Mint mindannyian tudjuk, a csövek szilárd anyagok, a víz pedig olyan folyadék, amely könnyen áramolhat. Ha a cső belsejében folyik a víz, akkor az energia egy részét hőenergiává kell alakítani és "elfogyasztani", vagyis a víznyomás egy része (vagy az úgynevezett fej) elvész. Ez objektív dolgok tükröződése, és a vízáramlás mozgásának elkerülhetetlen törvénye. Általában "energiaveszteségnek" (vagy "hidraulikus veszteségnek", "fejvesztésnek") nevezzük ezt az energiaátalakítási jelenséget. Méterben számítják.
Szivattyú
Mennyire jelentős a csővezeték ellenállásának hatása a fejre?
Egyes felhasználók azt mérték, hogy bár a tározó vagy víztorony és a vízforrás felszíne közötti függőleges távolság még mindig valamivel kisebb, mint a szivattyú feje, a vízmennyiség továbbra is kicsi marad, vagy a víz nem szivattyúzható. A gyakori ok az, hogy a csővezeték túl hosszú, és a vízcsőben sok kanyar van, ami túlzott ellenállás-veszteséget eredményez a csővezetékben lévő vízáramlásban. Általában a 90 fokos hajlítás nagyobb ellenállással rendelkezik, mint a 120 fokos hajlítás. Minden 90 fokos kanyar ellenállásvesztesége hozzávetőlegesen 0,5-1 méter, és minden 20 méteres csővezeték ellenállása hozzávetőleg 1 méteres magasságveszteséget okozhat. Ezenkívül egyes felhasználók véletlenszerűen megváltoztatják a szivattyú bemeneti és kimeneti csöveinek átmérőjét, ami szintén hatással van a fejre. Tehát a csővezeték ellenállása mennyire befolyásolja a fejet? Ezután nézzük meg az alábbi táblázatot.
Megérti a csőben folyó víz által okozott vízveszteség okait? 1. kérdés: A durva csőfalak akadályozó hatása miatt.
2. Ez a vízáramlás különböző rétegei közötti relatív mozgás. 3. A csőszerelvényeken belül a vízáramlás helyi gyors változása következtében kialakuló örvény. A csővezeték (hálózat) hidraulikus vesztesége két részből áll: a csővezeték menti veszteségből és a helyi veszteségből. A mérnöki munkában ennek a veszteségnek a mennyiségét ki kell számítanunk és ismernünk kell a szivattyú helyes kiválasztásához és a szükséges szivattyúmagasság meghatározásához.
A csővezeték vesztesége a teljes áramlási út mentén a súrlódási ellenállás, amely a teljes áramlási folyamat során fellép. Ez olyan tényezőkkel függ össze, mint a csőfal érdessége, a cső hossza, a csőátmérő és az áramlási sebesség. A hidraulika alapelvei alapján kapcsolata megállapítható.
A csővezeték menti veszteség egyenesen arányos a csővezeték menti súrlódási együtthatóval, amely a csőfal érdességéhez kapcsolódik. A különböző csőanyagok eltérő érdességűek, és az öntöttvas csövek viszonylag durvák, így a csővezeték mentén nagyobb a súrlódási együttható; a műanyag csövek viszonylag simaak, ezért a csővezeték mentén kisebb a súrlódási tényező. A cső hosszával is arányos; fordítottan arányos a cső átmérőjével. Ez azt jelenti, hogy ha az áramlási sebesség állandó, minél kisebb a csőátmérő és minél nagyobb az áramlási sebesség, annál nagyobb a veszteség a csővezeték mentén; egyenesen arányos az áramlási sebesség négyzetes értékével is. Természetesen a számítás meglehetősen bonyolult. Egy egyszerű módszer használható a becsléshez.
A csővezetékekben helyi veszteségek lépnek fel, amikor a víz átfolyik a csővezetékben lévő szerelvényeken, például fenékszelepeken, szelepeken, könyökökön és szűkítőkön. A helyi eszközök miatt megváltozik az áramlási minta; az áramlás iránya és sebessége is változik, az áramlás során örvények jelennek meg, amelyek hatására a víz összeütközik és egymásba ütközik. Ezt a fajta hidraulikus veszteséget, amelyet a helyi ellenállás okoz, helyi veszteségnek nevezünk.
A helyi veszteség nagysága egyenesen arányos a csőszerelvényeken áthaladó víz áramlási sebességének négyzetével, valamint összefügg a szerelvények alakjával és mennyiségével is. Ha a szerelvények keresztmetszeti alakja- jelentősen megváltozik, és sok a szerelvény, akkor a helyi veszteség nagyobb lesz. A csővezeték-elrendezési séma meghatározása után a számítási módszerrel ki kell számítani a csővezeték veszteségmagasságát, majd meg kell határozni a szivattyútelep tervezési magasságát. Csak ezután lehet a szivattyút kiválasztani. A számítási eljárás azonban viszonylag bonyolult. Az egyszerűség kedvéért a számítási adatok táblázatba foglalhatók a gyors tájékozódás érdekében. Ezenkívül egy hozzávetőleges becslés is készíthető: a veszteségmagasság a tényleges terepvíz emelési magasság (mért) 30-50%-ának felel meg. Kisebb csőátmérők és rövidebb csővezetékek esetén nagyobb értéket kell venni; nagyobb csőátmérők és hosszabb csővezetékek esetén kisebb értéket kell venni.
A csővezeték teljes vesztesége az útvonal mentén és a helyi veszteségek a számítási folyamat megkönnyítése érdekében a meglévő szoftverek, például a Yi Wei által kifejlesztett kiválasztási szoftver segítségével kiszámíthatók.
Nyomásveszteség, amikor a folyadék egyenes csőben áramlik
Az egyenes csőben áramló folyadék nyomásveszteségét a folyadék mozgása során fellépő súrlódás okozza, és ezt súrlódási nyomásveszteségnek nevezzük. Ez elsősorban a csővezeték hosszától, a belső átmérőtől, a folyadék áramlási sebességétől, a folyadék viszkozitásától stb. függ. A nyomásveszteség a folyadék áramlási állapotától függően változik. A hidraulikus erőátvitelben a folyadék körkörös csőben történő lamináris áramlása a legelterjedtebb, ezért a hidraulikus rendszer tervezésekor gyakran kívánatos a csővezetékben lévő folyadékáramlást lamináris állapotban tartani.
Nyomásveszteség a folyadékok áramlási útvonala mentén a csővezetékekben. Nyomásveszteség lamináris áramlás közben. A hidraulikus sebességváltóban a folyadék áramlási állapotának nagy része lamináris áramlás. Ebben az állapotban az egyenes csövön átfolyó folyadék nyomásvesztesége elméletileg kiszámítható.
Lamináris áramlás kör alakú csőben (1) A folyadék sebességeloszlási törvénye az áramlási keresztmetszeten-. Amint a fenti ábrán látható, a folyadék laminárisan mozog egy d átmérőjű kör alakú csőben. A csövet vízszintesen helyezzük el, és egy kis hengert veszünk a cső belsejébe, amelynek tengelye egybeesik a cső tengelyével. Legyen a sugara r, a hossza pedig l. Erre a kis hengerre a csőtengely iránya mentén ható erők a következők: a nyomás a bal végén p1, a nyomás a jobb oldalon p2 és a súrlódási erő a henger felületén Ff. Ekkor az erőkiegyenlítés egyenlete:
A (2-6) egyenletből következtethetünk:
A képletben: μ a dinamikus viszkozitást jelöli. Mivel a du sebességnövekedés ellentétes előjelű a dr sugár növekedésével, a képletbe negatív előjel kerül hozzáadásra. Ezenkívül Δp=p1 - p2. Ha Δp-t és a (2-45) egyenletet behelyettesítjük a (2-44) egyenletbe, a következőt kapjuk:
Az integrál a változóhoz képest:
Ha r=R, u=0. Ezt a (2-47) egyenletbe behelyettesítve a következő eredményt kapjuk:
Majd
A képletből látható, hogy a cső belsejében az u áramlási sebesség egy parabolatörvény szerint oszlik el a sugárirány mentén. A maximális áramlási sebesség a tengelyen fordul elő, értéke:
(2) Az áramlási sebesség a csővezetékben.
A lövedék (b) ábrán látható térfogata annak a folyadéknak a térfogata, amely egységnyi idő alatt átáramlik az áramlási keresztmetszeten-, ami az áramlási sebesség. Térfogatának kiszámításához egy vékony, dr vastagságú körgyűrűt vehetünk fel r sugarú körben. Ennek a gyűrű alakú területnek az áramlási sebessége:
Az integrálszámításhoz megkaphatjuk a q áramlási sebességet:
(3) Átlagos áramlási sebesség. Legyen az átlagos áramlási sebesség a csövön belül υ
Összehasonlításképpen megkaphatjuk az átlagos áramlási sebesség és a maximális áramlási sebesség közötti kapcsolatot:
(4) Nyomásveszteség a pálya mentén. Lamináris áramlási állapotban a nyomásveszteség az egyenes csövön átfolyó folyadék útja mentén a következő képlettel számítható ki:
Az egyenletből látható, hogy lamináris áramlási állapotban az egyenes csövön átfolyó folyadék nyomásvesztesége arányos a dinamikus viszkozitással, a csőhosszal és az áramlási sebességgel, és fordítottan arányos a csőátmérő négyzetével. A nyomásveszteség gyakorlati kiszámításakor, a számítás egyszerűsítése érdekében, μ=υdρ/Re, helyettesítjük μ=υdρ/Re értékkel, és a számlálót és a nevezőt is megszorozzuk 2g-mal, így kapjuk:
A képletben: λ a súrlódási együtthatót jelenti az út mentén. Elméleti értéke λ=64/Re, míg a gyakorlatban különböző tényezők miatt a sima fémcsöveknél λ=75/Re, gumicsöveknél pedig a λ=80/Re értéket veszik át. Turbulens áramlásban a nyomásveszteséget az egyes részecskék szabályos axiális mozgású lamináris áramlása okozza. Nincs oldalirányú mozgás. A turbulens áramlás egyik fontos jellemzője, hogy a folyadék részecskéi már nem rendelkeznek szabályos tengelyirányú mozgással, hanem mozgás közben keverednek és pulzálnak egymással. Ez a rendkívül szabálytalan mozgás ütközést okoz a részecskék között és örvényeket képez, ami sokkal nagyobb energiaveszteséget eredményez turbulens áramlásban, mint lamináris áramlásban. A turbulens áramlás jelenségének összetettsége miatt mindeddig nem sikerült kielégítő eredményt elérni annak elméleti módszerekkel történő teljes vizsgálatával. Ezért a kutatáshoz továbbra is kísérleteket használnak, elméleti magyarázatokkal kiegészítve. Így a turbulens állapotú folyadékáramlás nyomásveszteségét továbbra is a képlet segítségével számítjuk ki, és a λ értéke nem csak a Reynolds-számhoz kapcsolódik, hanem a csőfal felületének érdességéhez is.
2. Helyi nyomásveszteség
A helyi nyomásveszteség a szelepnyílásokon áthaladó folyadék áramlása, hajlítások, áramlási keresztmetszet változása, stb. okozta nyomásveszteség. Amikor a folyadék átáramlik ezeken a területeken, a folyadékáramlás irányának és sebességének változása miatt örvények keletkeznek, amelyek hatására a folyadékrészecskék egymásnak ütköznek, ami jelentős energiaveszteséget okoz.
A hirtelen kitágult szakaszban a helyi nyomásveszteség számítási képlete a következőképpen fejezhető ki:
A képletben: a lokális ellenállási együttható, amelynek értéke csak elméleti származtatással kapható meg, amikor a folyadék hirtelen kitágult keresztmetszeten áramlik át-; egyébként kísérletekkel kell meghatározni. a folyadék átlagos áramlási sebessége, amely általában a helyi ellenállás utáni áramlási sebességre vonatkozik. A csővezetékrendszer teljes nyomásvesztesége megegyezik az összes -folyamati nyomásveszteség- és az összes helyi nyomásveszteség összegével, azaz:
