Гідравлічний опір

Гідравлічний опір:

${\displaystyle F=C_{x}\cdot \left({\frac {\rho V^{2}}{2}}\right)\cdot S,}$

де:

${\displaystyle \rho }$ — густина рідкого середовища;

${\displaystyle V}$ — швидкість;

S — характерна для даного тіла площа.

Безрозмірний коефіцієнт гідравлічного опору ${\displaystyle C_{x}}$ залежить від форми тіла, його орієнтації відносно напрямку руху і масштабних факторів. Силу, з якою рідина діє на кожний елемент поверхні рухомого тіла, можна розкласти на нормальну і дотичну складові, тобто на силу тиску і силу тертя. Проєкція результуючої всіх сил тиску на напрям руху дає гідравлічний опір тиску, а проєкція результуючої всіх сил тертя на напрям руху — гідравлічний опір тертя. Тіла, у яких опір від сил тиску малий у порівняння з опором від сил тертя, вважаються обтічними. Гідравлічний опір погано обтічних тіл визначається практично повністю опором тиску. При русі тіл поблизу поверхні розділення двох середовищ утворюються хвилі, у результаті чого виникає хвильовий опір.

Втрати енергії (зменшення гідравлічного напору) у трубопроводі можна спостерігати в рідини, що рухається не тільки на довгих ділянках, але й на коротких. В одних випадках втрати напору розподіляються (іноді рівномірно) по довжині трубопроводу — це лінійні втрати; в інших — вони зосереджені на дуже коротких ділянках, довжиною яких можна знехтувати, на так званих місцевих гідравлічних опорах: вентилях, поворотах і заокругленнях, звуженнях, розширеннях, розгалуженнях і т.д., тобто скрізь, де потік деформується. Причиною втрат в обох випадках є в'язкість рідини і втрачена енергія розсіюється у вигляді тепла.

Слід зауважити, що втрати напору по довжині суттєво залежать від того, який режим руху рідини: ламінарний чи турбулентний. Для випадку ламінарного режиму в основі розрахунків втрат напору (тиску) лежить рівняння закону Пуазейля, у випадку турбулентного — розрахунок втрат ведуть за формулою Дарсі-Вейсбаха. Розрахунок втрат на місцевих опорах можна зробити з використанням формули Борда-Карно.

Визначення величини гідравлічного опору має велике значення при проєктуванні та будівництві різноманітних гідротехнічних споруд, устаткування і апаратів (турбінне устаткування, повітро- і газоочисні апарати, газо-, нафто- і водопровідні магістралі, компресори, насоси і т. д.) у авіа- та кораблебудуванні.

Для зменшення гідравлічного опору рекомендується при проєктуванні гідравлічного устаткування уникати елементів конструкцій, що викликають різку зміну напрямку потоку — наприклад, замінювати раптове розширення труби плавним розширенням (дифузор), надавати тілам, що рухаються в рідких чи газових середовищах, обтічної форми та ін.

• Гідравлічний опір у трубопроводі
• Закон Пуазейля
• Формула Дарсі-Вейсбаха
• Формула Борда-Карно

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.