Коэффициент местного гидравлического сопротивления | Местные потери давления

Местные гидравлические сопротивления — короткие участки трубопроводов или каналов, в которых происходит изменение скоростей по величине и (или) направлению и обычно возникают вихревые зоны.

Потери напора (энергии) в местных сопротивлениях называются местними потерями напора и определяются в долях удельной кинетической энергии по формуле Вейсбаха:

h_мест = ξ_мест · w² / (2 · g) ;

В системе СИ, формула будет иметь вид:

ΔP_мест = ξ_мест · ρ · w² / 2 ;

где w — средняя скорость в сечении трубопровода или канала, расположенном обычно за местным сопротивлением, м/с;
ξ_мест — коэффициент местной потери напора, или коэффициент местного сопротивления. Величина ξ_мест зависит от вида местного сопротивления, числа Рейнольдса Re, в некоторой мере от шероховатости стенок, а для запорных устройств (кранов, вентилей, задвижек, клапанов и др.) — от степени их открытия;
ρ — плотность жидкости, кг/м³.

В связи со сложностью структуры потока в местных сопротивлениях только в отдельных случаях ξ_мест определяются теоретически, в преобладающем большинстве случаев коэффициенты ξ_мест найдены на основе проведенных экспериментов.

Исследования показывают, что ξ_мест зависит от числа Рейнольдса Re лишь при ламинарном режиме движения. В турбулептyых потоках при достаточно больших числах Re влияние последних на коэффициенты ξ_мест незначительно, поэтому значения их считают зависящими только от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления.

Местные потери энергии обусловленые местными гидравлическими сопротивлениями, т. е. местными изменениями формы и размера русла, вызывающими деформацию потока. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется ее скорость и обычно возникают крупные вихри. Последние образуются за местом отрыва потока от стенок и представляют собой области, в которых частицы жидкости движутся в основном по замкнутым кривым или близким к ним траекториям.

Ниже приведены значения ξ_мест наиболее распространненых элементов:

• 
  Вход в трубопровод из емкости ξ_вход = 0,5 при Re > 10⁴
• 
  Расширение трубопровода
  ξ_расш = ((S₂ / S₁) - 1)²
• 
  Сужение трубопровода
  ξ_суж = 0,5·(1 - (S₂ / S₁))
• 
  Резкий поворот под 90 грд ξ_пов = 1,1.
  Плавный поворот под 90 грд ξ_пов = 0,15.
• 
  Простой вентиль или клапан
  с прямым затвором ξ_кл = 3 - 5,5.
• 
  Выход из трубы в емкость ξ_выход = 1.

Наиболее полное описание и уточненные значения гидросопротивлений, вычисленных на основе экспериментов приведены в книге Е.И. Идельчика "Справочник по гидросопротивлениям"

Хорошее видео по теме потерь давления по длине и местным потерям давления при движении жидкости