Местными гидравлическими сопротивлениями называются технические устройства, которые устанавливаются на трубопроводах или каналах и вызывают изменение площади или ориентации живого сечения потока. К ним относятся: запорно-регулирующая арматура (краны, вентили, задвижки), регулирующие клапаны, соединение трубопроводов разных диаметров (диффузоры, конфузоры, внезапное расширение, внезапное сужение), диафрагмы, повороты труб (отводы, колена) и другие. В зависимости от факторов, вызывающих потери напора, в местных сопротивлениях различают потери трения и вихревые потери. Потери на трение вызываются торможением потока стенками, которое приводит к неравномерному распределению скоростей по сечениям потока и к появлению напряжений трения между смещающимися струйками жидкости. Местные деформации потока сопровождаются увеличением неравномерности скоростей в его сечениях, вызывающим возрастание местных потерь трения. Вихревые потери связаны с отрывами потока от стенок, происходящими при резких изменениях конфигурации каналов. Возникающие при этом интенсивные вихреобразования приводят к сильному возрастанию местной потери напора. Рассмотрим структуру потока при его отрыве от твердой стенки (рис.). В этом случае транзитный поток отделяется от циркуляционной зоны некоторой воображаемой поверхностью раздела. Выделим часть этой поверхности А-А с прилегающими к ней струйками транзитного потока и потока циркуляционной зоны (рис. а). Отметим, что в любом поперечном сечении скорости транзитного потока больше скоростей потока в циркуляционной зоне. Пусть по какой-либо случайной причине произошло искривление поверхности раздела (рис. б). При этом возникают поперечные инерционные силы, действующие в сторону увеличения кривизны. Таким образом, возникающее искривление поверхности раздела начинает затем прогрессировать, и она вследствие разницы скоростей в прилегающих струйках будет сворачиваться в отдельные вихри и распадаться (рис. в, г). Затем поверхность раздела возникает опять, и весь процесс повторяется сначала, т.е. данный процесс носит автоколебательный характер.
Итак, поверхность раздела является неустойчивой, и при своем распаде она генерирует в потоке вихри. Рассмотрим поведение вихря, образовавшегося при распаде поверхности раздела и попавшего в транзитный поток. Результирующая скорость в точке 1 вихря будет, очевидно, больше скорости в точке 2 (рис.). Давление же, напротив, будет согласно уравнению Д. Бернулли больше в точке 2. Итак, на вращающийся в поступательном потоке вихрь действует поперечная сила, выталкивающая его в транзитный поток. В транзитном потоке первичные вихри (макро-вихри), образовавшиеся при распаде поверхности раздела, постепенно распадаются на вихри меньшего размера, те, в свою очередь, на еще более мелкие вихри и т.д. Этот процесс идет до тех пор, пока они не достигнут размера диссипативных вихрей.
Кинетическая энергия, захваченная у потока макровихрями при их образовании, передается ими почти без потерь диссипативным вихрям. А они растрачивают ее на работу против сил вязкости. Эта энергия превращается в тепловую, и рассеивается. Рассмотренная схема явлений при отрыве относится к случаю турбулентного потока, чаще всего встречающемуся на местных сопротивлениях.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему