3. Сужение русла

В незапное сужение русла (трубы) (рисунок 7) всегда вызывает меньшую потерю энергии, чем внезапное расширение с таким же соотношением площадей. В этом случае потеря обусловлена, во-первых, трением потока при входе в узкую трубу и, во-вторых, потерями на вихреобразование. Последние вызываются тем, что поток не обтекает входной угол, а срывается с него и сужается; кольцевое же пространство вокруг суженной части потока заполняется малоподвижной завихренной жидкостью.

Рисунок 7. Внезапное сужение трубы

В процессе дальнейшего расширения потока происходит потеря напора, определяемая теоремой о внезапном расширении трубы. Следовательно, полная потеря напора

(9)

где - коэффициент сопротивления, обусловленный трением потока при вхо-

де в узкую трубу;

- скорость в суженном месте;

- коэффициент сопротивления внезапного сужения, зависящий от степени сужения.

Для практических расчетов можно пользоваться следующей полуэмпирической формулой:

(10)

где степень сужения.

Из формулы следует, что в этом частном случае, когда можно считать , т.е. при выходе трубы из резервуара достаточно больших размеров и при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сопротивления

Закруглением входного угла (входной кромки) можно значительно уменьшить потерю напора при входе в трубу.

Постепенное сужение трубы, т.е. коническая сходящаяся труба называется конфузором (рисунок 8). Течение жидкости в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления; поскольку давление жидкости в начале конфузора выше, чем в конце, поэтому причин к возникновению вихреобразований и срывов потока (как это имеется в диффузоре) здесь нет. В конфузоре имеются лишь потери на трение. В связи с этим сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление такого же диффузора.

Потерю напора на трение в конфузоре можно подсчитать так же, как мы это делали для диффузора, т.е. сначала выразить потерю для элементарного отрезка, а затем выполнить интегрирование. В результате получим следующую формулу:

(11)

Небольшое вихреобразование и отрыв потока от стенки с одновременным сжатием потока возникает лишь на выходе из конфуза в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Для ликвидации вихреобразования и связанных с ним потерь рекомендуется коническую часть плавно сопрягать с цилиндрической или коническую часть заменить криволинейной, плавно переходящей в цилиндрическую (рисунок 9). При этом можно допустить весьма значительную степень сужения n при небольшой длине вдоль оси и небольших потерях.

Рис.8. Конфузор Рис. 9. Сопло

Коэффициент сопротивления такого плавного сужения, называемого соплом, меняется примерно в пределах в зависимости от степени и плавности сужения и ( большим соответствуют малые значения и наоборот).