Гидравлическое сопротивление | Потери давления на трение

Коэффициент гидравлического сопротивления трения Потери давления на трение в трубопроводе В каждой гидравлической системе, как и в отдельных участках, часть полного давления, идущая па преодоление сил гидравлических сопротивлений, является для нее безвозвратно потерянной, так как из-за молекулярной и турбулентной вязкости движущейся среды механическая работа сил сопротивления преобразуется необратимо в теплоту. Поэтому общая энергия (включающая и тепловую энергию) потока на данном участке трубы при отсутствии теплопередачи через стенки остается неизменной. Однако состояние потока при этом меняется, так как давление падает. Температура же вдоль потока при неизменной скорости не меняется. Объясняется. это тем, что работа расширения, обусловленная падением давления, целиком преобразуется в работу сил сопротивления, и теплота, возникающая из этой механической работы, возмещает охлаждение, поручаемое вследствие расширения.

Вместе с тем энергия, приобретенная потоком за счет работы, например, насоса, для данной сети теряется в виде кинетической или тепловой энергии при выходе жидкости (газа) в атмосферу (в другой объем).

Виды потерь давления

Различают, два вида потерь полного давления (гидравлического сопротивления) в сети трубопровода:

1. Потери на трение (сопротивление трения).
2. Местные потери (местное сопротивление).

Δp = Δp_тр + Δp_м ,

Гидравлическое трение вызывается вязкостью (как молекулярной, так и турбулентной) реальных жидкостей и газов, возникающей при их движении, и является результатом обмена количеством движения между молекулами (при ламинарном течении), а также и между отдельными частицами (при турбулентном течении) соседних слоев жидкости (газа), движущихся с различными скоростями.

Местные потери полного давления возникают при местном нарушении нормального течения, отрыве потока от стенок, вихреобразовании и интенсивном турбулентном перемешивании потока в местах изменения конфигурации трубопровода или при встрече и обтекании препятствий (вход жидкости (газа) в трубопровод; расширение, сужение, изгиб и разветвление потока; протекание жидкости (газа) через отверстия, .решетки, дроссельные устройства; фильтрация через пористые тела; обтекание различных препятствий и т. n.). Эти явления усиливают обмен количеством движения между частицами движущейся жидкости (т. е. трение), повышая диссипацию энергии. К местным потерям давления относятся также и потери скоростного (динамического) давления при выходе жидкости (газа) из сети в атмосферу.

Потери давления на трение

Потери давления по длине прямой трубы (канала) постоянного поперечного сечения (линейные потери или потери на трение) вычисляются по формуле Дарси-Вейсбаха

Δp_тр = (λ·L) / D_г· (ρ · w²) / 2 ,

где λ - коэффициент гидравлического трения;
L - длина трубопровода, м;
D_г - гидравлический диаметр, м. Для труб круглого сечения равен диаметру трубопровода;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
w - скорость движения жидкости, м/с.

Выражение (λ·L) / D_г представляет собой коэффициент сопротивления трения ξ_тр. Коэффициент λ зависит от режима течения и шероховатости трубопровода, и рассчитать его можно по формулам и справочным данным. Можно также воспользоваться программой по расчету потерь давления в трубопроводе на нашем сайте.

Для закрепления знаний можно посмотреть видео по теме потерь давления по длине и местным потерям давления при движении жидкости