Конфузор

Конфузор представляет собой постепенный переход от трубы большего диаметра к трубе меньшего диаметра с целью умень­шения потерь напора (рис. 6.4, г). Конфузоры, так же как и диф­фузоры, применяются в различных гидравлических системах и могут иметь прямолинейные или криволинейные формы стенок. Чаще применяются прямолинейные конфузоры с круглым попе­речным сечением. В конфузоре по пути движения потока проис­ходит уменьшение площадей сечений, и, как следствие, уменьше­ние средних скоростей. Именно одним из назначений конфузоров является увеличение скоростей потоков. Эпюры местных скоро­стей в сечениях конфузора изменяются. Так как скорости по пути движения потока увеличиваются, то в соответствии с уравнением Бернулли давления постепенно уменьшаются, т. е. движение жид­кости происходит из области больших в область меньших давле­ний. Таким образом, давление способствует движению жидкости.

По пути движения жидкости происходит преобразование части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию.

Так как непосредственно в конфузоре жидкость движется от большего давления к меньшему, то здесь меньше причин для от­рывов потока от стенок, чем в случае диффузора. После сечения, разделяющего конфузор и трубу меньшего диаметра, образуется сжатие потока, вихреобразование и отрыв потока от стенок тру­бы. Потери напора в конфузорах состоят из потерь на трение и сужение потока. Существенное влияние оказывает характер обте­кания углов на выходе из конфузора. При плавном сопряжении конической части с цилиндрической потери существенно уменьша­ются.

Коэффициент сопротивления конфузора ζ_κ зависит от угла ко­нусности Θ, соотношения площадей n =ω1/ω2 и может определять­ся по приближенной формуле [4]

(6.37)

где λ — то же, что в (6.36). В справочниках приводятся также другие зависимости для ξ_κ с учетом разделения на короткие и длинные конфузоры. В конфузоре по сравнению с диффузором сужение потока в меньшей мере вызывает турбулизацию и вихре­образование, меньше отрывы потока от стенок, меньше деформа­ции эпюр местных скоростей. Потери напора в конфузоре меньше, чем в диффузоре при одинаковых их геометрических размерах, соотношениях площадей сечений и скоростях. Турбулентный ре­жим движения в конфузоре образуется при больших числах Рейнольдса, чем в трубопроводах постоянного сечения. При кри­волинейной форме конфузора потери напора уменьшаются.

Повороты

Различные устройства для поворотов потоков широко распро­странены во всех сантехнических системах, в гидравлических ма­шинах, а также в сооружениях, связанных с водным хозяйством (рис. 6.4, д). В целом на поворотах происходит изменение на­правления движения потока без перемены значений средних ско­ростей. На поворотах линии токов искривляются, возникают цент­робежные силы, которые увеличивают давление на внешней во­гнутой стороне и уменьшают давление на внутренней выпуклой. Образуются вихревые зоны и отрывы потока от стенок в угловой части наружной стенки и сразу за поворотом у внутренней стенки. Эпюры местных скоростей в сечениях видоизменяются, возникают поперечные циркуляционные течения. Скорости увеличиваются у внутренней стенки перед поворотом и у внешней стенки за пово­ротом. Потери напора в коленах состоят из потерь на трение, вихреобразование и на преодоление отрывов потоков от стенок.

При увеличении радиусов закругления сопротивление на пово­ротах уменьшается. Потери напора существенно снижаются при установке в коленах направляющих поворотных лопаток, которые снижают поперечную циркуляцию. Поворотные лопатки часто устанавливаются в вентиляционных системах. Численные значе­ния коэффициентов сопротивлений поворотов ξ_ΠΟΒ приводятся в справочниках [8, 16, 54] в зависимости от форм поперечных сече­ний трубопроводов, углов поворотов и радиусов закруглений. Не­которые рекомендации для определения ζ_ΠΟΒ приведены в прило­жении 3 учебника (§ П.3.2).