Истечение газов и паров. Особенности и характеристика режима истечения. Конфузор, диффузор, сопло Лаваля

Существует конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор - часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое - уменьшается. Увеличивается скорость течения жидкости или газа.

Область применения диффузоров

Диффузор применяется в устройствах, в которых осуществляется перемещение жидкостей и газов (водопроводах , воздуховодах , газопроводах , нефтепроводах , аэродинамических трубах , реактивных двигателях и др.). В электроакустике часть механической колебательной системы громкоговорителя , предназначенной для возбуждения звуковых волн в окружающем воздухе.

Конструкция диффузоров

• Акустический диффузор обычно изготовляется из специальных сортов бумаги и гибко крепится к металлическому корпусу громкоговорителя .
• Диффузор в фототехнике приспособление для получения фотографического изображения мягкого рисунка. Представляет собой: а) плоскопараллельную стеклянную пластинку с квадратной сеткой или концентрическими кругами, нанесёнными алмазом на расстоянии 2-3 мм; б) узкие полоски стекла шириной 0,1 диаметра объектива и толщиной 0,8-1 мм. Полоски и пластинки укрепляются в оправу, которая надевается на объектив фотоаппарата или фотографического увеличителя после наводки на резкость.
• Диффузор в производстве глинозёма аппарат для проточного выщелачивания дроблёного бокситового спека . Обычно 12-14 таких аппаратов соединяются последовательно, образуя батарею. Особенность проточного выщелачивания в Д. состоит в том, что спек в них остаётся всё время неподвижным на решётчатом днище, а раствор последовательно в каждом Д. просачивается через толщу спека. Омывая каждую отдельную частицу, а также проникая по порам внутрь её, раствор выщелачивает растворимые составляющие. В один конец батареи подаётся горячая вода, из др. сливается концентрированный раствор алюмината натрия . Все Д. соединены трубопроводами; с помощью кранов можно отключить любой из них, не нарушая работы остальных. Д. с выщелоченным спеком периодически отключают, а в др. конце батареи вместо него включают Д. со свежим спеком. Обычно в батарее из 14 Д. 12 находятся в работе, 1 под загрузкой и 1 под разгрузкой.
• Диффузор в пищевой промышленности
• Диффузор в вентиляции

Гидравлический диффузор: $Q\_1$ - поток жидкости в узком сечении трубы; $Q\_2$ - поток жидкости в расширенной части трубы. Скорость жидкости в расширенной части меньше скорости в узкой части трубы

• Диффузор в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. диффузор (автомобиль)).
• Диффузор в кинетическом двигателе

Конфузор

При круглых воздуховодах конфузор имеет вид усечённого конуса, при квадратных - усечённой пирамиды. Наиболее часто конфузор используют для подсоединения воздуховода к всасывающей стороне вентилятора радиального , что позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления ζ (коэффициент Дарси) (вследствие более плавного сужения воздушного потока и предотвращения отрыва пограничного слоя и образования вихрей), а следовательно, уменьшить потери давления , развиваемого вентилятором.

$\backslash zeta\; =\backslash frac\{\backslash lambda\_T\}\{8\backslash sin\{\backslash alpha/2\}\}\; \backslash left(1-\backslash frac\{1\}\{n^2\}\; \backslash right)$,

где $n\; =\backslash frac\{S\_1\}\{S\_2\}$ - степень сужения; $\backslash lambda\_T$ - коэффициент потерь на трение по длине при турбулентном режиме.

Гидравлическое сопротивление конфузора всегда меньше гидравлического сопротивления диффузора такого же размера.

В местных сопротивлениях имеют место дополнительные потери напора, которые определяются по формуле Вейсбаха (29.1) или (29.2):

· потери напора, м

Dh м = z × ;

· потери давления, Па

Dр м = z × r × ,

где v – средняя скорость в сечении, обычно после местного сопротивления , м/с;

z – коэффициент местного сопротивления, безразмерный;

r – плотность жидкости, кг/м 3 ;

g – ускорение силы тяжести, м/с 2 .

При развитом турбулентном режиме течения в автомодельной области коэффициент z от числа Рейнольдса не зависит , а зависит от вида местного сопротивления, его геометрической формы и размеров препятствий на пути потока (иначе, геометрии потока).

Рассмотрим некоторые случаи местных гидравлических сопротивлений при турбулентном течении в автомодельной области и напорном движении.

1. Внезапное расширение трубопровода (рис. 52). Сечение трубопровода внезапно расширяется от площади w 1 до площади w 2 . В месте расширения поток отрывается от твёрдых стенок, образуя транзитную струю, которая постепенно расширяется. На некотором расстоянии от кромки расширения транзитная струя заполнит сечение w 2 . Между стенкой трубы и поверхностью транзитной струи жидкость медленно вращается, образуя водоворотную область. На границе между транзитной струёй и водоворотной областью происходит интенсивное вихреобразование. В связи с интенсивным вихреобразованием на границе транзитной струи и последующим гашением вихрей, происходят потери удельной энергии при внезапном расширении, которые можно определить по формуле Вейсбаха (29.1) или (29.2).

Коэффициенты сопротивления при внезапном расширении потока определяются следующими выражениями:

v 1 в сечении 1-1 (до местного сопротивления)

z в.р. 1 = ; (30.1)

· коэффициент, отнесённый к средней скорости v 2 в сечении 2-2 (после местного сопротивления)

z в.р. 2 = . (30.2)

где w 1 – площадь поперечного сечения трубопровода до расширения, м 2 ;

w 2 – площадь поперечного сечения трубопровода после расширения, м 2 .

Рисунок 52 – Внезапное расширение Рисунок 53 - Диффузор

При Re > 5× 10 3 коэффициенты сопротивления при внезапном расширении зависят только от отношения площадей w 1 и w 2 .

Потери удельной энергии при внезапном расширении трубопровода могут быть определены также по формуле Борда:

· потери напора, м

Dh в.р. = ; (30.3)

· потери давления, Па

Dр в.р. = r × , (30.4)

где v 1 – средняя скорость в сечении до местного сопротивления, м/с;

v 2 – средняя скорость в сечении после местного сопротивления, м/с;

a – коэффициент Кориолиса.

Потери напора при внезапном расширении равны скоростному напору, соответствующему потерянной скорости (v 1 – v 2 ).

Если принять a = 1, формулы (30.3) и (30.4) принимают вид:

· потери напора, м

Dh в.р. = ; (30.3, а)

· потери давления, Па

Dр в.р. = r × , (30.4, б)

2. Постепенное расширение (диффузор ) (рис. 53).

Вследствие малости потерями удельной энергии по длине диффузора часто пренебрегают (z дл. » 0). Поэтому принимаем, что коэффициент сопротивления диффузора равен коэффициенту сопротивления на постепенное расширение (z д = z п.р. ).

Коэффициенты сопротивления диффузора обычно относят к скорости в первом сечении v 1 (до местного сопротивления). Тогда коэффициент сопротивления диффузора равен:

z д = k д × z в.р. 1 = k д × . (30.5)

где k д – коэффициент смягчения диффузора;

Коэффициент смягчения диффузора k д учитывает уменьшение потерь энергии на диффузоре по сравнению с внезапным расширением при том же соотношении сечений соединяемых труб. Коэффициент k д находится по справочным таблицам в зависимости от углаконусностидиффузораQ .

Потери удельной энергии на диффузоре по формуле Борда (при a = 1) равны:

· потери напора, м

Dh в.р. = k д × ; (30.6)

· потери давления, Па

Dр в.р. = k д × r × , (30.7)

В зависимости от угла конусности движение в диффузоре может быть безотрывным (при Q < 8 0 …10 0), либо может происходить отрыв потока от стенок на части длины диффузора (при ~ 10 0 < Q < 50 0 …60 0). Полный отрыв потока от стенок по всей длине диффузора наблюдается при Q > 50 0 …60 0 . Отрыв бывает несимметричным и даже односторонним. Наивыгоднейший угол конусности изменяется в пределах от 5 0 до 8 0 .

3. Внезапное сужение (рис. 54). При внезапном сужении за кромкой сужения происходит отрыв потока от стенки и образование транзитной струи, которая сначала испытывает сжатие, а затем расширение. Между твёрдой стенкой и поверхностью транзитной струи образуется водоворотная зона. Образуются вихри, которые в результате обмена жидкостью между водоворотной зоной и транзитной струёй проникают в поток, где гасятся трением. В результате работы сил трения часть механической энергии потока переходит в теплоту. Потери удельной энергии равны:

Dh в.с. = z × или Dр в.с = z в.с × r × .

Рисунок 54 – Внезапное сужение Рисунок 55 - Конфузор

Коэффициент местного сопротивления на внезапном сужении z в.с при Re > 1´10 4 зависит только от отношения площадей . Значение коэффициента z в.с можно определить по формуле

z в.с. = (30.8)

где e - коэффициент сжатия струи.

Коэффициент сжатия струи равен отношению минимального живого сечения потока w с к площади трубопровода меньшего сечения w 2

e = , (30.9)

где w с - минимальное живое сечение потока;

w 2 - площадь трубопровода меньшего сечения w 2 (после местного сопротивления).

Коэффициент сжатия струи e зависит от степени сжатия потока n и его можно оценить по эмпирической формуле:

e = 0,57 + . (30.10)

где n – степень сжатия потока.

Степень сжатия потока n представляет собой отношение площади трубопровода меньшего сечения w 2 (после местного сопротивления) к площади трубопровода большего сечения w 1 (до местного сопротивления):

n = . (30.11)

4. Постепенное сужение (конфузор ) (рис. 55). При движении жидкости в конфузоре скорость потока вдоль трубопровода возрастает, а давление уменьшается. Так как жидкость движется от большего давления к меньшему, то причин для срыва потока (как это имело место в диффузоре) в конфузоре меньше. Поэтому сопротивление конфузора всегда меньше сопротивления диффузора с теми же геометрическими характеристиками.

Вследствие малости потерями удельной энергии по длине конфузора часто пренебрегают (» 0). Поэтому принимаем, что коэффициент сопротивления конфузора равен коэффициенту сопротивления на постепенное сжатие (z к = z п.с. ).

Коэффициент сопротивления конфузора z к равен:

z к = k к × z в.с. = k к × , (30.12)

где k к – коэффициент смягчения конфузора.

Коэффициент смягчения конфузора k к учитывает уменьшение коэффициента z в.с. , а следовательно, потерь энергии на конфузоре по сравнению с внезапным сужением при том же соотношении сечений соединяемых труб. Коэффициент k к зависит от углаконусностиконфузораQ .

5. Поворот (рис. 56). В результате искривления потока на вогнутой стороне внутренней поверхности трубы давление больше, чем на выпуклой. В связи с этим в направлении течения создаются различия в скорости, способствующие отрыву потока от стенок. Это приводит сначала к сужению струи, а затем – далее по течению – к её расширению. При этом возникают значительные потери удельной энергии.

При резком повороте трубы, который называется также простым или острым коленом (незакруглённое колено), потери удельной энергии особенно велики. Для гладких стенок труб с круглым и квадратным поперечным сечением при Re > 2´10 5 коэффициент сопротивления поворота z пов. р. зависит только от угла поворота Q .

Рисунок 56 - Поворот

При плавном повороте трубы (закруглённое колено, отвод) вихреобразование уменьшается и потери удельной энергии будут значительно меньше. Коэффициент сопротивления поворота z пов. зависит от угла поворота, а также от отношения радиуса закругления R п к диаметру трубы d и от величины коэффициента гидравлического трения l .

Коэффициент сопротивления при плавном повороте трубопровода на произвольный угол Q определяется по формуле:

z пов. = а × z 90 , (30.13)

где а – справочный коэффициент, зависящий от угла поворота;

z 90 – коэффициент местного сопротивления при плавном повороте трубы на 90 0 .

Коэффициент местного сопротивления при плавном повороте трубы на 90 0 определяют по эмпирической формуле Альтшуля:

z 90 =
, (30.14)

где d – диаметр трубопровода, м;

R п – радиус закругления трубы, м;

l - коэффициент гидравлического трения.

Диффузор (в гидроаэродинамике) — профилированная часть канала (трубы), в которой происходит замедление потока. При этом перепад статических давлений на диффузоре может быть меньше, чем на участке прямой трубы исходного сечения (см. ), т. е. его бывает отрицателен; однако при росте длины при постоянном раскрытия и при увеличении угла раскрытия диффузора может произойти отрыв потока от стенок (вблизи них образуются ), при этом коэффициент сопротивления диффузора очень сильно возрастает .

Существует конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое — уменьшается. Увеличивается скорость дозвукового течения жидкости или газа.

Область применения диффузоров

Диффузор применяется в устройствах, в которых осуществляется перемещение жидкостей и газов ( , и др.). В часть механической , предназначенной для возбуждения в окружающем воздухе.

• Диффузором в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. ).
• Диффузор в

Конфузор

Конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое — уменьшается. Увеличивается течения жидкости или газа.

При круглых воздуховодах конфузор имеет вид усечённого конуса, при квадратных — усечённой пирамиды. Наиболее часто конфузор используют для подсоединения воздуховода к всасывающей стороне , что позволяет уменьшить ζ () (вследствие более плавного сужения воздушного потока и предотвращения и образования ), а следовательно, уменьшить , развиваемого вентилятором.

ζ = λ T 8 sin ⁡ α / 2 (1 − 1 n 2) {\displaystyle \zeta ={\frac {\lambda _{T}}{8\sin {\alpha /2}}}\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)} ,

где n = S 1 S 2 {\displaystyle n={\frac {S_{1}}{S_{2}}}} — степень сужения; λ T {\displaystyle \lambda _{T}} — коэффициент потерь на трение по длине при турбулентном режиме.

Гидравлическое сопротивление конфузора всегда меньше гидравлического сопротивления диффузора такого же размера.

Течения в диффузоре и конфузоре

В конфузоре с небольшим углом раскрытия повышенного обычно не возникает, жидкость меняет направление плавно, и потери давления в основном связаны с ростом скорости. При росте угла раскрытия конфузор превращается во внезапное сужение, образуются застойные зоны с вихрями.

Переход от большего сечения к меньшему, через плавно сужающийся участок - конфузор, также сопровождается сравнительно большими невосполнимыми потерями полного давления. Коэффициент сопротивления конфузора с прямолинейными образующими также зависит от угла сужения, степени сужения n 0 =F 0 /F 1 и относительной длины l 0 /D 0 , а при малых числах Рейнольдса также и от числа Рейнольдса, см. рис.4.

Для инженерных расчетов общий коэффициент сопротивления конфузоров удобно представить в виде , :

где, (в градусах).

В пределах общий коэффициент сопротивления конфузора с прямолинейными образующими имеет минимум, который, по крайней мере при Re > 10 5 остается практически постоянным и равным 0, 05 .

Сопротивление конфузоров можно значительно уменьшить, осуществив плавный переход от большего сечения к меньшему, с помощью криволинейных образующих (по дуге окружности или другой кривой), а также скруглив прямолинейные стенки конфузоров на выходе в прямой участок, см. рис.6.

КОНФУЗОРНО-ДИФФУЗОРНЫЙ ПЕРЕХОД

Известно, что сопротивления, расположенные рядом, оказывают взаимное влияние друг на друга.

В источниках , приведены формулы для определения коэффициента сопротивления круглых конфузорно-диффузорных переходов, см. рис.5. Для перехода с криволинейным конфузором (Rк=(0, 5 -1, 0)Do):

для перехода с прямолинейным конфузором:

Значения коэффициентов приводятся в диаграмме 5-25 в источнике в диапазоне значений, для Re > 2х10 5 , для различных F 1 /F 0 , k 2 = 0, 66+0, 35(lo/Do). После подстановки численных данных можно обнаружить, что с ростом F 1 /F 0 коэффициенты сопротивления меняются от минимальных значений 0, 033 (0, 035) до максимальных - 0, 403 (0, 463). В скобках указаны результаты для перехода с прямолинейным конфузором.

Согласно опытам оптимальные параметры переходов получаются при и. Оптимальный радиус скругления - Rк=(0, 5 - 1, 0)Do.

С ростом отношения lo/Do (при увеличении расстояния между конфузором и диффузором) сопротивление перехода растет и, в конечном счете (при lo/Do>5), становится равным сумме сопротивлений соответственно конфузора и диффузора.

В ГОСТ 8.586.4 - 2005 приведены конструктивные размеры и технические характеристики конфузорно-диффузорного перехода, используемого в качестве стандартного сужающего устройства для измерения расхода. Основные конструктивные размеры вышеупомянутого перехода, называемого в ГОСТе трубой Вентури - угол конуса конфузора; длина горловины, угол конуса диффузора.

В целом, его конструктивные характеристики соответствуют оптимальным размерам, рекомендуемым в для снижения гидравлического сопротивления, хотя угол конуса конфузора несколько меньше. В ГОСТ 8.586.4 - 2005 приведена несложная формула для определения коэффициента сопротивления, структура которой сходна с (6), с таблицами поправочных коэффициентов.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ. СТАНДАРТЫ

Конфузоры и диффузоры для трубопроводов называют, как правило, концентрическими переходами или просто переходами. Конструктивно диффузоры от конфузоров не различают. Существует множество стандартов изготовления переходов для различных отраслей промышленности. В энергетике часто используются переходы по ОСТ 34-42-700-85 (на тепловых электростанциях), для инженерных водяных сетей - по ГОСТ 17378-2001. Для трубопроводов небольшого диаметра (до Ду40) можно встретить переходы по ОСТ 34.210-73, особенностью которых является то, что они вытачиваются из прутка необходимого диаметра, см. рис.7. Достаточно широко используются также переходы по ОСТ 34.211-73, выполненные из развертки листа необходимой толщины, см. рис.8, а также лепестковые переходы по ОСТ 34.212-73, см. рис.9.

Естественно, что по умолчанию сужение (например, для установки расходомерного устройства) выполняется с помощью стандартных концентрических переходов (если форма переходов не регламентируется другими нормативами).

Использование стандартных деталей трубопровода имеет свои плюсы: облегчает этапы проектирования и монтажа, "снимает" вопросы прочности, оптимальной формы, размеров и т.д. С другой стороны форма стандартных деталей часто не учитывает специфику работы изделия. Анализируя конструкцию стандартных переходов, можно прийти к выводу, что угол конуса последних, как правило, не оптимален. Например, угол конуса переходов по ОСТ 34-42-700-85 колеблется в районе 20 градусов. К тому же стандарты не учитывают различия между конфузорами и диффузорами, хотя, как показано выше, диффузоры и конфузоры по-разному реагируют на движение в них жидких и газообразных сред.

Широко распространенной практикой также является выполнение переходов усилиями местных ремонтных организаций, а не заказ таковых у специализированных предприятий. В данном случае мы, как правило, имеем переход приближенный к стандартному, выполненный по чертежу или эскизу. Как показывает практика, большое распространение имеют переходы типа рис.7, или рис.9, позволяющие выполнить последние весьма ограниченными ресурсами. Пунктирными линиями на рис.7, рис.9 показаны формы, снижающие гидравлическое сопротивление переходов, т. е. путем внесения небольших изменений в чертежи или эскизы можно повысить эффективность будущей детали.

Если существует возможность снизить угол расширения (сужения) диффузора (конфузора) до оптимальных значений, приведенных выше, ею также целесообразно воспользоваться. Например, для изготовления трубы Вентури необходимо отклониться от ОСТов для удовлетворения требований ГОСТа для стандартных сужающих устройств. Для ответственных трубопроводов, подлежащих регистрации в органах РОСТЕХНАДЗОРА необходимо будет также выполнить расчет нестандартных переходов на прочность по РД 10-249-98.

При значительном сужении, гидравлически оптимальный переход позволит минимизировать коэффициент местного гидравлического сопротивления, который может иметь значимое влияние на потери в трубопроводе и, соответственно, на величину расхода жидкости.

РАСХОДОМЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Расходомерная шайба (диафрагма) нашла наибольшее распространение в качестве элемента для измерения расхода среды. Простота и надежность позволяют изготавливать и устанавливать диафрагмы в широком диапазоне расходов и для различных сред. Между тем, согласно (1) нет ничего более существенного из местных сопротивлений, что приводило бы к таким большим, невосполнимым потерям давления. Так, например, при отношении площади сечения трубопровода к площади сечения отверстия диафрагмы равное двум, коэффициент гидравлического сопротивления равен 4, 37! Для сравнения при такой же степени сужения коэффициент сопротивления диффузора при угле расширения находится в пределах 0, 08 - 0, 16, конфузора - 0, 012.

Сопла Вентури, трубы Вентури, форма которых более оптимальна с точки зрения гидравлических потерь представляют более сложную конструкцию сужения и распространения не получили.

Для стандартных сужающих устройств одним из основных действующих нормативных документов является сборник ГОСТ 8.586.1 - ГОСТ8.586.5 - 2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств». В этих документах перечислены основные требования к вышеупомянутым диафрагмам, соплам, соплам Вентури и трубам Вентури. Среди недостатков труб Вентури в ГОСТ 8.586.1 отмечены сложность изготовления и относительно большие размеры.

Действие расходомеров со стандартными сужающими устройствами основано на законе Бернулли - в суженном участке трубопровода снижается гидростатическое давление по сравнению с первоначальным. Разницу гидростатического давления регистрирует и преобразует в электрический сигнал другое устройство - дифманометр.

В настоящее время появилось множество более сложных электронных расходомерных устройств, работа которых основана на других физических принципах.

У вихреакустических расходомерных устройств типа МЕТРАН-300ПР, МЕТРАН-320 принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкостей при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока. Очевидно, что такой прибор тоже имеет свои невосполнимые потери давления. Производитель гарантирует, что эти потери для трубопроводов Ду25 - 100 мм не более 0, 03 МПа, для трубопроводов Ду150 - 300 мм - не более 0, 02 МПа при номинальном расходе. (Последние данные взяты из паспорта устройства на www.metran.ru).

Работа ультразвуковых расходомерных устройств типа УРСВ «Взлет МР» основана на измерении разности времени прохождения ультразвукового сигнала по направлению потока жидкости в трубопроводе и против него. Возбуждение ультразвукового сигнала производится электроакустическими преобразователями, установленными на измерительный участок в виде наклонных к оси трубопровода штуцеров. Так как считается, что прохождение ультразвукового сигнала не препятствует движению среды, ультразвуковые расходомерные устройства не вызывают потерь давления. (Данные взяты из паспорта устройства на www.vzljot.ru).

Интерес с точки зрения снижения гидравлических потерь вызывают преобразователи расхода Бычкова (ПРБ), которые, очевидно, также используют импульс по разности гидростатических давлений в разных по диаметру сечениях. В данном устройстве переход от меньшего к большему сечениям осуществляется «плавными» (с выполнением условия безотрывности течения) диффузором и конфузором. (Информация - с www.snab.ru/arhiv/2004/index.html).

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

При выборе того или иного расходомерного устройства первостепенное значение, как правило, уделяется его стоимости. При этом следует учесть, что первоначальная цена прибора и затраты при дальнейшей его эксплуатации часто являются факторами противоречивыми. Например, наряду с относительной дешевизной диафрагмы, при установке последней на трубопровод с теплоносителем, необходимо также отдавать отчет в неизбежной потери части тепла в результате гидравлического сопротивления потоку, которое, возможно, придется восполнять другими устройствами (электронагревательными приборами). Напротив, ультразвуковой расходомер или труба Вентури имеют большую стоимость и не влекут за собой потерь расхода, но их установка может не окупиться за очень длительное время.

Известно, что потери напора в станционных трубопроводах с обычными скоростями движения сред (для Re > 2х10 5) можно оценить следующей формулой:

где Н - потери напора, м;

w - скорость среды, м/с;

L - развернутая длина трубопровода, м;

g - ускорение свободного падения, м/с 2 ;

d - расчетный диаметр трубопровода, м;

Коэффициент сопротивления трения;

Сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Зависимость (7) принято называть гидравлической характеристикой трубопровода.

Если учесть зависимость:

где G - расход, м 3 /с, то (7) можно представить в виде:

В случае установки расходомерного устройства, имеющего существенное местное сопротивление, зависимость (9) очевидно примет вид:

Если местное сопротивление характеризуется безразмерным коэффициентом сопротивления, тогда:

Допустим, что гидравлическая система «насос - трубопровод» до установки дополнительного сопротивления работает в номинальном режиме (или в режиме близком к номинальному). Тогда:

где Н н - номинальный напор (по расходной характеристике насоса), м;

G н - номинальный расход (по расходной характеристике насоса), м 3 /с.

Если предположить, что и после установки дополнительного сопротивления система «насос - трубопровод» сохранит работоспособность (), то из (10), используя (12), можно определить новый расход:

Работу системы «насос-трубопровод», изменение ее характеристик можно наглядно представить на рис. 10.

Очевидно, что G 1 < G н. По разности расходов можно определить потери теплоты, если дополнительное сопротивление установлено на трубопровод с теплоисточником:

где с В - удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг град.;

t П - температура прямой сетевой воды, град.;

t О - температура обратной сетевой воды, град.;

T- продолжительность отопительного периода;

Количество теплоты, кДж.

Зная стоимость расходомерного устройства и количества теплоты (в вашем регионе), можно ориентировочно оценить рентабельность его монтажа с точки зрения гидравлических потерь.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Например, необходимо установить расходомерное устройство с сужением на трубопровод 219х7 с теплоносителем - горячая вода с температурой около 100 град. Имеем следующие исходные данные:

ориентировочный (усредненный) расход G Н, т/ч, м 3 /ч - 100 или 0, 028 м 3 /с;

напор Н Н, м - 50;

удельная теплоемкость воды (при 100 град) с В, кДж/кг град. - 4, 22;

Ожидаемая разница температур между прямой и обратной сетевой водой, t П - t О, град. - +25;

продолжительность отопительного периода (9 мес.) T, ч - 6480.

По ГОСТ 8.586.1 необходимое сужение - 90, 3 мм.

Рассчитаем потери тепла в случае установки диафрагмы.

По формуле (1) имеем коэффициент сопротивления диафрагмы = 56, 468;

По формуле (11) коэффициент h 1 =2642 с 2 /м 5 ;

По формуле (13) определяем новый расход G 1 =0, 027 м 3 /с или 98, 022 м 3 /ч.

Ожидаемое снижение расхода: = 1, 978 м 3 /ч.

По формуле (14) определим потери тепла из-за установки диафрагмы за отопительный период Т =8, 114х10 8 кДж или 193, 654 Гкал.

При стоимости 400 руб./Гкал потери в денежном выражении составят - 77, 46 тыс. руб.

Рассчитаем потери тепла в случае установки более дорогого расходомерного устройства современного типа - МЕТРАН-300ПР.

В каталоге по номинальному расходу (100 м 3 /ч) выбираем необходимый типоразмер прибора - МЕТРАН-300ПР-А-100, на который необходимо выполнить сужение - Ду100 мм. Производитель гарантирует потери давления не более 0, 03 МПа, что составит примерно 3 м напора водяного столба.

где - потери давления, 3 м. вод. столба.

Из (15) легко определить новый расход:

Отсюда G 1 =96, 954 м 3 /ч и = 3, 046 м 3 /ч.

По формуле (14) определим потери тепла за отопительный период =1, 25х10 9 кДж или 298, 23 Гкал.

При стоимости 400 руб./Гкал потери в денежном выражении составят - 119, 29 тыс. руб.

Очевидно, что установка МЕТРАНа грозит еще более существенными тепловыми потерями.

В случае установки сужения типа трубы Вентури с углами сужения (расширения) 20 град, (12 град) по формулам (2) - (4) имеем (суммарный) коэффициент сопротивления менее 0, 328 и ожидаемое снижении расхода 0, 012 т/ч. Что в денежном выражении составит 0, 464 тыс. руб.

Очевидно, что большая стоимость трубы Вентури быстро окупится.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Диффузор (в аэрогидродинамике) - часть канала (трубы), в которой происходят замедление (расширение) потока и увеличение давления. При скоростях, не превышающих скорости звука, площадь поперечного сечения Д. вдоль потока возрастает, а при сверхзвуковых скоростях уменьшается. Существует конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор - часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое - уменьшается. Увеличивается скорость течения жидкости или газа.

Область применения диффузоров

Диффузор применяется в устройствах, в которых осуществляется перемещение жидкостей и газов (водопроводах , воздуховодах, газопроводах , нефтепроводах , аэродинамических трубах , реактивных двигателях и др.). В электроакустике часть механической колебательной системы громкоговорителя , предназначенной для возбуждения звуковых волн в окружающем воздухе.

Конструкция диффузоров

• Акустический диффузор обычно изготовляется из специальных сортов бумаги и гибко крепится к металлическому корпусу громкоговорителя .
• Диффузор в фототехнике приспособление для получения фотографического изображения мягкого рисунка. Представляет собой: а) плоскопараллельную стеклянную пластинку с квадратной сеткой или концентрическими кругами, нанесёнными алмазом на расстоянии 2-3 мм; б) узкие полоски стекла шириной 0,1 диаметра объектива и толщиной 0,8-1 мм. Полоски и пластинки укрепляются в оправу, которая надевается на объектив фотоаппарата или фотографического увеличителя после наводки на резкость.
• Диффузор в производстве глинозёма аппарат для проточного выщелачивания дроблёного бокситового спека. Обычно 12-14 таких аппаратов соединяются последовательно, образуя батарею. Особенность проточного выщелачивания в Д. состоит в том, что спек в них остаётся всё время неподвижным на решётчатом днище, а раствор последовательно в каждом Д. просачивается через толщу спека. Омывая каждую отдельную частицу, а также проникая по порам внутрь её, раствор выщелачивает растворимые составляющие. В один конец батареи подаётся горячая вода, из др. сливается концентрированный раствор алюмината натрия. Все Д. соединены трубопроводами; с помощью кранов можно отключить любой из них, не нарушая работы остальных. Д. с выщелоченным спеком периодически отключают, а в др. конце батареи вместо него включают Д. со свежим спеком. Обычно в батарее из 14 Д. 12 находятся в работе, 1 под загрузкой и 1 под разгрузкой.
• Диффузор в пищевой промышленности
• Диффузор в вентиляции

Файл:ДИФФУЗОР1.GIF

Гидравлический дифффузор: - поток жидкости в узком сечении трубы; - поток жидкости в расширенной части трубы. Скорость жидкости в расширенной части меньше скорости в узкой части трубы

• Диффузор в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. диффузор (автомобиль)).
• Диффузор в кинетическом двигателе

Конфузор

При круглых воздуховодах конфузор имеет вид усечённого конуса, при квадратных - усечённой пирамиды. Наиболее часто конфузор используют для подсоединения воздуховода к всасывающей стороне вентилятора радиального, что позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления ζ (коэффициент Дарси) (вследствие более плавного сужения воздушного потока и предотвращения отрыва пограничного слоя и образования вихрей), а следовательно, уменьшить потери давления, развиваемого вентилятором.

Файл:КОНФУЗОР.GIF

Гидравлический конфузор: - поток жидкости в широком сечении трубы; - поток жидкости в узком сечении трубы

Коэффициент местного сопротивления конфузора (коэффициент Дарси)

,

где – степень сужения; - коэффициент потерь на трение по длине при турбулетном режиме.

Течения в диффузоре и конфузоре

Пожалуйста, улучшите и дополните этот раздел.