Jak wszyscy wiemy, rury są substancjami stałymi, a woda to płyn, który może łatwo przepływać. Jeśli woda wewnątrz rury przepływa, część energii musi zostać zamieniona na energię cieplną i „zużyta”, to znaczy część ciśnienia wody (lub tzw. ciśnienia wody) jest tracona. Jest to odbicie rzeczy obiektywnych i jest nieuniknionym prawem ruchu przepływu wody. Zwykle nazywamy to zjawisko transformacji energii „stratą energii” (lub „stratą hydrauliczną”, „utratą ciśnienia”). Oblicza się go w metrach.
Pompa
Jak znaczący jest wpływ oporu rurociągu na głowicę?
Niektórzy użytkownicy zmierzyli, że chociaż pionowa odległość zbiornika lub wieży ciśnień od powierzchni źródła wody jest nadal nieco mniejsza niż wysokość podnoszenia pompy, objętość wody nadal pozostaje mała lub nie można jej pompować. Najczęstszą przyczyną jest zbyt długa długość rurociągu oraz duża ilość zagięć rury wodociągowej, co skutkuje nadmiernymi stratami oporu przepływu wody w rurociągu. Ogólnie rzecz biorąc, zgięcie pod kątem 90 stopni ma większy opór niż zgięcie pod kątem 120 stopni. Strata rezystancji na każdym kolanku 90 stopni wynosi około 0,5-1 metra, a rezystancja na każdych 20 metrach rurociągu może spowodować utratę wysokości około 1 metra. Ponadto niektórzy użytkownicy losowo zmieniają również średnice rur wlotowych i wylotowych pompy, co również ma pewien wpływ na wysokość podnoszenia. Jak więc opór rurociągu wpływa na głowicę? Następnie spójrzmy na poniższą tabelę.
Czy rozumiesz przyczyny utraty wody spowodowanej przepływem wody w rurze? Pytanie 1: Wynika to z zatykającego efektu szorstkich ścianek rur.
2. Jest to względny ruch pomiędzy różnymi warstwami przepływu wody.. 3. Jest to wir powstający w wyniku lokalnej, szybkiej zmiany przepływu wody wewnątrz łączników rurowych. Straty hydrauliczne rurociągu (sieci) składają się z dwóch części: straty wzdłuż rurociągu i straty lokalnej. W inżynierii musimy obliczyć i poznać wielkość tej straty, aby prawidłowo dobrać pompę i określić wymaganą wysokość podnoszenia pompy.
Strata rurociągu na całej drodze przepływu to opór tarcia występujący podczas całego procesu przepływu. Jest to związane z takimi czynnikami, jak chropowatość ścian rury, długość rury, średnica rury i prędkość przepływu. W oparciu o zasady hydrauliki można ustalić jego związek.
Straty wzdłuż rurociągu są wprost proporcjonalne do współczynnika tarcia wzdłuż rurociągu, który jest powiązany z chropowatością ścianki rury. Różne materiały rurowe mają różną chropowatość, a rury żeliwne są stosunkowo szorstkie, więc współczynnik tarcia wzdłuż rurociągu jest większy; rury z tworzyw sztucznych są stosunkowo gładkie, więc współczynnik tarcia wzdłuż rurociągu jest mniejszy. Jest również proporcjonalny do długości rury; odwrotnie proporcjonalna do średnicy rury. Oznacza to, że gdy natężenie przepływu jest stałe, im mniejsza średnica rury i im większa prędkość przepływu, tym większe straty w rurociągu; jest ona także wprost proporcjonalna do kwadratu prędkości przepływu. Oczywiście obliczenia są dość skomplikowane. Do oszacowania można zastosować prostą metodę.
Lokalne straty w rurociągach powstają, gdy woda przepływa przez armaturę, taką jak zawory denne, zawory, kolanka i reduktory w rurociągu. Ze względu na lokalne urządzenia zmienia się schemat przepływu; Zmienia się również kierunek i prędkość przepływu, a podczas przepływu pojawiają się wiry, powodując zderzenie i wzajemne oddziaływanie wody. Ten rodzaj strat hydraulicznych spowodowanych lokalnym oporem nazywa się stratami lokalnymi.
Wielkość strat lokalnych jest wprost proporcjonalna do kwadratu prędkości przepływu wody przez łączniki rurowe, a także jest powiązana z kształtem i ilością złączek. Jeśli kształt-przekroju łączników ulegnie znacznej zmianie i będzie ich dużo, lokalne straty będą większe. Po ustaleniu schematu układu rurociągu należy obliczyć wysokość strat rurociągu metodą obliczeniową, a następnie określić projektowe ciśnienie przepompowni. Dopiero wtedy można dokonać doboru pompy. Procedura obliczeniowa jest jednak stosunkowo złożona. Dla uproszczenia dane obliczeniowe można zestawić w tabeli w celu szybkiego odniesienia. Dodatkowo można dokonać przybliżonego oszacowania: wysokość straty odpowiada 30% do 50% rzeczywistej wysokości podnoszenia wody z terenu (zmierzonej). W przypadku mniejszych średnic rur i krótszych rurociągów należy przyjąć większą wartość; w przypadku większych średnic rur i dłuższych rurociągów należy przyjąć mniejszą wartość.
Całkowite straty rurociągu na trasie oraz straty lokalne można obliczyć przy użyciu istniejącego oprogramowania, takiego jak system oprogramowania doboru opracowany przez Yi Wei, aby ułatwić proces obliczeń.
Strata ciśnienia, gdy ciecz przepływa prostą rurą
Strata ciśnienia podczas przepływu cieczy w prostej rurze jest spowodowana tarciem podczas ruchu cieczy i nazywana jest stratą ciśnienia na skutek tarcia. Zależy to głównie od długości rurociągu, średnicy wewnętrznej, prędkości przepływu cieczy i lepkości cieczy itp. Strata ciśnienia zmienia się w zależności od różnych stanów przepływu cieczy. W przekładniach hydraulicznych najpowszechniejszy jest przepływ laminarny cieczy w okrągłej rurze, dlatego przy projektowaniu układu hydraulicznego często pożądane jest utrzymanie przepływu cieczy w rurociągu w stanie laminarnym.
Straty ciśnienia na drodze przepływu płynów w rurociągach. Strata ciśnienia podczas przepływu laminarnego. W przekładniach hydraulicznych większość stanu przepływu cieczy to przepływ laminarny. W tym stanie można teoretycznie obliczyć stratę ciśnienia cieczy przepływającej przez prostą rurę.
Przepływ laminarny w rurze kołowej (1) Prawo rozkładu prędkości cieczy w-przekroju przepływu. Jak pokazano na powyższym rysunku, ciecz przemieszcza się laminarnie w okrągłej rurze o średnicy d. Rura jest układana poziomo, a wewnątrz rury umieszczany jest mały cylinder, którego oś pokrywa się z osią rury. Niech jego promień będzie r, a długość l. Siły działające na ten cylinder wzdłuż kierunku osi rury to: ciśnienie na lewym końcu p1, ciśnienie na prawym końcu p2 oraz siła tarcia na powierzchni cylindra Ff. Zatem równanie równowagi sił wygląda następująco:
Z równania (2-6) możemy wywnioskować:
We wzorze: μ oznacza lepkość dynamiczną. Ponieważ przyrost prędkości du ma znak przeciwny do przyrostu promienia dr, do wzoru dodaje się znak ujemny. Dodatkowo Δp=p1 - p2. Podstawiając Δp i równanie (2-45) do równania (2-44) otrzymujemy:
Całka po zmiennej to:
Gdy r=R, u=0. Podstawiając to do równania (2-47) otrzymujemy:
Następnie
Ze wzoru widać, że prędkość przepływu u wewnątrz rury rozkłada się wzdłuż kierunku promienia zgodnie z prawem parabolicznym. Maksymalna prędkość przepływu występuje na osi i jej wartość wynosi:
(2) Natężenie przepływu w rurociągu.
Objętość pokazana na rysunku (b) pocisku to objętość cieczy przepływającej przez przekrój poprzeczny- przepływu w jednostce czasu, czyli natężenie przepływu. Aby obliczyć jego objętość, można wziąć cienki okrągły pierścień o grubości dr i promieniu r. Natężenie przepływu w tym pierścieniowym obszarze wynosi:
Do obliczenia całkowego możemy otrzymać natężenie przepływu q:
(3) Średnia prędkość przepływu. Niech średnia prędkość przepływu w rurze będzie wynosić υ
Dla porównania możemy uzyskać zależność pomiędzy średnim natężeniem przepływu a maksymalnym natężeniem przepływu:
(4) Strata ciśnienia na trasie. W stanie przepływu laminarnego stratę ciśnienia na drodze cieczy przepływającej przez prostą rurę można obliczyć ze wzoru:
Z równania widać, że w stanie przepływu laminarnego strata ciśnienia cieczy przepływającej przez prostą rurę jest proporcjonalna do lepkości dynamicznej, długości rury i prędkości przepływu oraz odwrotnie proporcjonalna do kwadratu średnicy rury. Obliczając stratę ciśnienia w praktyce, aby uprościć obliczenia, mamy μ=υdρ/Re i podstawiamy μ=υdρ/Re i mnożymy licznik i mianownik przez 2g, aby otrzymać:
We wzorze: λ oznacza współczynnik tarcia po drodze. Jego teoretyczna wartość wynosi λ=64/Re, podczas gdy w praktyce, z różnych powodów, dla gładkich rur metalowych przyjmuje się λ=75/Re, a dla rur gumowych λ=80/Re. W przepływie turbulentnym utrata ciśnienia jest spowodowana przepływem laminarnym każdej cząstki o regularnym ruchu osiowym. Nie ma ruchu bocznego. Jedną z ważnych cech przepływu turbulentnego jest to, że cząstki cieczy nie mają już regularnego ruchu osiowego, ale zamiast tego mieszają się i pulsują ze sobą podczas ruchu. Ten niezwykle nieregularny ruch powoduje zderzenia cząstek i tworzy wiry, co powoduje znacznie większe straty energii w przepływie turbulentnym niż w przepływie laminarnym. Ze względu na złożoność zjawiska przepływu turbulentnego dotychczas nie udało się uzyskać zadowalających wyników w jego całkowitym badaniu metodami teoretycznymi. Dlatego w badaniach nadal wykorzystuje się eksperymenty, uzupełnione wyjaśnieniami teoretycznymi. Zatem stratę ciśnienia przepływu cieczy w stanie turbulentnym nadal oblicza się ze wzoru, a wartość λ jest związana nie tylko z liczbą Reynoldsa Re, ale także z chropowatością powierzchni ścianki rury.
2. Lokalna utrata ciśnienia
Lokalna utrata ciśnienia odnosi się do utraty ciśnienia spowodowanej przepływem cieczy przez porty zaworów, zakręty, zmiany-przekroju przepływu itp. Kiedy ciecz przepływa przez te obszary, w wyniku zmian w kierunku i prędkości przepływu cieczy, tworzą się wiry, powodując zderzanie się cząstek cieczy, co powoduje znaczne straty energii.
Wzór obliczeniowy na lokalną stratę ciśnienia w nagle rozszerzonym przekroju można wyrazić w następujący sposób:
We wzorze: jest współczynnikiem lokalnego oporu, którego wartość można uzyskać jedynie w drodze teoretycznego wyprowadzenia, gdy ciecz przepływa przez nagle powiększony-przekrój poprzeczny; w przeciwnym razie należy to ustalić eksperymentalnie. jest średnią prędkością przepływu cieczy, ogólnie odnoszącą się do prędkości przepływu za lokalnym oporem. Całkowita strata ciśnienia w systemie rurociągów jest równa sumie wszystkich--strat ciśnienia w rurociągu i wszystkich lokalnych strat ciśnienia, to znaczy:
