Местные потери напора

Местные потери напора - это потери напора в трубопроводе, связанные с прохождением потока через местные гидравлические сопротивления. Они возникают, при изменении направления потока (в отводах, угольниках), слиянии или разделении потока (в тройниках, крестовинах), сужении или расширении трубопровода, при прохождении потока через различную арматуру (вентили, фильтры, клапаны и др.).

Местные потери напора рассчитываются по формуле Вейсбаха (1):

Как найти коэффициент местного сопротивления (КМС)? КМС для различных видов местных гидравлических сопротивлений можно найти в специальных справочниках, а также в таблицах, которые предоставляются производителями фитингов, запорной и регулировочной арматуры. Пример такой таблицы вы можете посмотреть в прикрепленном изображении. В ней приведены коэффициенты местных сопротивлений для соединительных деталей из полипропилена. При желании КМС можно рассчитать самостоятельно: вручную по формулам или, используя специальное программное обеспечение. Однако не все КМС можно рассчитать теоретически, по формулам. В этом случае КМС определяется опытным путем и указывается производителем.

При известных местных потерях напора и скорости потока для расчета КМС можно воспользоватся формулой, выведенной из формулы Вейсбаха (2):

Эта формула пригодится нам при решении определенных задач.

Для гидравлической характеристики регулировочной арматуры (балансировочных, настроечных клапанов, вентилей), как правило, используется не КМС, а kv - коэффициент пропускной способности. Kv дает информацию о том, какой объемный расход воды (куб. м./час) способен пропустить клапан (вентиль) при перепаде давления на нем 1 бар. Примеры графиков пропускной способности балансировочного радиаторного клапана Itap можно посмотреть в прикрепленном изображении. Различные коэффициенты пропускной способности указаны в зависимости от степени открытия клапана: от 1 оборота до полного открытия. Частным случаем kv является kvs - коэффициент пропускной способности регулировочного вентиля при полном открытии. 

Kv находим по следующей формуле (3):

При известных kv и объемном расходе местные потери напора находятся по следующей формуле (4):

Для лучшего понимания материала статьи рассмотри несколько практических задач.

Задача. Найти КМС балансировочного клапана с внутренним диаметром 15 мм, коэффициентом пропускной способности 0,7 (клапан Itap из приложенного изображения открыт на 2 оборота). Рассчитать местные потери напора при объемном расходе 2 л/мин.

Дано: kv = 0,7; D = 15 мм. Найти: 1. КМС - ? 2. P при Q = 2 л/мин - ?

Решение:

1. Чтобы найти КМС воспользуемся формулой (2) (см. выше) КМС = P * ( 2g/V^2 ). Потеря напора нам известна: 1 бар = 10 м. Неизвестна скорость потока, зато известен расход: 0,7 м^3/час или 0,000194444 м^3/c. Скорость потока найдем по формуле: V = Q/S; S = πR^2.

= 3.14 * 0.0075^2 = 0,000176625; V = 0,000194444/0,000176625 = 1,100886. КМС = 10 * ((2 * 9,8)/1,100886^2) = 161,722. При kv 0,7 КМС равен 162 (округленно) для внутреннего диаметра 15 мм.

Решим эту же задачу в программе:

Результат совпадает: КМС = 162.

2. Найдем местные потери напора при расходе 2 л/мин (0,12 м^3/час). Для решения использум формулу (4) P = (Q/Kv)^2. 

= (0,12/0,7)^2 = 0,02939 бар = 0,2939 м. При этом КМС остался таким же: 162.

Проверим решение в программе:

Результат совпадает. Проверим КМС:

КМС 162. Все верно.

Решим еще одну небольшую задачу. Найдем КМС для полипропиленовой трубы 20 мм (внутренний диаметр 13,2 мм), если КМС для внутреннего диаметра 15 мм равен 162, объемный расход 2 л/мин (0,12 м^3/час).

Для решения задачи используем формулу:

Чтобы воспользоваться этой формулой, нужно найти скорости потоков. V1 = 0,1887 м/с (известно из предыдущей задачи). V2 = 0,2437 (вычислил аналогичным способом). КМС2 = 162 * (0,1887/0,2437)^2 = 97,128. КМС для полипропиленовой трубы 20 мм (внутренний диаметр 13,2 мм) равен 97. Задача решена.

В программе данная задача решается во вкладке "Конвертировать КМС":

Результаты вычислений совпадают.

Предыдущая статья: Потери напора по длине трубопровода