图2 过流截面突然扩大
Fig.2 Flow section expanding suddenly
1.2 过流截面突然扩大
图2所示为过流截面突然扩大时的情况.在1-1截面后的主流外边形成了涡流区,造成涡流 损 失.涡流区的形状随小截面与大截面的面积比不同而变化.当小截面的面积较小时,可能造 成不对称的涡流区,即主流偏于某一侧而其它区域全部被涡流所占据,如图2b所示.流体 从小截面流入大截面,原来的速度分布被打乱,经过重新调整后,速度分布才在大截面的管 道内固定下来.在调整速度分布的过程中,主流中的速度梯度增大,因而内摩擦力增加,也 就是说能量损失增加了.这部分损失合起来,就构成了过流截面突然扩大的局部阻力.实际 上,流体从1-1截面流到2-2截面(图2)时,同样存在沿程阻力.
2 局部阻力的理论计算〔2〕
由于产生局部阻力的原因很复杂,所以大多数情况下的局部阻力只能通过实验来确定, 但为了合理设计实验方案,必须进行理论分析.
2.1 过流截面突然扩大的局部阻力计算
前已指出,流体从图2的1-1截面流到2-2截面,不仅有局部阻力,而且有沿程阻力.设 各截面上的流体力学参数分别为V1, V2, P1, P2, Z1, Z2,在两截 面上应用伯努利方程,则有
式中: α1、α2-动能修正系数; γ-流体的重度;
hf1-2、 hje-1-1截面到2-2截面的沿程损失和局部 损失.
故有
(1)
此式表明,只要能测出1-1和2-2截面上的总能量以及从1-1截面到2-2截面的沿程损失 hf1-2,即可由该式求出局部损失hje.
若设ζe为过流截面突然扩大的实测局部阻力系数,则有
(2)
许多教材和专着中,在进行理论指导时忽略hf1-2,可导出理论的ζ'e和h'je分别为
(3)
(4)
对比式(1)可知,它们是比实际值偏大的.若设
(5)
称之为测量判别比,显然,ζee≤1时,则测量是有效的;若ζee >1,说明测量中含有粗大误差,在进行数据处理时,应该剔除.
2.2 过流截面突然缩小的局部阻力计算
在对图1所示的流动进行分析时已指出,若过流截面突然缩小,流体从1-1截面流到4- 4截面时,既有局部损失又有沿程损失.若对1-1和4-4截面应用伯努利方程,则有
即有