Реферат Курсовая Конспект
Потери давления на поворотах - раздел Механика, МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ, ГАЗОВ Изменение Направления Движения Потоков Независимо От Формы Поперечного Сечени...
|
Изменение направления движения потоков независимо от формы поперечного сечения канала осуществляется либо в канале, изогнутом под прямым углом, либо в криволинейном канале, либо в составном, контур которого состоит из отрезков прямых труб. Наиболее четко сопротивления проявляются при рассмотрении движения идеальной жидкости с равномерным начальным распределением скоростей по сечению в потоке при его повороте на 90 град. (рис.4.7).
Источником потерь давления на поворотах является сила, которая действует на любой элементарный объем
, (4.26)
где dm = r × j × r × dr. Давление, вызванное этой силой
. (4.27)
Рис.4.7.Схемы течений при повороте в каналах круглого (б)
и прямоугольного (в) сечений
Движение идеальной жидкости предполагает отсутствие потерь на трение, благодаря чему полная энергия движущегося потока будет неизменной по всей длине трубы на повороте. Следовательно, изменение давления может происходить за счет изменения скорости. Это положение отражается уравнением Бернулли, записанным в дифференциальной форме
dP = – ρ × u × du . (4.28)
Подставив значение dP из уравнения, можно получить дифференциальное уравнение
. (4.29)
Интеграл этого уравнения (u × r = const) показывает, что при движении по криволинейному каналу скорости частиц жидкости убывают с увеличением радиуса по гиперболическому закону. Вследствие этого, давление у внутренней стенки становится меньше, чем у внешней. Отсюда ясно, что если перед поворотом скорости и давления жидкости были одинаковы по всему поперечному сечению канала, то при повороте потока картина существенно изменяется. У внешней стенки поворота скорость потока уменьшается, а его давление возрастает, т.е. возникает зона обратного перепада давления. У внутренней стенки дело обстоит по-другому.
При входе потока в поворот его скорость увеличивается, а давление падает; возникает зона прямого перепада давления. После поворота величины скоростей и давлений постепенно восстанавливаются до первоначальных значений, при этом у внешней стенки поток ускоряется, а у внутренней, замедляется. Поэтому зона обратного перепада на внутренней стенке формируется уже после поворота.
Еще одним источником потерь энергии при движении реальной жидкости являются вторичные токи, которые связаны с поперечным перетеканием жидкости под влиянием возникающего перепада давления между внутренней и внешней стенками поворота. Отметим, что такие токи не зависят от формы сечения потока. Они развиваются в каналах круглого, квадратного и прямоугольного сечения, хотя для последнего характер их развития будет зависеть от соотношения размеров сечения. Благодаря наложению на повороте вторичных течений на основное, они приобретают симметрично-винтовой характер.
Таким образом, потери при повороте складываются из потерь, обусловленных развитием вторичных токов, и потерь на трение. Наибольшую относительную величину имеют потери в вихревых областях, наименьшую – потери на трение.
Отсюда следует, что для уменьшения потерь при повороте, прежде всего, необходимо устранять зоны отрыва потока или существенно сокращать их размеры. Затем следует стремиться к уменьшению интенсивности вторичных потоков и только тогда, когда резервы в этих направлениях исчерпаны, необходимо заботиться об уменьшении шероховатости стен поворота.
В общем случае коэффициент местного сопротивления ξпов при повороте потока зависит от формы поперечного сечения, угла поворота, отношения площадей поперечного сечения канала до поворота и после него, радиусов закругления и т. д. Поэтому теоретическое определение ξпов представляет большие трудности. Как правило, формулы коэффициента местного сопротивления при повороте потока выводят на основании экспериментальных данных.
Обработка опытных данных для внезапного поворота (простое или острое колено) приводит к таким результатам: у квадратных труб с сильно развитой шероховатостью ξпов=1,28; у гладких – 1,16; у круглых – 1,25.
Как видно, различия в значениях коэффициента сопротивления получаются не столь значительными. При уменьшении угла поворота j происходит уменьшение объема зоны отрыва и вместе с ней уменьшаются потери энергии, которые в этом случае вычисляются по формуле, предложенной И. Д.Семикиным
ξпов = ξпов 90 × (1 – Cosφ). (4.30)
Если поворот потока совмещается с переходом к другому сечению, то в зависимости от того, сужаться или расширяться будет поток, сопротивление колена будет различным. В самом деле, если поворот потока происходит одновременно с переходом к каналу меньшего поперечного сечения, то потери напора будут меньше, чем в случае колена постоянного сечения. Причина здесь в том, что при повороте с «поджатием» потока скорости у внутренней стенки уменьшаются (после прохождения колена) в гораздо меньшей степени (или совсем не уменьшаются), чем в колене постоянного сечения. В силу этого область обратного перепада давления на внутренней стенке существенно сокращается, а может и вообще исчезнуть. При повороте с расширением наблюдается обратная картина: скорость у внутренней стенки после прохождения колена замедляется сильне, чем в канале постоянного поперечного сечения. Поэтому область обратного перепада давления, а следовательно, и потери напора резко возрастают.
Существенное влияние на коэффициент сопротивления оказывает закругление стенок поворота, что видно из экспериментальных данных, приведенных на рис.4.8., они свидетельствуют о том, что округление внутренней стенки более эффективно, чем внешней. Это и понятно, ибо при прямоугольной внутренней стенке имеет место бесконечный разрыв конвективного ускорения, что приводит к очень сильному вихреобразованию. Увеличение радиуса закругления внешней стенки в этом случае практически ничего не изменяет.
|
Рис.4.8. Зависимость коэффициента сопротивления поворота
от относительного радиуса закругления внутренней и внешней
стенок для условий: 1– r1=0, r2=var; 2 – r1=var; r2=0.
4.3. Расчет гидравлического сопротивления трубопроводов
В металлургическом производстве широко применяются трубопроводы для транспортировки жидкостей, газов, различных пульп и смесей. Все трубопроводы, не имеющие ответвлений, называются простыми, даже если они состоят из участков, разного диаметра. Сети труб с разветвленными и параллельными участками получили название сложных трубопроводов. В общем случае при расчетах трубопроводов приходится иметь дело с решением трех задач.
В первой задаче задано: расположения трубопроводов, длины и диаметра труб требуется определить перепад давлений DР, необходимый для пропуска заданного расхода Q.
Вторая задача – обратная первой. В ней требуется определить расход Q, если известен перепад давлений DР.
В третьей ставится задача об определении диаметра D, если все остальные параметры трубопровода известны.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
высшего профессионального образования... Уральский федеральный университет имени первого... Президента России Б Н Ельцина...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Потери давления на поворотах
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов