După cum știm cu toții, conductele sunt substanțe solide, iar apa este un fluid care poate curge ușor. Dacă apa din interiorul conductei curge, o parte din energie trebuie convertită în energie termică și „consumată”, adică o parte din presiunea apei (sau numită cap) se pierde. Aceasta este o reflectare a lucrurilor obiective și este o lege inevitabilă a mișcării curgerii apei. De obicei, numim acest fenomen de transformare a energiei „pierdere de energie” (sau „pierdere hidraulică”, „pierdere de cap”). Se calculează în metri.
Pompa
Cât de semnificativ este impactul rezistenței conductei asupra capului?
Unii utilizatori au măsurat că, deși distanța verticală de la rezervor sau turnul de apă până la suprafața sursei de apă este încă puțin mai mică decât capul pompei, volumul de apă rămâne mic sau apa nu poate fi pompată. Motivul comun este că conducta este prea lungă și există multe coturi în conducta de apă, ceea ce duce la pierderea excesivă a rezistenței debitului de apă în conductă. În general, o îndoire de 90 de grade are o rezistență mai mare decât o îndoire de 120 de grade. Pierderea de rezistență a fiecărei coturi de 90 de grade este de aproximativ 0,5-1 metru, iar rezistența la fiecare 20 de metri de conductă poate provoca o pierdere de aproximativ 1 metru în cap. În plus, unii utilizatori modifică, de asemenea, aleatoriu diametrele conductelor de admisie și de evacuare ale pompei, ceea ce are și un anumit impact asupra capului. Deci, cât de mult afectează rezistența conductei capul? În continuare, să ne uităm la tabelul de mai jos.
Înțelegeți motivele pierderii de apă cauzate de curgerea apei în conductă? Întrebarea 1: Se datorează efectului obstructiv al pereților țevilor aspri.
2. Este mișcarea relativă între diferitele straturi de flux de apă. 3. Este vortexul format prin schimbarea locală rapidă a debitului de apă în interiorul fitingurilor de țevi. Pierderea hidraulică a conductei (rețelei) constă din două părți: pierderea de-a lungul conductei și pierderea locală. În inginerie, trebuie să calculăm și să cunoaștem cantitatea acestei pierderi pentru a selecta corect pompa și a determina înălțimea necesară a pompei.
Pierderea conductei de-a lungul întregului traseu de curgere este rezistența la frecare care apare pe parcursul întregului proces de curgere. Este legat de factori precum rugozitatea peretelui conductei, lungimea conductei, diametrul conductei și viteza curgerii. Pe baza principiilor hidraulicei se poate stabili relația acesteia.
Pierderea de-a lungul conductei este direct proporțională cu coeficientul de frecare de-a lungul conductei care este legat de rugozitatea peretelui conductei. Materialele diferite ale țevilor au rugozitate diferită, iar țevile din fontă sunt relativ aspre, astfel încât coeficientul de frecare de-a lungul conductei este mai mare; țevile din plastic sunt relativ netede, astfel încât coeficientul de frecare de-a lungul conductei este mai mic. De asemenea, este proporțional cu lungimea țevii; invers proporțional cu diametrul conductei. Adică, atunci când debitul este constant, cu cât diametrul conductei este mai mic și viteza de curgere este mai rapidă, cu atât pierderile de-a lungul conductei sunt mai mari; este de asemenea direct proporţională cu valoarea pătrată a vitezei curgerii. Desigur, calculul este destul de complicat. O metodă simplă poate fi utilizată pentru estimare.
Pierderile locale în conducte apar atunci când apa curge prin fitinguri, cum ar fi supape de jos, supape, coturi și reductoare din conductă. Datorită dispozitivelor locale, modelul de curgere se modifică; direcția și viteza curgerii se schimbă, de asemenea, iar în timpul curgerii apar vortexuri, provocând ciocnirea apei și impactul reciproc. Acest tip de pierdere hidraulică cauzată de rezistența locală se numește pierdere locală.
Mărimea pierderii locale este direct proporțională cu pătratul vitezei de curgere a apei care trece prin fitingurile de țeavă și este, de asemenea, legată de forma și cantitatea fitingurilor. Dacă-forma secțiunii transversale a fitingurilor se modifică semnificativ și există un număr mare de fitinguri, pierderea locală va fi mai mare. Odată ce schema de amplasare a conductei este determinată, înălțimea pierderii conductei trebuie calculată utilizând metoda de calcul și apoi trebuie determinată înălțimea de proiectare a stației de pompare. Numai atunci poate fi efectuată selecția pompei. Cu toate acestea, procedura de calcul este relativ complexă. Pentru simplitate, datele de calcul pot fi compilate într-un tabel pentru referință rapidă. În plus, se poate face o estimare aproximativă: înălțimea pierderii este echivalentă cu 30% până la 50% din înălțimea reală de ridicare a apei din teren (măsurată). Pentru diametre mai mici ale conductelor și conducte mai scurte, trebuie luată o valoare mai mare; pentru diametre mai mari de conducte și conducte mai lungi, ar trebui luată o valoare mai mică.
Pierderea totală a conductei de-a lungul traseului și pierderile locale pot fi calculate folosind software-ul existent, cum ar fi sistemul software de selecție dezvoltat de Yi Wei, pentru a facilita procesul de calcul.
Pierderea de presiune atunci când un lichid curge într-o țeavă dreaptă
Pierderea de presiune atunci când un lichid curge într-o țeavă dreaptă este cauzată de frecarea în timpul mișcării lichidului și se numește pierdere de presiune prin frecare. Depinde în principal de lungimea conductei, diametrul interior, viteza de curgere a lichidului și vâscozitatea lichidului, etc. Pierderea de presiune variază în funcție de diferitele stări de curgere ale lichidului. În transmisia hidraulică, debitul laminar al lichidului într-o țeavă circulară este cel mai comun, așa că atunci când se proiectează un sistem hidraulic, se dorește adesea menținerea fluxului de lichid în conductă într-o stare laminară.
Pierderea de presiune de-a lungul traseului de curgere a fluidelor în conducte. Pierderea de presiune în timpul curgerii laminare. În transmisia hidraulică, cea mai mare parte a stării de curgere a lichidului este flux laminar. În această stare, pierderea de presiune a lichidului care curge printr-o țeavă dreaptă poate fi calculată teoretic.
Curgerea laminară într-o țeavă circulară (1) Legea distribuției vitezei lichidului pe secțiunea transversală-de curgere. După cum se arată în figura de mai sus, lichidul se mișcă într-o manieră laminară într-o țeavă circulară cu un diametru d. Țeava este plasată orizontal, iar în interiorul țevii este luat un cilindru mic cu axa care coincide cu axa țevii. Fie raza lui r și lungimea lui l. Forțele care acționează asupra acestui mic cilindru de-a lungul direcției axei conductei sunt: presiunea la capătul stâng p1, presiunea la capătul drept p2 și forța de frecare pe suprafața cilindrului Ff. Atunci ecuația echilibrului forțelor este:
Din ecuația (2-6), putem concluziona:
În formula: μ reprezintă vâscozitatea dinamică. Deoarece creșterea vitezei du are semnul opus creșterii razei dr, se adaugă un semn negativ în formulă. În plus, Δp=p1 - p2. Înlocuind Δp și ecuația (2-45) în ecuația (2-44), obținem:
Integrala față de variabilă este:
Când r=R, u=0. Înlocuind aceasta în ecuația (2-47) rezultă:
Apoi
Din formulă, se poate observa că viteza curgerii u în interiorul conductei este distribuită de-a lungul direcției razei conform unei legi parabolice. Viteza maximă a curgerii are loc pe axă, iar valoarea acesteia este:
(2) Debitul în conductă.
Volumul prezentat în figura (b) al proiectilului este volumul lichidului care curge prin secțiunea transversală-debitului pe unitatea de timp, care este debitul. Pentru a-i calcula volumul, se poate lua un inel circular subțire cu o grosime de dr la o rază de r. Debitul acestei zone inelare este:
Pentru calculul integral, putem obține debitul q:
(3) Viteza medie a curgerii. Fie viteza medie a curgerii în conductă υ
Prin comparație, putem obține relația dintre debitul mediu și debitul maxim:
(4) Pierderea de presiune de-a lungul traseului. În starea de curgere laminară, pierderea de presiune de-a lungul traseului lichidului care curge printr-o țeavă dreaptă poate fi calculată folosind formula:
Din ecuație, se poate observa că, în starea de curgere laminară, pierderea de presiune a lichidului care curge printr-o țeavă dreaptă este proporțională cu vâscozitatea dinamică, lungimea țevii și viteza curgerii și invers proporțională cu pătratul diametrului țevii. La calcularea pierderii de presiune în practică, pentru a simplifica calculul, avem μ=υdρ/Re și înlocuim μ=υdρ/Re și înmulțim atât numărătorul cât și numitorul cu 2g pentru a obține:
În formula: λ reprezintă coeficientul de frecare de-a lungul traseului. Valoarea sa teoretică este λ=64/Re, în timp ce în practică, din cauza diverșilor factori, pentru țevile metalice netede se ia λ=75/Re, iar pentru țevile de cauciuc se adoptă λ=80/Re. În debitul turbulent, pierderea de presiune este cauzată de fluxul laminar al fiecărei particule având o mișcare axială regulată. Nu există mișcare laterală. Una dintre caracteristicile importante ale curgerii turbulente este că particulele de lichid nu mai au mișcare axială regulată, ci se amestecă și pulsează unele cu altele în timpul mișcării. Această mișcare extrem de neregulată provoacă ciocniri între particule și formează vortexuri, rezultând o pierdere de energie mult mai mare în fluxul turbulent decât în fluxul laminar. Datorită complexității fenomenului curgerii turbulente, până în prezent nu s-au obținut rezultate satisfăcătoare prin studierea lui complet folosind metode teoretice. Prin urmare, experimentele sunt încă folosite pentru cercetare, completate de explicații teoretice. Astfel, pierderea de presiune a curgerii lichidului în stare turbulentă este încă calculată folosind formula, iar valoarea lui λ nu este legată doar de numărul Reynolds Re, ci și de rugozitatea suprafeței peretelui conductei.
2. Pierderea de presiune locală
Pierderea de presiune locală se referă la pierderea de presiune cauzată de fluxul de lichid care trece prin orificiile supapei, curbe, modificări ale secțiunii transversale-de curgere etc. Când lichidul curge prin aceste zone, datorită modificărilor direcției și vitezei curgerii lichidului, se formează vârtejuri, determinând ciocnirea particulelor de lichid între ele, rezultând astfel o pierdere semnificativă de energie.
Formula de calcul pentru pierderea de presiune locală în secțiunea extinsă brusc poate fi exprimată după cum urmează:
În formula: este coeficientul de rezistență local, a cărui valoare poate fi obținută numai prin derivație teoretică atunci când lichidul curge printr-o secțiune transversală-dilatată brusc; în caz contrar, trebuie determinat prin experimente. este viteza medie de curgere a lichidului, referindu-se în general la viteza de curgere în aval de rezistența locală. Pierderea totală de presiune a sistemului de conducte este egală cu suma pierderilor de presiune de-a lungul--la cursului și a tuturor pierderilor de presiune locale, adică:
