, joissa virtausnopeudet muuttuvat arvossaan tai suunnassa putkilinjan osan koon tai muodon sekä sen pituusakselin suunnan muutosten seurauksena. Painehäviötä, joka syntyy, kun virtaus muuttaa muotoaan paikallisissa vastuksissa, kutsutaan paikalliseksi painehäviöksi Δ R sp. Ne määritetään Weisbachin kaavan mukaan
Missä 
- dimensioton paikallisen vastuksen kerroin;
w on keskimääräinen virtausnopeus ennen paikallista vastusta tai sen jälkeen (yleensä otetaan paikallisvastuksen takana oleva nopeus).
Paikallisen häviökertoimen arvo 
V. Yleisessä tapauksessa se riippuu rajageometriasta (paikallisen vastuksen muoto, seinien suhteellinen karheus, nopeuksien jakautuminen virtauksen rajaosissa ennen ja jälkeen paikallista vastusta) ja Reynoldsin luvusta.
Re-luvun vaikutuksen luonne määräytyy nesteen liiketavan mukaan. Hyvin pienillä Re-luvuilla (laminaarisessa tilassa) neste liikkuu irtoamatta seinistä, ja viskoosien kitkavoimien suorasta vaikutuksesta aiheutuvat paikalliset painehäviöt ovat verrannollisia virtausnopeuden ensimmäiseen potenssiin; paikallisen vastuksen kerroin näillä luvun Re arvoilla ilmaistaan kaavalla
,
(11)
Missä SISÄÄN- kerroin paikallisen vastuksen tyypistä ja virtausrajoituksen asteesta riippuen (taulukko 2)
Taulukko 2 - Kerroinarvot SISÄÄN joillekin paikallisille vastuksille
|
Resistanssi |
Resistanssi | ||
|
Kytke hana |
Luukkuventtiili: | ||
|
täysi avautuminen P= 1 | |||
|
Kulma 135° | |||
|
Kalvo: P= 0,64 | |||
|
P- avautumisaste | |||
Huomautus - Venttiileille, jotka avautuvat täysin ja arvosta puuttuvat tarvittavat tiedot SISÄÄN voidaan ottaa noin SISÄÄN= 500
neliömetriä
Re-luvun kasvaessa kitkahäviöiden ohella syntyy häviöitä virtauksen erottumisesta ja pyörrevyöhykkeen (siirtymävastusvyöhykkeen) muodostumisesta. Siirtymäalueella paikallinen vastuskerroin määritetään kaavalla
,
(12)
Missä 
kv - tarkasteltavan paikallisen vastuksen kerroin neliöalueella.
Suurille määrilleRe Pyörteen muodostus tulee ensisijaiseksi tärkeäksi, painehäviö on verrannollinen nopeuden neliöön, koska kerroin 
,
lakkaa olemasta riippuvainen Re-luvusta (ns. neliöllinen tai itsesamanlainen vastusalue) ja on yhtä suuri kuin ζkv (ζ= ζ kv).
Paikallisen vastuskertoimen itsensä samankaltaisuus (riippumattomuus) numerosta Re putkilinjan terävien siirtymien aikana tapahtuu Re > 3000:ssa ja tasaisten siirtymien aikana - Re > 10000.
Seinän suhteellisen karheuden vaikutus ilmenee paikallisissa vastuksissa vain Re-luvun suurilla arvoilla (resistanssin neliöalueella). Suhteellisen karheuden lisääntyminen johtaa lisääntymiseen 
,
mikä on merkittävää tapauksissa, joissa paikalliset painehäviöt johtuvat pääasiassa seinien virtausta jarruttavasta vaikutuksesta, eli ne edustavat kitkahäviöitä (kyynärpää, pienellä avautumiskulmalla oleva diffuusori). Alla kerroinarvot 
=
kv, joidenkin paikallisten vastusten osalta (katso tarkemmat tiedot paineputkien paikallisista vastuksista). Kaikki paikalliset vastuskertoimet liittyvät dynaamiseen paineeseen 
, joka määräytyy paikallisen vastuksen takana olevan nopeuden perusteella (paitsi erikseen mainituissa tapauksissa),
Venttiili
Kuva 1 - Venttiili
Kun se on täysin avattu, suunnittelusta riippuen on otettava huomioon seuraavat asiat:
a) venttiilille, jossa on suora kara kuvan 1 kaavion mukaisesti A
ζ suonet = 3÷5,5;
b) venttiilille, jossa on kalteva kara kuvan 1 kaavion mukaisesti b
ζ suonet =1,4÷1,85.
Kerroin 
kr
riippuu kiertokulmasta a (kuva 2) ja se voidaan ottaa taulukosta 3.
Kuva 2 - Sulkuventtiili
|
| |||||||||||
, rakeita rakeita|
Luistiventtiili
Kuva 3 - Luistiventtiili |
Vastuskerroin riippuu suhteesta
avautumisasteesta (taulukko 4) |
||||||||||||||||||
|
Taulukko 4 - Kertoimen ζ arvot takaisin eri avautumisasteilla P |
|||||||||||||||||||
|
Kalvo R |
Kalvon vastuskerroin voidaan määrittää kaavalla
missä on suihkun puristuskerroin
|
||||||||||||||||||
|
Putken äkillinen laajennus Kertoimen arvo ζ v.r. määräytyy kaavan mukaan |
|||||||||||||||||||
|
|
jossa, kuten jo todettiin, häviökerroin liittyy vastuksen takana olevaan dynaamiseen paineeseen, ts. virtausnopeuden neliöön suuremmassa osassa. |
||||||||||||||||||
|
Kuva 5 Putkilinjan äkillinen laajeneminen Putken äkillinen kapeneminen |
|||||||||||||||||||
|
|
Putkilinjan äkillisen kapenemisen vastuskerroin määritetään taulukon 5 mukaisesti riippuen puristusastevirtaus(kapeiden ja leveiden putkien poikkipinta-alojen suhde)
|
||||||||||||||||||
|
Kuva 6 - Putkilinjan äkillinen kapeneminen |
|||||||||||||||||||
P(Kuva 3), ts.
Kuva 4 Aukko
,
(14)
määräytyy kaavan mukaan
(15)
,
(16)
Taulukko 5 - Kertoimen ζ aurinko arvot puristussuhteesta riippuen P
Putkilinjan jyrkin kapeneminen
Kuva 7 esittää tapausta putkilinjan kapenemisesta, kun pienempi putki työntyy sisään suuremman putken sisään (jyrkimmän kaventumisen tapaus
putki). Jos pienempi putki ulkonee yli puolet halkaisijastaan, niin putkilinjan äkillisen kapenemisen vastuskerroin voidaan määrittää kaavalla
Kuva 7 - Terävin
putkilinjan kapeneminen
(17)
Tasainen putken pyöriminen (pyöristetty kulma, mutka)
D 
Pyöreisiin mutkoihin, joissa on kulma 
=90º kertoimen ζ count arvo määritetään kaavalla A.D. Altshul riippuen kaarevuussäteen suhteesta putken halkaisijaan (R/d) ja hydraulisen kitkakertoimen λ arvosta.
Kuva 8 - Tasainen käännös
(18)
tai (suurelle Re) - Nekrasovin kaavalla
.
(19)
Käännettäessä mistä tahansa kulmasta 
voidaan ottaa noin
,
(20)
missä ζ 90 0 - vastuskerroin käännettäessä 90°;
A- kerroin kiertokulmasta riippuen 
.
Kertoimen arvo A klo 
< 90º
можно определять
по формуле Миловича А.Я.
; (21)
klo 
> 90° - kaavan mukaan: B.B. Nekrasova
. (22)
Putken asteittainen laajentaminen (diffuusori)
Kartiomaisesti erottuvien siirtymäkartioiden (diffuusorien) vastuskerroin riippuu kartiokulmasta ja halkaisijasuhteesta. Lyhyille diffuusereille kapealla osuudella nopeuteen liittyvä vastuskerroin määritetään kaavalla
,
(23)
Kuva 1 - Asteittainen häviäminen 
- pehmennyskerroin putkilinjan asteittaiselle laajentamiselle, jonka arvot on annettu
taulukossa 6.
Taulukko 6 - Pehmennyskertoimen keskiarvot 
diffuusoreita varten
|
| ||||||
|
|
, rae
Putken asteittainen kapeneminen
TO 
suppenevien siirtymäkartioiden (konfusereiden) vastuskerroin riippuu kartiokulmasta ja halkaisijoiden suhteesta. Lyhyille kartioille se löytyy kaavasta
Kuva 10 - Asteittainen kapeneminen
putkilinjan rakentaminen
,
(24)
de 
- suihkun puristuskerroin, määritetty kaavalla
; (25)
φ - sekavuuskerroin asteittaisen kaventumisen aikana, jonka arvot on annettu taulukossa 7 kartiokulmasta riippuen
Taulukko 7 - Sekoittimen pehmennyskertoimen φ keskiarvot
|
| |||||||
|
|
, rae
Siirtymäkartioita (hajottimia ja sekoittimia) käytetään tulo- ja poistoputkien liittämiseen lämmönvaihtimen runkoon hydraulisten häviöiden vähentämiseksi, kuten esimerkiksi MVN-2050-62 mukaisessa vesi-vesilämmittimessä.
Lämmönvaihtimet
Yllä olevat tiedot paikallisvastuksen kertoimista viittaavat nesteen liikkeeseen normaalilla (tasoitettu) nopeuskentällä. Lämmönvaihtimissa paikalliset vastukset sijaitsevat niin lähellä toisiaan, että niiden välinen virtaus ei ehdi tasaantua, koska paikallisvastuksen läpi kulkeva pyörteen muodostuminen vaikuttaa merkittävän matkan myötävirtaan. Paikallisten vastusten keskinäisen vaikutuksen seurauksena niiden vastuskertoimien arvot poikkeavat edellä käsitellyistä, kun kutakin paikallista vastusta tutkittiin erikseen. Lämmönvaihtimien yksittäisten elementtien paikallisten vastuskertoimien arvot, jotka on saatu suoraan mittaamalla lämmönvaihtimissa, on esitetty taulukossa 8 (taulukko 1-4).
Taulukko 8 - Lämmönvaihtimien yksittäisten elementtien paikallisten vastuskertoimien arvot
|
Paikallisen vastuksen nimi |
Nopeuteen liittyvä |
|
|
Sisääntulo kammioon tuloputken kautta (virtauksen äkillinen laajeneminen ja pyöriminen) ja ulostulo kammiosta (äkillinen kapeneminen ja pyöriminen) |
Tulo- ja poistoputkissa |
|
|
180° kierto iskujen välillä välikammion läpi |
Putkissa |
|
|
Kääntö 1 80° kulmaosan läpi osalämmittimissä (esim. MVN-2050-62) |
Putkissa |
|
|
Sisääntulo ja ulostulo putkiin kammiosta |
Putkissa |
|
|
Kierto 1 80° 11-putkessa (patterilämmönvaihdin) |
Putkissa |
|
|
Sisäänkäynti renkaaseen virtauksen kiertoliikkeellä 90° |
Rengasosassa |
|
|
Poistu renkaasta. tilat, joissa virtauksen kierto on 90° |
Rengasosassa |
|
|
Kierrä 180° väliseinän läpi renkaassa |
Rengasosassa |
|
|
Siirtyminen osasta toiseen (keskikarkea virtaus) |
Rengasosassa |
|
|
Kääriminen putkia tukevien väliseinien ympärille |
Rengasosassa |
Häviökertoimet kammioon tuloputken kautta ja kammioon poistuminen poistoputken kautta liittyvät nopeuteen tulo- tai poistoputkissa, joka määritetään kaavalla
, (26)
Missä A pat = πd 2 /4 - putken poikkileikkausala, m 2 ;
G - nesteen massavirtausnopeus, kg/s;
- nesteen (kaasun) tiheys, kg/m3.
Laskettaessa häviöitä putkien sisällä, kaikki paikalliset häviökertoimet liittyvät putkien sisällä olevaan nopeuteen, joka määritetään kaavalla
,
(27)
Missä 
yhden putken virtausalue;
d in - putken sisähalkaisija;
n t - lämmönvaihtimessa olevien putkien kokonaismäärä;
z - liikkeiden määrä; n t/z - putkien lukumäärä yhdessä vedossa.
Putkinippua pitkittäin pestäessä kitkavastus lasketaan suorille putkille kaavalla (1), Lisäksi tässä kaavassa ekvivalenttihalkaisija määritetään lausekkeesta (5). Keskimääräinen nopeus putkien välisessä nipussa aksiaalisuunnassa määritetään kaavalla
(28)
Missä 
-
putkien välinen virtausalue kohtisuorassa putkien akseliin nähden;
D - lämmönvaihtimen rungon sisähalkaisija;
d N - putkien ulkohalkaisija.
Jos segmenttiosioita on (kuva 11), laskettaessa häviöitä pituudelta otetaan osion segmenttileikkauksen (osien yläpuolella) nopeus, joka määritetään kaavalla
, (29)
-
segmentin pinta-ala miinus putkien pinta-ala (katso kuva 11 A)
N c – putkien lukumäärä väliseinän segmenttileikkauksessa;
с – segmentin keskikulma asteina.
segmentaalinen osio
Kuva 11 – Segmentaalinen osio
Tässä tapauksessa väliseinän yläpuolella olevan osan vastaava halkaisija määritetään kaavalla
(30)
Kun lasketaan renkaan paikallista vastusta, kaikki paikallisen vastuksen kertoimet liittyvät nesteen maksiminopeuteen sen liikkuessa väliseinien välillä
, (31)
Missä 
-
vähimmäisvirtausalue nesteen kulkua varten väliseinien välillä (katso kuva 11 b) putken akseliin nähden kohtisuorassa suunnassa;
v 0 - rungon ja ulkoputken välinen rako; klo- putkien välinen rako;
h - väliseinien välinen etäisyys;
T- putkien välisten rakojen lukumäärä rivissä väliseinien reunassa.
Poikittain huuhdeltujen putkinippujen vastus. Poikittain pestyn putkinipun vastuskerroin riippuu rivien lukumäärästä ja putkien sijoittelusta sekä Reynolds-luvusta. Putkinipun vastuskertoimen laskemiseksi on ehdotettu useita riippuvuuksia. Nämä riippuvuudet ovat kuitenkin melko monimutkaisia ja niitä käytetään tarkennetuissa laskelmissa, kun putkinipun geometria tunnetaan. Likimääräisiä laskelmia varten voit käyttää kaavaa
, (32)
Missä TO- poikittaisen virtauksen ylittämien putkirivien lukumäärä (poikittaisten väliseinien läsnä ollessa kaikki väliseinän vangitsemat putkirivit ja puolet siitä ulkonevista putkiriveistä otetaan huomioon).
Re-kriteerin arvo tässä määritetään kaavalla
, (33)
Missä klo- putkien välinen rako;
w max - suurin virtausnopeus putkinipun poikittaispesun aikana;
ν - kinemaattinen viskositeetti. :
Käytännössä putkien väliseen tilaan on asennettu lämmönsiirtimiä, joiden poikittaisväliseinät asennetaan rengas- ja kiekkoväliseinät (esim. Pergalen tehtaan turbiiniyksiköiden öljynjäähdyttimet). Nesteiden virtausalueen laskeminen tässä tapauksessa suoritetaan seuraavilla kaavoilla:
a) kotelon ja levyn välissä
; (34)
b) pystysuorassa osassa - väliseinien välissä
; (35)
c) renkaan sisällä
,
jossa Do =(D1 +D2)/2 - keskimääräinen halkaisija;
D - rungon sisähalkaisija, m;
D 1 ja D 2 - reiän halkaisija ja kiekon halkaisija, m;
d n – putken ulkohalkaisija, m;
s – putkien välinen jako, m;
h – väliseinien välinen etäisyys, m;
η = 0,8 
0,85.
Levyn halkaisija määräytyy kaavan mukaan
,
missä n t on putkien lukumäärä putkilevyssä; η on sama arvo.
Mitat D 0, D 2 ja h on valittava siten, että nesteen nopeus on sama kaikissa osissa:
,
jossa Vt = V/t - tilavuusvirtaus, m 3 /s.
MÄÄRITELMÄ
Hydraulinen vastus ovat ominaisenergian häviöitä, kun se muuttuu lämmöksi hydraulijärjestelmien alueilla, jotka aiheutuvat viskoosista kitkasta.
Nämä tappiot on jaettu:
- häviöt, joita syntyy, kun viskoosi neste virtaa tasaisesti suoran putken läpi, jolla on vakio poikkileikkaus. Nämä ovat niin sanottuja kitkahäviöitä pitkin pituutta, jotka ovat verrannollisia putken pituuteen. Pituusvastus johtuu viskooseista kitkavoimista;
- paikallisen hydraulisen vastuksen aiheuttamat häviöt, esimerkiksi kanavan muodon ja/tai koon muutokset, jotka muuttavat virtausta. Näitä tappioita kutsutaan paikallisiksi. Paikallinen vastus selittyy virtausnopeuden suuruuden ja suunnan muutoksilla.
Hydrauliset häviöt mitataan pituusyksiköissä, kun puhutaan painehäviöstä () tai paineyksiköissä ().
Darcy-kerroin laminaarisen nesteen virtaukselle
Jos neste virtaa tasaisesti putken läpi, painehäviö pitkin pituutta () löydetään Darcy-Weisbachin kaavalla. Tämä kaava pätee pyöreille putkille.
missä on hydraulisen vastuksen kerroin (Darcy-kerroin), on vapaan pudotuksen kiihtyvyys, d on putken halkaisija. Hydraulisen vastuksen kerroin () on mittaton arvo. Tämä kerroin liittyy Reynoldsin lukuun. Joten pyöreän sylinterin muodossa olevan putken hydraulisen vastuskertoimen katsotaan olevan yhtä suuri:
Laminaarivirtauksessa Re2300:n hydraulisen kitkan selvittämiseksi käytä kaavaa:
Putkien, joiden poikkileikkaus poikkeaa ympyrästä, hydraulisen kitkakertoimeksi otetaan:
jossa A=57, jos kanavan poikkileikkaus on neliö. Kaikki yllä olevat kaavat pätevät laminaariseen nestevirtaukseen.
Hydraulinen vastuskerroin pyörteisessä virtauksessa
Jos virtaus on turbulentti, vastuskertoimelle ei ole analyyttistä lauseketta. Tällaiselle nesteen liikkeelle vastuskerroin Reynoldsin luvun funktiona saadaan empiirisesti. Pyöreälle lieriömäiselle sileälle putkelle tarkasteltava kerroin lasketaan Blausius-kaavalla:
Pyörteisen nesteen liikkeen aikana hydraulisen kitkakerroin riippuu liikkeen luonteesta (Reynoldsin luku) ja putken seinien laadusta (taseisuudesta). Putkien karheus arvioidaan käyttämällä tiettyä parametria, jota kutsutaan absoluuttiseksi karheudeksi ().
Paikallinen vastus
Paikallinen vastus aiheuttaa muutoksia nesteen nopeuden moduulissa ja suunnassa putken yksittäisissä osissa, mikä liittyy ylimääräisiin painehäviöihin.
Paikallinen vastuskerroin on dimensioton fysikaalinen suure, jota usein merkitään , joka on yhtä suuri kuin tarkasteltavan paikallisen vastuksen painehäviön () suhde nopeuspaineeseen ():
Arvo määritetään kokeellisesti.
Jos nesteen virtausnopeus koko osassa on vakio ja yhtä suuri kuin , niin paikallinen vastuskerroin voidaan määritellä seuraavasti:
missä on jarrutusenergia virtaustilavuusyksikköä kohti suhteessa putkeen.
Esimerkkejä ongelmanratkaisusta
ESIMERKKI 1
ESIMERKKI 2
| Harjoittele | Mikä on hydraulisen vastuksen kerroin turbulentin veden virtauksen aikana tasaisessa lieriömäisessä putkessa, jos putken sisähalkaisija on 12 mm, vesivirta  . Veden lämpötila 40 o C. |
| Ratkaisu | Lasketaan nesteen virtausnopeus putkessa seuraavasti:
Lasketaan nopeus:
|
Perinteisen kotitalousputkiston hydraulinen laskenta suoritetaan Bernoullin yhtälöllä:
(z 1 + p 1 /ρg + α 1 u 2 1 / 2 g) - (z 2 + p 2 /ρg + α 2 u 2 2 / 2 g) = h 1-2 -.
Putkilinjan hydrauliseen laskemiseen voit käyttää hydrauliputken laskentalaskuria.
Tässä yhtälössä h 1-2 on paineen (energian) menetys kaikentyyppisten hydraulisten vastusten voittamiseksi, mikä laskee liikkuvan nesteen painoyksikköä kohti.
h 1-2 = h t + Σh m.
- h t - kitkapäähäviö virtauspituudella.
- Σh m - kokonaispainehäviö paikallisella resistanssilla.
Voit laskea kitkapäähäviön virtauspituudella Darcy-Weisbachin kaavalla
ht = λ(L/d)(v 2/2g).
- Missä L- putkilinjan pituus.
- d on putkilinjan osan halkaisija.
- v on nesteen keskimääräinen liikkeen nopeus.
- λ on hydraulisen vastuksen kerroin, joka yleensä riippuu Reynoldsin luvusta (Re=v*d/ν) ja putkien suhteellisesta ekvivalenttisesta karheudesta (Δ/d).
Erityyppisten ja erityyppisten putkien sisäpinnan ekvivalenttikarheuden Δ arvot on esitetty taulukossa 2. Ja hydraulisen vastuskertoimen λ riippuvuudet Re-luvusta ja suhteellisesta karheudesta Δ/d on esitetty taulukossa 3. .
Jos liiketila on laminaarinen, niin putkille, joiden poikkileikkaus ei ole pyöreä hydraulinen vastuskerroinλ löydetään käyttämällä kullekin yksittäiselle tapaukselle ominaisia kaavoja (taulukko 4).
Jos pyörteinen virtaus kehittyy ja toimii riittävällä tarkkuudella, λ:ta määritettäessä voit käyttää kaavoja pyöreälle putkelle, jonka halkaisija d on korvattu 4 virtauksen hydraulisäteellä R g (d = 4 R g)
R g = w/c.
- missä w on virtauksen "elävän" poikkileikkauksen pinta-ala.
- c- sen "kostutettu" kehä ("jännitteisen" osan kehä neste-kiinteä-kosketinta pitkin)
Painehäviö paikallisissa vastuksissa voidaan määrittää muotojen perusteella. Weisbach
h m = ζ v 2/2g.
- jossa ζ on paikallinen vastuskerroin, joka riippuu paikallisen vastuksen konfiguraatiosta ja Reynoldsin luvusta.
Kehitetyssä turbulenttisessa järjestelmässä ζ = const, mikä mahdollistaa paikallisen vastuksen ekvivalentin pituuden käsitteen sisällyttämisen laskelmiin L ekv. nuo. sellainen suoran putkilinjan pituus, jolle h t = h m Tässä tapauksessa huomioidaan painehäviöt paikallisissa vastuksissa lisäämällä niiden ekvivalenttien pituuksien summa putkilinjan todelliseen pituuteen.
L pr = L + L ekv.
- missä L pr on putkilinjan lyhennetty pituus.
Painehäviön h 1-2 riippuvuutta virtausnopeudesta kutsutaan putken ominaisuudet.
Tapauksissa, joissa nesteen liikkuminen putkilinjassa varmistetaan keskipakopumpulla, virtausnopeuden määrittämiseksi pumppu-putkijärjestelmässä rakennetaan putkilinjan ominaisuus h =h(Q) ottaen huomioon korkeuserot ∆z (h 1-2 + ∆z z 1:ssä< z 2 и h 1-2 - ∆z при z 1 >z 2) päällekkäin pumpun paineominaisuuksien kanssa H=H(Q), joka on ilmoitettu pumpun passitiedoissa (katso kuva). Tällaisten käyrien leikkauspiste osoittaa suurimman mahdollisen virtausnopeuden järjestelmässä.
Putkivalikoima.
|
Ulkohalkaisija dn, mm |
Sisähalkaisija d int, mm |
Seinän paksuus d. mm |
Ulkohalkaisija dn, mm |
Sisähalkaisija d int, mm |
Seinän paksuus d, mm |
|
1. Saumattomat teräsputket yleiskäyttöön |
3. Putket |
||||
|
A. Tasainen |
|||||
|
2. Öljy- ja kaasuputket |
B. Putket, joiden päät ovat ärtyneet |
||||
Eri materiaaleista valmistettujen putkien ekvivalenttien karheuskertoimien ∆ arvot.
|
Ryhmä |
Putken materiaalit, tyyppi ja kunto |
∆*10-2. mm |
|
1. Puristetut tai vedetyt putket |
Puristetut tai vedetyt putket (lasi, lyijy, messinki, kupari, sinkki, tina, alumiini, nikkelipinnoitettu jne.) |
|
|
2. Teräsputket |
Korkealaatuiset saumattomat teräsputket |
|
|
Uudet ja puhtaat teräsputket |
||
|
Korroosionkestävät teräsputket |
||
|
Teräsputket alttiina korroosiolle |
||
|
Teräsputket ovat voimakkaasti ruostuneet |
||
|
Puhdistetut teräsputket |
||
|
3. Valurautaputket |
Uudet mustat valurautaputket |
|
|
Tavalliset vesivalurautaputket, käytetty |
||
|
Vanhat ruosteiset valurautaputket |
||
|
Hyvin vanha, karkea. ruosteiset valurautaputket, joissa on kerrostumia |
||
|
4. Betoni-, kivi- ja asbestisementtiputket |
Uudet asbestisementtiputket |
|
|
Erittäin huolellisesti valmistetut puhtaat sementtiputket |
||
|
Tavalliset puhtaat betoniputket |
Hydraulisen vastuskertoimen riippuvuus Reynolds-luvusta ja vastaavasta putken karheudesta.
|
Tila (vyöhyke) |
Hydraulinen vastuskerroin l |
||
|
Laminaari |
Recr(Re cr »2320) |
64/Re (Stokes-muoto) |
|
|
Myrskyinen: |
|||
|
Siirtymäalue turbulentista laminaariseen liikkeeseen |
2,7/Re 0,53 (Frenkel-muoto) |
||
|
Hydraulisesti sileä putkialue |
Recr< Re<10 d/D |
0,3164 / Re 0,25 (Blasius-muoto) 1/(1,8 log Re - 1,5) 2 (Konakovin kaava Re<3*10 6) |
|
|
Sekakitkavyöhyke tai hydraulisesti karkeat putket |
0,11 (68/Re + D/d) 0,25 (Altschul-muoto) |
||
|
Neliöllisen vastuksen vyöhyke (täysin karkea kitka) |
1/(1,14 + 2lg(d/D)) 2 (Nikuradzen muoto) 0,11 (D/d) 0,25 (Shifrinson-muoto) |
||
- ∆ on putken absoluuttinen karheus.
- d. r - halkaisija. putken säde. vastaavasti.
- ∆/d on putken suhteellinen karheus.
Peruskaavat laminaarivirtaukselle putkissa.
|
Poikkileikkauksen muoto |
Hydraulinen säde. Rg |
Reynoldsin numero Re |
Hydraulinen vastuskerroin |
Pään menetys. h |
|
128νQL/πgD4. |
||||
|
64/Re*(1 - d/D)2/(1 + (d/D)2 + (1 - (d/D)2)/ln(d/D)) |
128νQL/πg(D4-d4+ (D2-d2)2/ln(d/D)). |
|||
|
320νQL/ga 4 √3 |
||||
|
4vab/((a + b)ν) |
64/Re*8(a/b)/((1 + a/b) 2 K) |
4νQL/a 2 b 2 gK. |
Joidenkin paikallisten vastusten kertoimet z.
|
Paikallisen vastuksen tyyppi |
Kaavio |
Paikallinen vastuskerroin z |
|
Äkillinen laajeneminen |
|
(1 - S1/S2)2, S1 = πd2/4, S2 = πD2/4. |
|
Poistu putkesta suureen säiliöön |
|
|
|
Asteittainen laajennus (diffuusori) |
|
0,15 - 0,2 ((1 - (S 1 /S 2) 2)
sin α (1 - S 1 / S 2) 2
(1 - S 1 / S 2) 2 |
|
Putken sisäänkäynti: |
Terävillä reunoilla
|
|
|
Pyöristetyillä reunoilla |
LABORATORIOTYÖ nro 4
Putken paikallisvastuskertoimen määrittäminen.
Työn tavoite:
1. määrittää kokeellisesti painehäviö putken äkillisen laajenemisen (supistumisen) ja kanavan jyrkän käännöksen aikana vertaamalla sitä teoreettisilla kaavoilla laskettujen häviöiden arvoon;
2. määrittää paikallisen vastuksen kertoimet kokeellisten tulosten ja teoreettisten kaavojen perusteella, vertailla arvoja.
Laitteet ja laitteet : asennus paikallisten painehäviöiden tutkimiseen, lämpömittari, mittaviivain, mittausastia, sekuntikello.
4.1. Teoreettinen johdanto
Hydraulinen vastus jaetaan viskoosien kitkavoimien kestävyyteen putken pituudella ja paikalliseen vastukseen.
Kitkapainehäviöt otetaan huomioon tasaisen nesteen liikkeen tapauksessa, eli tehollinen poikkileikkaus putkea pitkin pysyy vakiona. Kun neste liikkuu paikallisissa vastuksissa, virtaus muuttuu, mikä johtaa muutoksen elävän osan muotoon ja kokoon jne. Tämän seurauksena nesteen liike muuttuu epätasaiseksi, mikä johtaa muutoksen virtausnopeudessa. Paikoissa, joissa avoin poikkileikkaus tai virtaussuunta muuttuu, se erottuu seinistä ja muodostuu ns. pyörre- tai pysähtyneisyyttä. Päävirtaus- ja pyörrevyöhykkeiden välillä tapahtuu intensiivistä nestehiukkasten vaihtoa, mikä on pääasiallinen paikallisten energiahäviöiden lähde.
Paineputkien paikallisen vastuksen voittamiseksi (äkillinen supistuminen ja laajeneminen, virtauksen jyrkkä käänne jne.) kuluva energian määrä (paine) määritetään useimmissa tapauksissa kokeellisesti saatujen kertoimien avulla.
Painehäviöt paikallisissa vastuksissa turbulenteissa olosuhteissa lasketaan Weisbachin kaavalla:
Siten paikalliset nostohäviöt ovat verrannollisia nopeuspäähän.
Paikallisten vastuskertoimien arvot saadaan kokeellisesti kaavasta (4.1)
Jos paikallinen vastus (esimerkiksi venttiili, kalvo, mutka jne.) sijaitsee vaakasuorassa putkilinjassa, jonka poikkileikkaus on vakio, painehäviö on yhtä suuri kuin paikallisen molemmille puolille asennettujen pietsometrien lukemien ero. vastus.
Koska sitten korvaamalla tämä arvo kaavaan 4.2, saadaan kaava vastuskertoimen määrittämiseksi kokeellisesti:
missä on putkilinjan poikkileikkauspinta-ala ennen vastusta.
– nesteen virtaus vastuksen läpi.
Paikallisten vastusten läpi liikkuessa nesteessä esiintyvien ilmiöiden monimutkaisuuden vuoksi teoreettiset kaavat painehäviöiden ja paikallisten vastuskertoimien määrittämiseksi saatiin vain yksinkertaisimmille tyypeille, kuten äkillinen laajeneminen ja supistuminen, tasainen laajeneminen tai supistuminen, kalvo jne. .
Äkillinen laajeneminen.
Putken virtauksen äkillisen laajenemisen myötä osasta 1 osaan 2 neste ei virtaa pitkin seinien koko ääriviivaa, vaan liikkuu tasaisia virtalinjoja pitkin. Seinien lähelle, missä putken halkaisija äkillisesti kasvaa, muodostuu tila, jossa neste on voimakkaassa pyörimisliikkeessä. Tällaisella intensiivisellä sekoituksella tapahtuu erittäin aktiivista nesteen kitkaa putken kiinteitä seinämiä vasten sekä kitkaa pyörivien virtausten sisällä, mikä johtaa merkittäviin energiahäviöihin. Liikkuvan nesteen virtauksen inertiavoimien vaikutuksesta pyörteiden muodostuminen pysähtyy tietyllä riittävän suurella etäisyydellä vyöhykkeestä, josta neste poistuu suurempaan osaan. Tämän seurauksena paine kasvaa vähitellen.
Kuvasta näkyy, että pietsometrin lukemat toisessa osassa ovat suuremmat kuin ensimmäisessä. Pietsometrin lukemat eivät tässä tapauksessa riipu vain energiahäviöistä, vaan myös painearvosta. Toisen osan paine kasvaa johtuen nopeuspaineen laskusta virtauksen laajenemisesta ja nopeuden laskusta. Tässä tapauksessa, jos paikallisesta resistanssista johtuvia painehäviöitä ei olisi, nesteen korkeus toisessa pietsometrissä olisi vielä suurempi. Paikallisen vastuksen teoreettinen kerroin at äkillinen laajeneminen virtaus on yhtä suuri kuin:
(4.4)
jos määräytyy nopeuden perusteella.
jos määräytyy nopeuden perusteella.
Kaava painehäviön teoreettiselle määrittämiselle äkillinen laajeneminen on muotoa:
Ranskalainen insinööri Borda sai myös laskentakaavan pyöreiden putkien painehäviöiden teoreettiseen määritykseen.
eli äkillisen laajenemisen aiheuttama nopeushäviö on yhtä suuri kuin menetetyn nopeuden nopeuspää.
Äkillinen virtauksen supistuminen
Äkillinen kapeneminen sekä virtauksen äkillinen laajeneminen synnyttävät tiloja pyörivän nesteen pyörteillä, jotka muodostuvat putken leveän osan seinätilaan. Samat pyörteet muodostuvat putken kapean osan alkuun johtuen siitä, että nesteen tultuaan siihen (kapeaan osaan) neste jatkaa liikkumista jonkin aikaa hitaudella kohti putken keskustaa ja pääkanavaa. virtauksen kapeneminen jatkuu jonkin aikaa. Tämän seurauksena virtauksen äkillisen kapenemisen myötä ilmaantuu kaksi peräkkäistä paikallista vastusta. Paikallinen vastus johtuen pääkanavan kaventumisesta ja välittömästi sen takana olevasta paikallisesta laajenemisesta, josta on jo keskusteltu edellä.
virtauksen äkillinen kaventuminen
Tekemällä muunnoksia ja korvaamalla tietyt arvot Bordan kaavaan (4.6), saadaan toinen kaava vastuskertoimen teoreettiseen määritykseen äkillinen virtauksen kaventuminen:
Yleinen kaava painehäviön teoreettiselle määrittämiselle virtauksen äkillinen kaventuminen molemmissa tapauksissa se on:
missä on paikallisen vastuksen dimensioton kerroin,
Keskimääräinen virtausnopeus paikallisen vastuksen takana.
Käännä virtausta
Virtauksen kääntäminen (poikkeutus tai pyöristetty kulmakulma) lisää merkittävästi pyörteiden muodostumista ja sitä kautta energiahäviötä. Häviön määrä riippuu merkittävästi suhteesta ja kulmasta.
Teoreettinen vastuskerroin kääntyessä voidaan määrittää kokeellisella kaavalla. Kierto 900 kulmassa ja se on yhtä suuri:
(4.10)
Teoreettinen vastuskerroin klo kääntämällä virtausta voidaan määrittää myös ehdotetulla empiirisellä suhteella:
missä on empiirinen kerroin A otettu taulukosta 4.1.
kääntämällä virtausta on muotoa:
Taulukko 4.1.
Taulukko lisäkertoimen laskemiseksi
Tasainen virtauksen laajeneminen
Kanavan tasaista laajenemista kutsutaan diffuusori. Nesteen virtaus diffuusorissa on monimutkaista. Koska virtauksen tehollinen poikkileikkaus kasvaa vähitellen, nesteen liikkeen nopeus vastaavasti laskee ja paine kasvaa. Koska tässä tapauksessa diffuusorin seinämien lähellä olevissa nestekerroksissa kineettinen energia on minimaalinen (pieni nopeus), neste voi pysähtyä ja intensiivinen pyörteen muodostuminen on mahdollista. Tästä syystä diffuusorin paineenergian menetys riippuu kitkasta ja laajenemisesta aiheutuvista häviöistä johtuvasta paineen menetyksestä:
Teoreettinen vastuskerroin klo virtauksen tasainen laajeneminen voidaan määrittää ehdotetulla empiirisellä suhteella:
(4.14)
missä: on diffuusorin sisäänkäynnin avoin poikkipinta-ala,
- vapaa poikkipinta-ala diffuusorin ulostulossa,
- diffuusorin kartiokulma,
- korjauskerroin diffuusorin virtauksen laajenemisolosuhteiden mukaan.
Kulma lasketaan kaavalla:
missä on sekoittimen tai diffuusorin pituus,
Kaava teoreettisen päähäviön laskentaan virtauksen tasainen laajeneminen on muotoa:
Virtauksen tasainen kapeneminen
Tämä vastus on kartiomainen suppeneva putki - hämmennystä. Sekoittimen virtaukseen liittyy asteittainen nopeuden lisäys ja samanaikainen paineen lasku. Tästä syystä kartiomaiselle pinnalle ei ole ehtoja pyörteen muodostumiselle. Paikallisen vastuksen tässä osassa esiintyy häviöitä vain kitkan vuoksi. Pyörteen muodostuminen voi tapahtua vain putken kapeassa osassa. Sen luonne on samanlainen kuin vastaavan pyörteen luonne äkillisen virtauksen kapenemisen aikana, mutta suuruus on huomattavasti pienempi.
Sekoittimen painehäviökerroin voidaan määrittää kaavalla:
(4.17)
Kulma lasketaan kaavalla (4.14)
Kaava teoreettisen päähäviön laskentaan virtauksen tasainen kapeneminen on muotoa:
Huomautus: kaavoissa (4.14) ja (4.16) arvo on hydraulisen kitkakerroin, joka määritetään kaavoilla:
Re-luvuille alle 2300
Re-luvuille välillä 2300 – 100000;
4.2. Kaavio yleismaailmallisesta laboratorioasennuksesta
Kokeet suoritetaan yleisasennuksella (katso kappale 2.2. ja kuva 2.1), johon asennetaan komposiittiputki, johon on rakennettu paikalliset vastusmallit. Putkilinja on kytketty vastaanotto- ja painesäiliöihin.
Riisi. Asennuskaavio paikallisten vastusten laskemiseen
Paikallisvastuksen mallit sijaitsevat laboratoriojärjestelmän vaakatasossa ja edustavat peräkkäin 2 kierrosta 90° (1), 2 kierrosta 45° (2), äkillistä kapenemista (3), äkillistä laajenemista (4). Virtausten tasaisen supistumisen ja laajenemisen mallit asetetaan vaihtelevan poikkileikkauksen omaavalle putkilinjalle Bernoullin yhtälön tutkimiseksi.
Komposiittiputkilinjan äkillisen laajennuksen osuuteen asennetaan 6 pietsometriä: 1 pietsometri - halkaisijaltaan pienen putkeen d, 5 pietsometriä - suuren halkaisijan (D) putkeen hydrodynaamisen muutoskäyrän visuaaliseksi havaitsemiseksi. paine tässä nestevirtauksen osassa.
1. Ryhmä on jaettu 3 yksikköön.
2. Kaikissa linkeissä tutkitaan teoreettista materiaalia, metodologisia ohjeita, kirjoitetaan laskentakaavoja ja laaditaan mittataulukko.
3. Ensimmäinen linkki suorittaa kokeen paikallisvastuskertoimen määrittämiseksi virtauksen äkillisen kapenemisen ja laajenemisen yhteydessä, toinen linkki virtauksen tasaisella kapenemiselle ja laajenemiselle ja kolmas virtauksen jyrkälle käänteelle.
Kokeiden kiertoa voi muuttaa opettajan ohjeiden mukaan.
4. Kaikki linkit suorittavat laskelmia ja vaihtavat kokeen aikana saatuja tietoja.
4.4 Työmääräys
Asennuksen valmistelu suoritetaan kohdassa 2.3 kuvatun menetelmän mukaisesti. Kun laboratorioyksikkö on käyttövalmis, suoritetaan seuraavat toimenpiteet:
1. Pietsometrien lukemat ja osien halkaisijat mitataan ennen testattavaa vastusta ja sen jälkeen; nesteen kulutus, mittausastian täyttöaika ja syötetään taulukkoon. 4,1;
2. lasketaan veden virtausnopeus, poikkileikkausalat, keskinopeudet, Reynoldsin luvut ja kanavan kääntösäteet; laskennan tulokset kirjataan taulukkoon 4.3;
3. kokeelliset painehäviöt lasketaan: laskentatulokset syötetään taulukkoon 4.3;
4. Paikalliset vastuskertoimet lasketaan kokeellisten tietojen (4.3) mukaan ja kokeelliset painehäviöt kaavan (4.1) mukaan.
