Файл: Рабинович, Е. З. Гидравлика учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 184

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

т. е.

Выражение, стоящее в скобках, называют коэффициентом со­ противления системы и обозначают через £сист. Таким образом,

^1-2 = £сист ~2f

(4-95)

Можно также заменить местные сопротивления эквивалентными им длинами; в рассматриваемом случае эквивалентная длина, соот­ ветствующая всем п местным сопротивлениям, будет

(4.96)

Тогда, обозначая

L 4- Ьэп Ln,

можно определять сумму потерь по формуле Дарси — Вейсбаха, вводя в нее вместо действительной длины трубопровода L так назы­ ваемую приведенную длину Ьп. Таким образом,

 

^1-2

2g '

(4.97)

 

 

 

Если

трубопровод состоит из нескольких

участков длиной L t,

L2, . . .,

Lk различного диаметра dlt d2, . . ., dk с n местными со­

противлениями, полная потеря напора находится аналогично пре­ дыдущему:

 

i=>k

 

 

 

 

 

/^1-2 — 2

^л.

"1“ 2

пг*1

(a)

Здесь

 

 

t=*i

 

 

 

 

 

 

 

2 h*-ni = X i £

' i g + x *iir'~1г +

■■- + kk dk 2g

(в)

 

 

 

 

 

(c)

a Jii, X2, . . ., l k\ £l5

£2, . . .,

ln и

vx, v2, . . ., vn — коэффициенты

сопротивлений и средние скорости для отдельных участков.

Для упрощения подсчетов часто оказывается целесообразным выразить все скорости через какую-нибудь одну основную скорость на некотором основном участке трубопровода, который выбирается произвольно в зависимости от удобства решения и условий задачи. Предположим, что таким участком является первый. Тогда из урав­

нения постоянства расхода

 

vlF1 = v2F2=

= vkFk

171



получаем

_

Fi

Fi

v 2 — v i F2 > • • • >v k

 

v \ Fk ■

Подставляя эти значения в выражения

(в) и (с), а последние —

в общее уравнение для полной потери напора (а), после преобразо­ ваний находим

^1-2

 

 

или

+ Si + Se ( ^ - ) + • • - +

] l F ’

 

 

 

^1-2 — i

2g

где через

£сист (коэффициент сопротивления системы) обозначено

выражение,

стоящее в квадратных

скобках.

§ 52. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

На практике часто встречаются такие гидравлические системы, которые включают большое число различных местных сопротивле­ ний, устанавливаемых на весьма малых расстояниях друг от друга. Это имеет место, например, в обвязках устьев нефтяных и газовых скважин, манифольдах нефтепроводных насосных станций и неко­ торых сложных фасонных частях трубопроводов.

При этом начинает сказываться возмущающее влияние одного сопротивления на другое — нарушается режим течения потока с установившимся полем скоростей и изменяются условия подхода жидкости к каждому последующему местному сопротивлению. Сум­ марный коэффициент сопротивления таких систем может существенно отличаться от арифметической суммы приведенных выше (см. § 50) значений коэффициентов отдельных «изолированных» сопротивле­

ний и в зависимости от

расстояния

между ними может быть как

значительно больше, так и меньше

этой суммы.

В подобных случаях

говорят об

интерференции, т. е. взаимном

влиянии местных сопротивлений.

Явление интерференции сопротивлений до сих пор исследовано еще недостаточно полно и обстоятельно. По существу лишь в самое последнее время появились отдельные работы, посвященные этому вопросу; основные результаты некоторых из них приводятся ниже.

В качестве основной характеристики интерференции принимается так называемая длина влияния, под которой понимают длину прямого участка трубопровода после местного сопротивления, в пределах которого прекращается возмущающее влияние сопротивления на поток. Установлено, что в общем случае величина длины влияния за­ висит от вида (геометрии) местного сопротивления, числа Рейнольдса, диаметра и относительной шероховатости трубопровода.

172


По А .

Д .

А л ьтш ул ю , длина влияния для всей обл асти тур бул ен т­

н ого

реж им а

м ож ет бы ть определена по

формуле

 

 

 

 

 

 

Ьвл =

0 , Ы - ^ ~ ,

(4.98)

где

d — диаметр трубоп р овод а ; £к — коэфф ициент рассм атри ваем ого

м естного сопроти влени я в квадратичной

обл асти ; X — коэфф ициент

гидравл ического

соп роти вл ени я трубоп ровода .

 

П ри

бол ьш и х

числах Рейнольдса для ориен ти ровочн ой

оценки

длины

влияния

приближ енно

м ож но

принимать

 

 

 

 

 

 

=

(20 - г 50) d.

(4.99)

В тех

же

сл у ч а я х , когда р асстоя н и я

м еж ду местными

соп р оти ­

влениями

меньше

длины влияния, интерф еренция сопротивлений ,

как уж е ук азы вал ось , м ож ет бы ть весьма значительной и м ож ет с у ­ щ ественно сказаться на точн ости и н адеж ности гидравлических рас­

четов. П оэтом у

при проведении подобны х расчетов это

обстоя тел ь ­

ство н еобходи м о

учиты вать, и сп ол ьзуя материалы соответствую щ и х

(подчеркиваем ,

пока еще

весьма нем ногочисленны х) исследований.

Ю . А . С кобельцы н и

П .

В. Х ом у то в изучали интерф еренцию раз­

личны х

видов запорны х

устрой ств (вентили,

проходны е

пробковы е

кран ы ,

дроссельны е и обратны е клапаны ). В

результате

обр аботк и

бол ьш ого числа эксперим ентальны х данны х ими предлож ены сл еду­ ющ ие формулы для определения сум м арного коэффициента местных

сопротивлений

пары

этих

устрой ств

при

их взаимном

влиянии:

п ри

R e < 160

 

f-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1,2

V'>iK

+

£гк) (2 P);

 

(4.100)

при

160sS Re sS 500

*1+2

Re0,785

 

у

 

1,3 1

/*;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P);

 

(4.101)

при

Re>500*

 

*1+2

Re°,159

’Ik"I- ^2k)

 

 

 

£1+2 =

(£lK+

£2k) (2 -P ),

 

(4.102)

 

 

 

 

 

 

где

, £2

значения

единичных

коэфф ициентов

сопротивлений

запорны х устр ой ств ,

составляю щ и х

п ару , в квадратичной области

сопротивлений ;

|3

коэф ф ициент,

зависящ ий от

отн осител ьн ого

расстоян и я

м еж ду

запорны ми

устрой ствам и ;

 

 

для

п рям оточн ой зап орн ой

арм атуры

 

 

 

 

 

 

р = 22,2 •10'5

 

-2 6 ,7

•10-3 (- L ) + 0,8;

(4.103)

для остал ьн ы х

видов

запорны х

устрой ств

 

 

 

 

 

р = 4,17 •Ю-e ( i _ ) 2 _ 5)о . ю -з

+0,15.

(4.103')

*

М ож н о

счи тать,

что в

этом сл у ч а е

(R e ) >

500) сум м ар н ы й

коэф ф ициент

£i +2 п р ак ти ч еск и

не зави си т

от

чи сла Р ей н о л ьд са .

 

 

17а


Исследования интерференции диафрагм проводились Н. В. Левкоевой. Результаты исследований представлены на рис. 125, где изображены кривые изменения коэффициента интерференции, пред­ ставляющего собой отношение приращения суммарного коэффициента сопротивления двух «интерферирующих» диаграмм к арифметиче­ ской сумме коэффициентов сопротивления тех же, но «изолированных» диафрагм,

к-

A?

Si+2—(?1+ £г)

 

 

2 ?

Sl+?2

в зависимости от относительного расстояния -j- между диафраг­

мами при разных значениях числа Рейнольдса (1 — при Re = 100,

2 - Re =

500,

3 — Re =

2000,

4 -

Re =

8000).

 

 

 

Из рассмотрения кривых следует, что суммарный коэффициент

сопротивления

£1+2 при очень малом

расстоянии между диафраг­

 

 

 

мами

 

значительно

меньше

арифметической

 

 

 

суммы единичных коэффициентов сопротивле­

 

 

 

ния

обеих

 

диафрагм

(£х + £2).

При увеличе­

 

 

 

нии этого расстояния величина коэффициента

 

 

 

интерференции

резко

возрастает

и достигает

 

 

 

наибольшего значения

при I

(5-г- 7) d, когда

 

 

 

суммарный

 

коэффициент

£1+2

на 3—7% пре­

 

 

 

вышает

(£х + £2).

Затем

кривые

плавно сни­

 

 

 

жаются

и

коэффициент

интерференции стано­

 

 

 

вится

равным

нулю;

суммарный коэффициент

 

 

 

£ i+ 2

при

этом равен

 

сумме

единичных коэф­

 

 

 

фициентов

 

сопротивления диафрагм (£х + £2).

 

 

 

Из графика

видно

также,

что коэффициент

 

 

 

интерференции зависит и от числа Рейнольдса.

 

 

 

При

малых

значениях

Re

суммарный коэф­

 

 

 

фициент сопротивления

£1+2 меньше отличается

0 W

20

l/d

от суммы единичных коэффициентов сопротив­

ления,

чем

при

больших

Re;

одновременно

Рис.

125

 

с уменьшением

Re

уменьшается

и величина

Принципиально

длины

влияния.

 

 

 

 

были

получены

аналогичные

результаты

И. А. Ждановым, изучавшим интерференцию стандартных фланцевых отводов. Анализ полученных им зависимостей коэффициента интерфе­ ренции К от величины относительного расстояния между отводами

-j показывает, что во всех случах

(при Re = 20-н5000) минимальное

значение коэффициента интерференции К соответствует

значению

1 — 0, при котором суммарный

коэффициент сопротивления

£1+2

значительно меньше суммы (£х +

£2), а максимальное — при

отно­

сительном расстоянии между отводами -L- — 5,

когда

£1+2

суще­

ственно превышает £х + £2. При дальнейшем

увеличении

ко-

174