Выход из трубы. Диффузор. Внезапное сужение. Вход в трубу. Конфузоры. Поворот

Выход из трубы в неподвижную жидкость (бак, бассейн, водохранилище) является частным случаем внезапного расширения при w₂ >> w₁. В этом случае (рис. 8.4) можно использовать выражение для коэффициента сопротивлений при внезапном расширении: ,

а так как w₂ в этом случае гораздо больше, чем w₁, то принимаем:

Постепенное расширение (диффузоры). Потери напора в диффузорах разделяются на потери, связанные с расширением сечения h_р и потери по длине диффузора h_дл. Соответственно коэффициент сопротивления делится на коэффициенты сопротивления расширения ζр и ζдл.

ζ _диф= ζ_р + ζ_дл.

При движении жидкости в диффузоре скорости по длине уменьшаются. Соответственно, по уравнению Бернулли давление увеличивается (градиент – положительный градиент давления). При этом вблизи стенок жидкость обладает столь малой кинетической энергией, что при значительном нарастании давления она останавливается или даже начинает двигаться обратно. Происходит вихреобразование и отрыв потока от стенки. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора. Безотрывное движение жидкости в диффузоре при 8-10 градусах.

При внезапном сужении (расширении), за кромкой сужения происходит отрыв потока от твердой стенки и образование транзитной струи, которая сначала испытывает сжатие, а затем – расширяется.

Между ними образуется водоворотная зона. Образуются вихри, которые в результате обмена жидкостью между водоворотной зоной и транзитной струей проникают в поток, где гасятся трением. В результате работы сил трения часть механической энергии потока переходит в теплоту.

Вход в трубу(рис. 8.7) является частным случаем внезапного сужения. Если труба присоединена перпендикулярно стенке бассейна и кромка входного отверстия острая, то z_вх. = 0,5; при слегка скругленной кромке z_вх. = 0,2 ¸ 0,25, а при весьма плавном очертании входной кромки z_вх. = 0,05 ¸ 0,1.

Постепенное сужение (конфузоры) (рис. 8.8). При движении жидкости в конфузоре вдоль потока скорость растет, а давление уменьшается (градиент давления ). Лишь на выходе из конфузора при прямолинейных образующих труб имеется сжатие потока и отрыв потока от стенки, но эта зона меньше, чем при внезапном сужении.

Поворот. При изменении направления потока появляются центробежные силы, направленные от центра кривизны к внешней стенке трубы. Давление в пределах поворота у внешней стенки больше, чем у внутренней. Соответственно, скорости меньше, чем у внутренней. Вдоль боковых стенок трубы, вблизи поверхности которых скорость невелика, происходит движение жидкости от внешней стенки к внутренней, то есть возникает поперечная циркуляция в потоке. В результате образуется так называемый парный (двойной) вихрь, который накладывается на поступательное движение; линии тока становятся винтообразными (рис. 8.9). Происходит отрыв потока от обеих стенок, образуются водоворотные области с обратными направлениями линий тока в них у стенок трубы.

Вход в трубу явл. частным случаем внезапного сужения. Если труба присоединена перпендикулярно стенке бассейна и кромка входного отверстия острая, то ζвх. = 0,5; при слегка скругленной кромке ζвх. = 0,2 ч 0,25, а при весьма плавном кромки ζвх. = 0,05 ч 0,1.