Понятие о гидравлических сопротивлениях, виды потерь напора.

При движении реальной жидкости возникают силы гидравлического сопротивления, для

преодоления которых и поддержания поступательного движения жидкости необходима затрата энергии. Практически это выражается в потери части напора.

Потери напора – это потерянная удельная механическая энергия, которая затрачивается на преодоление сопротивлений движению потока жидкости, связанных с работой сил трения и/или вихреобразованием. При этом потерянная энергия безвозвратно теряется потоком, переходя в тепло, которое затем рассеивается с течением времени.

Гидравлическими сопротивлениями называются все внешние факторы при движении потока реальной жидкости, которые обуславливают потери некоторой части еѐ механической энергии.

Сопротивления связаны с силами вязкостного трения и инерционными силами, зависящими от способности жидкости сопротивляться изменению и восстановлению характера движения

потока. В случае течения идеальной жидкости силы вязкостного трения равны нулю и, следовательно, гидравлические сопротивления отсутствуют.

В зависимости от вида гидравлических сопротивлений различают и два вида потерь напора: потери напора по длине и местные потери.

Потери напора по длине потока, связанные с преодолением сопротивления сил трения при равномерном или плавно изменяющемся неравномерном движении называются потерями напора по длине или линейными потерями (обозначаются через 𝒉л или 𝒉тр).

В этом случае основным гидравлическим сопротивлением при движении потока жидкости

является вся длина внутренней поверхности твѐрдой границы потока. Для преодоления

гидравлического сопротивления, которое достаточно равномерно проявляется по всей длине потока и связанно с силами вязкостного трения, затрачивается механическая энергия. Затраты

удельной механической энергии являются потерями напора и обуславливаются работой против сил трения, связанных с касательными напряжениями, возникающими по длине потока. Чем

больше длина потока жидкости, тем больше затрачивается энергии на работу сил трения.

Основной расчѐтной формулой для определения линейных потерь в круглых трубах является формула Дарси-Вейсбаха:

Выраженная через скорость

Выраженная через расход

𝑙 𝑣²

ℎтр = 𝜆 𝑑 2𝑔

𝑙 8𝑄²

 

Или в единицах давления

ℎтр = 𝜆 𝑑 𝑔𝜋2𝑑4

𝑙 ρ𝑣²

𝛥𝑝тр = 𝜆 𝑑 2

𝜆 – коэффициент гидравлического трения;

l – длина трубы;

d – внутренний диаметр трубы.

 

Местными потерями напора называются потери напора на отдельных коротких участках

потока жидкости в результате деформации и возникновения вихреобразований (обозначаются -

𝒉м).

Местные сопротивления – гидравлические сопротивления, возникающие в результате

деформации потока жидкости на отдельных его участках. При деформации происходит

изменение характера движения, связанного с направлением и величиной скорости потока, а затем восстановление его.

Например, деформация потока происходит в результате перемены направления движения на участке трубопровода или изменения площади живого сечения.

В результате деформации потока на местном участке трубопровода происходит достаточно резко изменяющееся неравномерное движение с вихреобразованием. Длина местного

сопротивления является весьма малой по сравнению с длиной всего потока и поэтому потери напора по длине в нѐм существенно малы.

В потоке жидкости возникают как потери по длине, так и местные потери. Полные потери

напора при движении жидкости в трубопроводе с участками, где происходит деформация потока, можно выразить как

𝒉 = 𝒉л + ∑ 𝒉м

где ∑ 𝒉м - сумма местных потерь напора;

𝒉л- потери напора по длине.

На основании экспериментальных данных величину местных потерь напора Вейсбах

предложил определять в зависимости от скоростного напора по формуле:

𝑣2

ℎм = 𝜉 2𝑔

Или

 

𝛥𝑝м = 𝜉

 

ρ𝑣²

 

2

ξ - безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом местного сопротивления;

υ - средняя скорость в живом сечении, как правило, непосредственно за местным сопротивлением;

ρ – плотность жидкости.