Гидравлические потери – потери трения и местные потери

Источником гидравлических потерь при движении реальной жидкости является процесс необратимого перехода механической энергии потока в теплоту (диссипативный процесс). Этот переход энергии обусловлен молекулярной и турбулентной вязкостью жидкости.

Различают два вида потерь – потери трения и местные потери.

Потери трения вызываются вязкостью жидкости и являются результатом обмена количеством движения между молекулами и молями соседних слоёв жидкости, движущихся с различными скоростями. Эти потери имеют место на протяжении всей длины трубопровода. Поэтому их часто называют также потерями по длине.

Местные потери возникают при местном нарушении нормального течения потока, при отрыве его от стенки и вихреобразовании в местах изменения конфигурации трубопровода или встречи препятствий.

Все виды потерь происходят на участке трубопровода определённой длины. Местные потери неотделимы от потерь на трение. Для удобства расчёта их условно считают сосредоточенными в одном сечении и не включающими потери на трение. Суммирование же потерь производится по принципу наложения потерь, при котором берётся арифметическая сумма потерь на трение и местных потерь.

Гидравлические потери на участке канала могут быть рассчитаны с помощью уравнения Бернулли, записанного в одном из следующих видов:

(2.50)

где - потенциальная энергия положения жидкости, отсчитанная от произвольной нивелирной плоскости, или геометрический напор;

- потенциальная энергия давления жидкости или пьезометрический напор;

- кинетическая энергия жидкости или скоростной напор.

Левая часть во втором уравнении (2.50) характеризует полный напор жидкости, обычно обозначаемый через

(2.51)

Общепринято гидравлические потери выражать в паскалях или в метрах столба жидкости, что соответствует методике их экспериментального измерения:

(2.52)

Для случая, когда , эти уравнения примут вид:

При они ещё больше упростятся:

где

- осреднённое полное давление;

- коэффициент Кориолиса.

При равенстве площадей канала из уравнения расхода следует равенство скоростей . В этом случае будем иметь:

где для развитого течения .

Уравнение Бернулли, как правило, используется для определения падения полного давления на участке канала 1 – 2 и для определения потребной величины для обеспечения заданного полного давления . Для этого необходимо знать величину гидравлических потерь , то есть рассчитывать их без использования уравнения Бернулли.

Для оценки гидравлических потерь вводят коэффициент гидросопротивлений как отношение потерянной удельной энергии к кинетической энергии в принятом сечении:

(2.53)

Формула (2.53) называется формулой Вейсбаха. Из неё следует, что величина зависит от положения сечения, к которому она приведена. Пересчёт коэффициента в зависимости от положения сечения можно выполнить по формуле:

(2.54)

Для трубопроводов коэффициент трения всего рассчитываемого элемента удобнее выразить через коэффициент сопротивления трения единицы относительной длины участка, то есть:

(2.55)

где - гидравлический диаметр.

Потери давления определятся тогда по формуле Дарси – Вейсбаха:

(2.56)

Величины коэффициентов гидросопротивления в общем случае зависят от следующих параметров:

где Eu, M – числа Эйлера и Маха.

Поиск по сайту: