Местные сопротивления. Эквивалентная длина

Трубопроводы, по которым течет жидкость, часто имеют в своем составе всевозможные сужения, расширения, повороты и дросселирующие устройства, называемые местными гидравлическими сопротивлениями.

К местным сопротивлениям относят короткие участки труб (каналов), в которых происходит изменение скоростей движения жидкости по величине и направлению. Простейшие местные сопротивления можно условно разделить на сопротивления, вызванные изменением сечения потока (расширение, сужение), и сопротивления, связанные с изменением направления движения жидкости. Но большинство местных сопротивлений являются комбинациями указанных случаев, так как поворот потока может привести к изменению его сечения, а расширение (сужение) потока – к отклонению от прямолинейного движения жидкости. Кроме того, различная гидравлическая арматура (краны, вентили, клапаны и т.д.) практически всегда является комбинацией простейших местных сопротивлений. К местным сопротивлениям также относят участки трубопроводов с разделением или слиянием потоков жидкости.

Необходимо иметь в виду, что местные гидравлические сопротивления оказывают существенное влияние на работу гидросистем с турбулентными потоками жидкости. В гидросистемах с ламинарными потоками в большинстве случаев эти потери напора малы по сравнению с потерями на трение в трубах.

Несмотря на многообразие местных сопротивлений, в большинстве из них изменение скоростей движения приводит к возникновению вихрей, которые для своего вращения используют энергию потока жидкости. Таким образом, основной причиной гидравлических потерь напора в большинстве местных сопротивлений является вихреобразование. Практика показывает, что эти потери пропорциональны квадрату скорости жидкости, и для их определения используется формула Вейсбаха.

При вычислении потерь напора по формуле Вейсбаха наибольшей трудностью является определение безразмерного коэффициента местного сопротивления ζ. Из-за сложности процессов, происходящих в местных гидравлических сопротивлениях, теоретически найти ζ удается только в отдельных случаях, поэтому большинство значений этого коэффициента получено в результате экспериментальных исследований.

Существует два способа расчета потерь давления на местные сопротивления: прямой и способ эквивалентов.

Для местных сопротивлений с линейным законом сопротивления (или с законом, близким к линейному) часто применяют метод эквивалентной длины.

Эквивалентной длиной называются участок прямого трубопровода того же, диаметра, что и местное сопротивление, потери напора на котором равны потерям напора в местном сопротивлении.

Сущность этого метода заключается в том, что для местного сопротивления задаются эквивалентная длина и условный диаметр (или условная площадь сечения). Причем их значения выбираются такими, что потери напора в условном трубопроводе равны потерям в данном гидравлическом сопротивлении. В результате такой замены все местные сопротивления в системе устраняются. Тогда определение потерь в этом местном сопротивлении проводят по расчетным зависимостям для трубопровода.

К таким сопротивлениям относят большинство фильтров, а также линейные дроссели и некоторые жиклеры.

Значение эквивалентных длин для каждого значения ζ берется из таблиц соответствующих справочников.