8.2. Потери давления в местных сопротивлениях, коэффициент местных сопротивлений

Фасонные части воздухопроводов (отводы, тройки, диффузоры, конфузоры, внезапное расширение потока и т. д.) и оборудование, в которых потери давления возникают при изменении скорости или направления движения потока, называются местными сопротивлениями. Обычно в ВУ потери в местных сопротивлениях превосходят потери давления на трение.

Коэффициентом местного сопротивления называется отношение птери давления в данном местном сопротивлениии к динамическому давлению в выбранном сечении:

Динамическое давление, к которому относят коэффициент местного сопротивления, принимается для неменяющихся или наиболее суженных поперечных сечений, но с обязательным указанием выбранного места. Удобнее всего такое сечение брать в месте соединения с питающим воздухопроводом.

На практике при составлении таблиц и проведении расчетов значения коэффициентов местных сопротивлений считают зависящими только от соотношения геометрических размеров, а влиянием числа Рейнольдса и шероховатости стенок пренебрегают.

Существенное влияние на значения коэффициента местного сопротивления оказывает состояние входящего потока, обусловленное режимом течения, формой входа, расположением вблизи других местных сопротивлений. Значения коэффициентов местных сопротивлений, приводимые в справочной литературе, обычно соответствуют наличию на входе равномерного поля скоростей воздушного потока.

Как правило, в местных сопротивлениях в том или другом сечениях скорость потока изменяется. Это характерно для внезапного расширения потока, когда образуется вихревая область (см. рис. 12). На ее образование расходуется энергия, называемая потерей давления на удар.

Эту потерю можно определить аналитическим путем. Для сечений 0-0 и

1 - 1 напишем уравнение Бернулли:

откуда потери давления между сечениями 0-0 и 1-1 равны:

Применительно к объему, заключенному между двумя этими сечениями, запишем уравнение импульса сил:

После подстановки последнего уравнения в преобразованное уравнение Бернулли получим:

После упрощения формула для расчета потерь примет следующий вид:

т. е. потеря давления на удар равна динамическому давлению потерянной скорости.

Коэффициент местного сопротивления % па удар при внезапном расширении потока (относя его к динамическому давлению в узком сечении) равен:

где f и F— соответственно площади трубы в узком и широком сечениях.

Для случаев выхода воздуха в свободное пространства F = ∞ , ξ = 1

(L — объемный расход воздуха).

В общем случае, когда изменение скорости происходит не внезапно, пользуются формулой:

где К. — коэффициент смягчения, определяемый опытным путем.

Потери давления в отводах

В отводах и коленах изменяется направление потока. Потери давления в них возникают в результате интенсивного вихреобразования при отрыве потока от стенок.

Изготавливают отводы из листовой стали (рис. 13).

Сопротивление отвода складывается из сопротивления на трение длины отвода, определяемой по формуле: и прибавляемой к общей длине воздухопровода, и местного сопротивления со своим коэффициентом ξ

Коэффициенты местных сопротивлений, отводов и колен находят по справочникам.

Потери давления в тройниках

Фасонные части воздухопроводов, в которых происходит слияние или разделение двух потоков, называются тройниками. Тройники с симметричным расположением ответвлений называются штанообразными. Слияние и разделение трех потоков происходит в крестовинах.

Тройники бывают с круглым и прямоугольным поперечным сечением. Тройник состоит из проходного патрубка и ответвления (рис. 14).

Геометрически тройник характеризуется углом примыкания боковой ветви α и отношением площадей поперечных сечений ответвления и прохода к сборной площади, т. е. α , S_r/S, S_б/S, или Q₆/Q, Q_r/Q и v_a/v, v_r/v , где S — соответствующее сечение; Q — соответствующий расход воздуха; v — соответствующая скорость воздуха.

Потери давления в тройнике возникают за счет вихреобразования при изменении скоростей проходящих потоков и за счет изменения направления движения в ответвлении.

Коэффициенты местных сопротивлений (ξ) тройников даются на ответвление и на проход отдельно.

Коэффициенты местных сопротивлений тройников могут иметь отрицательный знак, что обусловлено эжекцией струй.Обычно S = S₆ + S_n;

α = 30° или 45°, в зависимости от диаметров (S, S_б и S_n — соответственно площади сборного, бокового и проходного сечений тройника).

Коэффициенты местного сопротивления проводника берутся из таблиц по отношению площадей S_n/S, S_a /S и расходов воздуха Q_б/Q.

Коэффициенты местных сопротивлений конфузоров и диффузоров находят из таблиц по соотношениям геометрических размеров.