Гидравлические сопротивления (основные сведения)

Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление — безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем (систем гидропривода, трубопроводах, другом гидрооборудовании), обусловленные наличием вязкого трения[1][2]. Хотя потеря полной энергии — существенно положительная величина, разность полных энергий на концах участка течения может быть и отрицательной (например, при эжекционном эффекте).

Гидравлические потери принято разделять на два вида:

потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы;

Местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером местных потерь могут служить: внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п.

Рассматривая уравнение Бернулли для реальной жидкости, мы пришли к выводу, что наличие сил трения приведет к потерям энергии а, следовательно, и напора. Различают два вида гидравлических сопротивлений: местные и линейные. Линейные потери происходят при движении жидкости по трубе или каналу. При этом, на каждом участке силы трения совершают работу и теряется напор. Местные потери характеризуются потерями энергии на относительно компактном участке. Примерами таких участков могут быть вентили, задвижки, клапаны, повороты, внезапные расширения или сужения трубы. В этих устройствах движение жидкости достаточно сложное, силы трения велики, в связи с чем потери на них рассчитываются по отдельной методике.

ЛИНЕЙНЫЕ ПОТЕРИ НАПОРА.

Линейные потери напора могут быть рассчитаны по формуле Дарси-Вейсбаха.

Запомнить!

Где: l - коэффициент линейного сопротивления, безразмерная величина;

l – длина трубы или канала, м;

d – диаметр (гидравлический диаметр), м;

u – скорость, м/с;

g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с².

Наибольшую сложность представляет собой определение коэффициента линейного сопротивления. Для того чтобы понять физическую картину потерь энергии на трение полезно ВСПОМНИТЬ, что сила трения в жидкости зависит от вязкости жидкости и градиента скорости (темпа изменения скорости). Чем быстрее изменяется скорость, тем больше касательные напряжения в жидкости.

Эксперименты показали, что около ограждающих поверхностей происходит формирование так называемого пограничного слоя, от толщины которого во многом зависят потери. Его появление вызвано:

1. Явлением прилипания жидкости к поверхности. Независимо от скорости движения потока, непосредственно около стенки, скорость будет равна нулю (в системе координат, связанной с поверхностью). Условие прилипания нарушается только при движении разреженных газов. Такие условия в задачах появляются обычно при расчете движения объектов в верхних слоях атмосферы.

2. Наличием сил трения. Силы трения обуславливают плавное изменений скорости от нуля до скорости потока.

Как определить толщину пограничного слоя? Ниже, на рисунке показан график изменения скорости в зависимости от расстояния до ограждающей поверхности.

Н U_�

99% U_� Принято считать границей ПС точку достижения скорости 99% от скорости потока

Поток

жидкости d_{пограничного слоя}

U, м/с

Величину касательных напряжений можно оценить используя значение толщины пограничного слоя следующим образом:

T = h * F * (dW / dn) � h * F * (U_� / d_{пограничного слоя})

Рост скорости приводит к уменьшению толщины пограничного слоя.

Поиск по сайту: