Hydraulický odpor v potrubiach
Výpočet hydraulického odporu je jednou z najdôležitejších otázok v hydrodynamike, je potrebné určiť tlakovú stratu, spotrebu energie na ich kompenzáciu a výber ťahového pohonu.
Tlakové straty v potrubiach sú spôsobené odporom trenie a miestne odporov. Vstupujú do Bernoulliho rovnice pre skutočné kvapaliny.
a) Odolnosť proti treniu existuje počas pohybu skutočnej tekutiny po celej dĺžke potrubí a závisí od spôsobu prúdenia tekutiny.
b) lokálny odpor nastať pri akejkoľvek zmene. rýchlosť prúdenia vo veľkosti a smere(vstup a výstup potrubia, ohyby, kolená, T-kusy, tvarovky, dilatácie, zúženia).
Strata trecej hlavy
1) laminárne prúdenie.
Pod laminárnym prúdením možno teoreticky vypočítať pomocou Poiseuillovej rovnice:
;
Podľa Bernoulliho rovnice pre horizontálne potrubie konštantný prierez tlak stratený trením:
;
;
;
Dosadením hodnoty do Poiseuilleovej rovnice a dosadením dostaneme:
;
;
;
Teda s laminárnym pohybom v priamke okrúhle potrubie:
;
hodnota sa nazýva koeficient hydraulického trenia.
Darcy-Weisbachova rovnica:
;
Túto rovnicu možno získať aj iným spôsobom – pomocou teórie podobnosti.
To je známe
;
Pre laminárne prúdenie zistené: .
;
;
Darcy-Weisbachova rovnica:
;
Definujme tlakovú stratu: .
Darcy-Weisbachova rovnica:
Nahradením hodnoty pre laminárny režim dostaneme:
;
Takže pre laminárny režim:
Hagen-Poiseuilleova rovnica:
;
Táto rovnica platí a je obzvlášť dôležitá pri štúdiu prietoku tekutín v potrubiach s malým priemerom, ako aj v kapilárach a póroch
Preto pre stabilný laminárny pohyb:
Pre nekruhovú časť: 
, kde závisí od tvaru sekcie:
;
Výraz sa nazýva koeficient odporu vzduchu.
teda:
;
;
2) Turbulentný režim.
Pre turbulentný režim platí aj Darcyho-Weisbachova rovnica:
;
Koeficient trenia však v tomto prípade nemožno teoreticky určiť z dôvodu zložitosti štruktúry turbulentného prúdenia. Výpočtové rovnice na určenie sa získajú zovšeobecnením experimentálnych údajov metódami teórie podobnosti.
a) Hladké rúry.
;
;
;
Preto pre turbulentné prúdenie v hladké rúry:
Blasiov vzorec:
b) Hrubé rúry.
Pri hrubých rúrach závisí koeficient trenia nielen od drsnosti stien, ale aj od nich.
Charakteristickým znakom hrubých rúr je relatívna drsnosť: pomer priemernej výšky výstupkov (hrboliek) na stenách potrubia (absolútna drsnosť) k ekvivalentnému priemeru potrubia:
Príklad približné hodnoty absolútnej drsnosti:
Nové oceľové rúry 
;
· Oceľové rúry s miernou koróziou;
· Sklenené fajky;
· Betónové rúry;
Vplyv drsnosti na hodnotu je určený pomerom medzi absolútnou drsnosťou a hrúbkou laminárnej podvrstvy.
1. Pri , keď tekutina hladko obteká výčnelky, možno vplyv drsnosti zanedbať a potrubia sa považujú za hydraulicky hladká(podmienené) - hladká trecia zóna.
2. Keď sa hodnota zvyšuje, hodnota klesá a straty trením sa zvyšujú v dôsledku vytvárania vírov v blízkosti výstupkov drsnosti - zmiešaná trecia zóna.
3. Kedy veľké hodnoty, prestáva závisieť a je určená len drsnosťou stien, t.j. režim automodel podľa - sebepodobná zóna.
Je potrebné poznamenať, že vzhľadom na to, že potrubie môže byť pri jednom prietoku drsné a pri druhom hydraulicky hladké.
Pre toto potrubie približne:
;
Pre hrubé rúry v turbulentnom pohybe platí nasledujúca rovnica:
;
Pre oblasť hladkého trenia- alebo podľa Blasiovej rovnice, alebo podľa rovnice:
;
;
Delením 1,8 získate Filonenko vzorec.
Filonenkov vzorec:
;
Pre podobnú oblasť:
;
Prakticky výpočet sa vykonáva podľa nomogramov. Závislosť koeficientu trenia od kritéria a stupňa drsnosti - obr. 1.5, Pavlov, Romankov.
Pre neizotermické prúdenie viskozita kvapaliny sa mení na úseku potrubia, mení sa rýchlostný profil a .
Do rovníc na určenie (okrem sebepodobnej oblasti) sa zavádzajú špeciálne korekčné faktory (Pavlov, Romankov)
Strata tlaku na lokálne odpory
V rôznych lokálnych odporoch dochádza k meraniu rýchlosti:
a) vo veľkosti =>
b) v smere =>
c) vo veľkosti a smere =>
Okrem strát spojených s trením vznikajú dodatočné tlakové straty (vznik vírov pôsobením zotrvačných síl (pri zmene smeru), vznik vírov v dôsledku spätného prúdenia tekutín a pod. (s náhlou expanziou)).
Strata tlaku v dôsledku lokálnych odporov je vyjadrená ako rýchlostný tlak. Pomer straty hlavy v danom miestnom odpore k rýchlostnej hlave v ňom sa nazýva koeficient lokálneho odporu:
Pre všetkých lokálny odpor potrubie:
(sčítané, ak existujú rovné úseky s dĺžkou aspoň 5d)
Koeficienty sú uvedené v tabuľkách, napr.
· vstup do potrubia;
Výstup z potrubia
· ventil do => ;
žeriav, =>
ventil =>
ventil =>
Úplná strata tlaku
Hodnota je vyjadrená v metroch stĺpca kvapaliny a nezávisí na druhu kvapaliny a veľkosti tlakovej straty závisí na hustote kvapaliny.
Hydraulické výpočty zariadenia sa v zásade nelíšia od výpočtov potrubí.
Výpočet priemeru potrubia
Náklady na potrubia sú významnou súčasťou kapitálových investícií a veľkých prevádzkových nákladov. Čo sa týka tohto veľký význam Má správna voľba priemer potrubia.
Hodnota priemeru je určená rýchlosťou tekutiny. Ak je zvolená vysoká rýchlosť, potom sa priemer potrubia zníži, čo poskytuje:
Zníženie spotreby kovu;
Znížené náklady na výrobu, inštaláciu a opravy.
Súčasne sa však zvyšuje pokles tlaku potrebný na pohyb kvapaliny. Vyžaduje to vysoké náklady pre pohyb tekutiny.
Optimálny priemer musí poskytnúť minimum prevádzkové náklady. (súčet nákladov na energie, odpisy a opravy).
Ročné prevádzkové náklady => M (ruble/rok)=A+E;
A - náklady na odpisy (náklady / roky) a opravy;
E sú náklady na energiu.
Na základe technických a ekonomických úvah sa odporúčajú nasledujúce rýchlostné limity:
kvapkať tekutiny:
Gravitácia = 0,2 - 1 m/s
Pri čerpaní = 2 - 3 m/s
plynov:
Pri prirodzenom ťahu = 2 - 4 m/s
Pri nízkom tlaku (ventilátor) = 4 – 15 m/s
Pri vysokom tlaku (kompresor) = 15 - 25 m/s
Páry:
Nasýtená vodná para = 20 - 30 m/s
Prehriata vodná para = 30 - 50 m/s.
Typické tlakové straty by nemali byť väčšie ako 5-15% výtlačného tlaku.
Optimálny priemer potrubia musí byť v súlade s GOST. GOST stanovuje koncepciu podmienený priemerD Y. Toto je menovitý vnútorný priemer potrubia. Podľa tohto priemeru sa vyberajú aj spojovacie diely - príruby, T-kusy, zátky atď., Ako aj armatúry: kohútiky, ventily, posúvače atď.
Každý podmienený priemer zodpovedá určitému vonkajší priemer, pričom hrúbka steny môže byť rôzna. Napríklad (mm) (môžu existovať odchýlky od tejto tabuľky).
Materiál potrubia
Použiť rôzne materiály, čo je spojené s rôznymi teplotami okolia a agresivitou.
Najčastejšie používané oceľové rúry:
Liatinové rúry do 300 0 С
Používajú sa aj iné kovové rúry=> meď, hliník, olovo, titán atď. A nekovové => polyetylén, fluoroplast, keramika, azbestocement, sklo atď.
Spôsoby pripojenia potrubí
a) Jednodielne - zvárané
b) Odnímateľné
Prírubové
Závitové
Zásuvka (používa sa na liatinu, betón a keramické rúry)
Potrubné armatúry
1. lapače pary.
V parných a plynových komunikáciách môže v dôsledku chladenia vždy dôjsť ku kondenzácii vody, živice alebo inej kvapaliny obsiahnutej v plyne vo forme pary. Hromadenie kondenzátu je veľmi nebezpečné, pretože pri pohybe potrubím vysokou rýchlosťou ( 
), tekutá zátka s veľkou zotrvačnosťou spôsobí najsilnejšiu hydraulické tlmiče. Uvoľňujú potrubia a môžu spôsobiť ich zničenie.
Preto sú plynovody namontované s miernym sklonom a v najnižšom bode je umiestnené potrubie na kondenzát.
hydraulická uzávierka. Pre vákuové vedenia =>
cez barometrickú trubicu.
Pri vysokých tlakoch sa používajú špeciálne konštrukcie odvádzačov kondenzátu (pozri nižšie).
2. Ventily.
1 - telo;
3 - ventil;
4 - vreteno;
5 - upchávka.
Ventil je pripevnený k sedlu a tesne blokuje pohyb média.
Vreteno má závitovú časť a je spojené so zotrvačníkom. Tesnosť je zabezpečená olejovým tesnením.
Ventily sú uzatváracie a regulačné ventily, t.j. umožňujú plynulé riadenie prietoku.
3. Žeriavy.
Uzemnená kužeľová alebo guľová zátka sa otáča v tele s cez dieru. Žeriavy sa používajú najmä ako uzatváracie ventily. Je ťažké kontrolovať tok.
4. Uzatváracie ventily.
Shibernaya
Existujú planparalelné a klinové posúvače. Brána sa posúva pomocou vretena kolmo na os potrubia a dochádza k jej prekrytiu.
Tento ventil je uzatvárací a riadiaci. Pre účely automatizácie môže byť pohon pneumatický, elektrický, hydraulický atď.
5. Existuje tiež bezpečnostné a ochranné armatúry(bezpečnosť a spätné ventily), ovládacia armatúra(hladinomery, testovacie kohútiky atď.)
Všetky armatúry sú indexované:
napríklad: 15 cz 2br.
15=>ventil; kch => tvárna liatina (materiál puzdra); 2=> číslo modelu podľa katalógu; br => tesniaca plocha z bronzu.
Tvarovky sa vyberajú v závislosti od tlaku v potrubí.
Rozlíšiť:
1) Prevádzkový tlak - najvyšší pretlak, pri ktorom ventil dlhodobo pracuje pri Prevádzková teplota prostredia.
2) Nominálny tlak- najvyšší tlak (napr.) vytvorený médiom pri 20 0 С.
Existuje niekoľko podmienených tlakov, podľa ktorých sa tvarovky vyrábajú:
P y \u003d 1;2,5;4;6;10;16;25;40;64;100;160;200;250;320;400 ... atm.
Voľba P y sa vykonáva podľa tabuliek v závislosti od triedy ocele, najvyššej teploty média a prevádzkového tlaku.
Príklad: Oceľ Х12H10T
t prostredie \u003d 400 0 С P otrok \u003d 20 atm: P y \u003d 25 atm
P slave \u003d 80 atm: P y \u003d 100 atm
t prostredie \u003d 660 0 С P otrok \u003d 20 atm: P y \u003d 64 atm
P slave \u003d 80 atm: P y \u003d 250 atm
Lokálne hydraulické odpory sú úseky potrubí (kanálov), na ktorých dochádza k deformácii prúdenia tekutiny v dôsledku zmeny veľkosti alebo tvaru úseku alebo smeru pohybu. Najjednoduchšie lokálne odpory možno zhruba rozdeliť na expanzie, kontrakcie, ktoré môžu byť plynulé a náhle, a obraty, ktoré môžu byť tiež plynulé a náhle.
Väčšina lokálnych odporov je však kombináciou týchto prípadov, pretože otočenie toku môže viesť k zmene jeho prierezu a expanzia (zúženie) toku môže viesť k odchýlke od priamočiareho pohybu tekutiny (pozri obrázok 3.21, b). Okrem toho rôzne hydraulické armatúry (kohútiky, ventily, ventily atď.) sú takmer vždy kombináciou najjednoduchších miestnych odporov. Miestne odpory zahŕňajú aj úseky potrubí s oddelením alebo zlúčením prúdov tekutín.
Je potrebné mať na pamäti, že lokálne hydraulické odpory majú významný vplyv na činnosť hydraulických systémov s turbulentným prúdením tekutín. V hydraulických systémoch s laminárnym prúdením sú vo väčšine prípadov tieto tlakové straty malé v porovnaní so stratami trením v potrubiach. V tejto časti budú uvažované lokálne hydraulické odpory v režime turbulentného prúdenia.
Strata hlavy v miestnom hydraulickom odpore sa nazýva lokálne straty.
Napriek rôznym lokálnym odporom sú vo väčšine z nich tlakové straty spôsobené nasledujúcimi dôvodmi:
Zakrivenie prúdnic;
Zmena veľkosti rýchlosti v dôsledku zníženia alebo zvýšenia obytných úsekov;
Oddeľovanie tranzitných prúdov od povrchu, vytváranie vírov.
Napriek rôznorodosti lokálnych odporov vo väčšine z nich zmena rýchlosti pohybu vedie k vzniku vírov, ktoré na svoju rotáciu využívajú energiu prúdenia tekutiny (pozri obrázok 3.21, Obr. b). Teda hlavný dôvod hydraulické straty hlavou vo väčšine lokálnych odporov je tvorba vírov. Prax ukazuje, že tieto straty sú úmerné druhej mocnine rýchlosti tekutiny a na ich určenie sa používa Weisbachov vzorec.
Pri výpočte straty hlavy pomocou Weisbachovho vzorca najväčšia ťažkosť je definícia bezrozmerného koeficientu lokálneho odporu. Vzhľadom na zložitosť procesov prebiehajúcich v lokálnych hydraulických odporoch je teoreticky možné nájsť len v jednotlivé prípady, takže väčšina hodnôt tohto koeficientu sa získa ako výsledok experimentálne štúdie. Uvažujme metódy na určenie koeficientu pre najbežnejšie lokálne odpory v režime turbulentného prúdenia.
Pre náhle rozšírenie prietoku (pozri obrázok 3.21, b) existuje teoreticky získaný Bordov vzorec pre koeficient , ktorý je jednoznačne určený pomerom plôch pred expanziou (S1) a po ňom (S2):
Treba poznamenať špeciálny prípad keď kvapalina prúdi z potrubia do nádrže, t.j. keď je plocha prierezu toku v potrubí S1 oveľa menej ako v nádrži S2. Potom zo vzorca (3.35) vyplýva, že pre výstup potrubia do nádrže = 1. Na odhadnutie koeficientu tlakovej straty pri náhlom zúžení sa použije empirický vzorec navrhnutý I.E. Idelchik, ktorý zohľadňuje aj pomer plochy pred rozšírením (S1) a po ňom (S2):
. (3.36)
Pre náhle zúženie prietoku je potrebné si všimnúť aj špeciálny prípad, keď kvapalina vyteká z nádrže potrubím, t.j. keď je plocha prierezu prietoku v potrubí S2 oveľa menej ako v nádrži S 1 . Potom z (3.36) vyplýva, že pre vstup potrubia do nádrže = 0,5.
AT hydraulické systémy pomerne často dochádza k plynulej expanzii toku (obrázok 3.21, v) a hladké zúženie toku (obrázok 3.21, G). Rozširujúci sa kanál v hydraulike sa bežne nazýva difúzor a zužujúci sa kanál sa nazýva konfúzor. V tomto prípade, ak je zmätok vyrobený s plynulé prechody v sekciách 1 "-1 "a 2 "-2 ", potom sa nazýva tryska. Tieto lokálne hydraulické odpory môžu mať (najmä pri malých uhloch α) dosť veľkú dĺžku l. Preto tieto lokálne odpory okrem strát v dôsledku tvorby vírov spôsobených zmenou geometrie prúdenia zohľadňujú aj tlakovú stratu v dôsledku trenia pozdĺž dĺžky.
Hodnoty koeficientov pre plynulé rozšírenie a hladké zúženie sa zistia zavedením korekčných faktorov do vzorcov (3.35) a (3.36): a .
Korekčné faktory kp a kc majú číselné hodnoty menej ako jeden, závisia od uhlov α, ako aj od plynulosti prechodov v rezoch a 1 "-1 "a 2 "-2 ". Ich význam je uvedený v referenčných knihách.
Zvraty prúdov sú tiež veľmi časté lokálne odpory. Môžu byť s náhlym otočením potrubia (obrázok 3.21, d) alebo s plynulým otáčaním (obrázok 3.21, e).
Náhle otočenie potrubia (alebo kolena) spôsobuje výrazné vytváranie víru, a preto vedie k významným stratám hlavy. Koeficient odporu kolena je určený predovšetkým uhlom natočenia δ a dá sa vybrať z príručky.
Plynulé otáčanie potrubia (alebo odbočky) výrazne znižuje tvorbu vírov a tým aj tlakové straty. Koeficient pre daný odpor závisí nielen od uhla natočenia δ, ale aj od relatívneho polomeru otáčania R/d. Na určenie koeficientu existujú rôzne empirické závislosti, napríklad , (3.37) alebo sú v referenčnej literatúre.
Stratové faktory iných lokálnych odporov vyskytujúcich sa v hydraulických systémoch možno tiež určiť z príručky.
Treba mať na pamäti, že dva alebo viac hydraulických odporov inštalovaných v jednom potrubí sa môže vzájomne ovplyvňovať, ak je vzdialenosť medzi nimi menšia ako 40d(d- priemer potrubia).
Stanovenie lokálneho hydraulického odporu
Strata hlavy v lokálnych odporoch je určená Weisbachovým vzorcom: , (39)
· kde X - bezrozmerný koeficient, závisí od druhu a vyhotovenia lokálneho odporu, stavu vnútorného povrchu a Re.
· J - rýchlosť pohybu tekutiny v potrubí, kde je inštalovaný lokálny odpor.
Ak medzi sekciami 1-1 a 2-2 toku existuje veľa lokálnych odporov a vzdialenosť medzi nimi je väčšia ako dĺžka ich vzájomného vplyvu (»6 d ), potom lokálne straty tlaky sú sčítané. Vo väčšine prípadov sa to predpokladá pri riešení problémov.
.
· V našej úlohe miestne tlakové straty sa rovnajú:
å h m= h ext.úzky . + h v + 2h pov . + h von = (x vnútorné úzke . + x v + 2x pov . + x von )× Q2/(w 2 x 2g);
å h m= å x× Q 2 /(š 2 × 2g); kde å x \u003d x ext. . + x v + 2x pov . + x von
· V našej úlohe celková strata hlavy sa rovná:
h 1-2 =(d×l/d+åx) × Q2 /(š 2 × 2g.
· S rozvinutým turbulentným pohybom v lokálnom odpore ( Re> 10 4) existuje turbulentná sebepodobnosť - strata hlavy je úmerná rýchlosti k druhému výkonu a koeficient odporu nezávisí od čísla Re( kvadratická zóna pre lokálne odpory). V čom x sq = konšt a je určená referenčnými údajmi (dodatok 6).
· Vo väčšine praktických problémov prebieha turbulentná sebepodobnosť a koeficient lokálneho odporu je konštantná hodnota.
v laminárnom režime x = x sq × j, kde j- číselná funkcia Re (Príloha 7).
Pri náhlom rozšírení potrubia sa koeficient náhleho rozšírenia určí takto:
X ext. ext = (1-w 1 /w 2 ) 2 =(1-d 12 /d 2 2) 2 (40)
· Kedy w 2 >>w 1 čo zodpovedá výstupu kvapaliny z potrubia do nádrže, . X von.=1.
V prípade náhleho zúženia potrubia koeficient náhleho zúženia
X ext. úzky rovná sa:
, (41)
kde w 1 je plocha širokého (vtokového) úseku a w 2 - oblasť úzkeho (výstupného) úseku.
· Kedy w 1 >>w 2 čo zodpovedá vstupu kvapaliny z nádrže do potrubia, X vstup=0,5 (s ostrou prednou hranou).
koeficient odporu ventilu X v závisí od stupňa otvorenia ventilu (príloha 6).
.
V našom probléme zákon zachovania energie vyzerá ako:
Toto je výpočtová rovnica na určenie hodnoty R - sily pôsobiace na piestnu tyč.
4. Vypočítajte množstvá zahrnuté v rovnici (42). Dosadíme počiatočné údaje v sústave SI.
prierezová plocha 1-1 w 1 = p × d 1 2 /4 \u003d 3,14 × 0,065 2 /4 \u003d 3,32 × 10 -3 m2.
prierezová plocha potrubia w = p×d2/4 \u003d 3,14 × 0,03 2 /4 \u003d 0,71 × 10 -3 m2.
súčet koeficientov lokálnych odporov
å x \u003d x ext. . + x v + 2x pov . + x von = 0,39 + 5,5 + 2 × 1,32 + 1 = 9,53.
faktor náhlej kontrakcie
Ostrý pomer otáčania 90° X pov.= 1,32 (príloha 6);
koeficient odporu na výstupe z potrubia X von.= 1 (vzorec 40);
koeficient trenia l
Od Reynoldsovho čísla Re >Re cr (2,65 x 105 >2300), koeficient trenia sa vypočítal pomocou vzorca (38).
Podľa podmienok sa kinematický viskozitný koeficient udáva v centistoke (cSt). 1cSt \u003d 10 -6 m 2 / s.
Coriolisov koeficient a 1 v časti 1-1
Keďže spôsob pohybu v sekcii 1-1 turbulentné teda 1 =1.
Zapnite predstavec
4.6.2. Stanovenie prietoku tekutiny
Pozor!
Keďže všetky potrebné vysvetlenia a teoretický základ aplikácie Bernoulliho rovnice boli vykonané podrobne pri riešení úlohy 1, zákon zachovania energie pre túto úlohu je odvodený bez podrobných vysvetlení.
1. Vyberte si dve sekcie 1-1 a 2-2 , ako aj porovnávacia rovina 0-0 a napíšte všeobecný pohľad Bernoulliho rovnica:
.
Tu p 1 a p 2 sú absolútne tlaky v ťažiskách sekcií; J1 a J2 sú priemerné rýchlosti v úsekoch; z1 a z2 - výšky ťažísk rezov vzhľadom na referenčnú rovinu 0-0; h 1-2 – strata tlaku pri pohybe tekutiny z prvej do druhej sekcie.
2. Určte členy Bernoulliho rovnice v tejto úlohe.
Výšky ťažísk sekcií: zi = H ; z2 =0.
Priemerná rýchlosť v úsekoch: J2 = Q/w 2 = 4x Q/p/d 2 ;
J1 = Q/w 1 . Ako w 1 >>/w2 , potom J1 <<J2 a môžu byť prijaté J1 =0.
· Coriolisove koeficienty a 1 a a 2 závisia od spôsobu pohybu tekutiny. V laminárnom režime a=2 a v turbulentnom režime a=1.
Absolútny tlak na prvom úseku p 1 \u003d p m + p at, p m - pretlak (pretlak) v prvej sekcii, je známy.
Absolútny tlak v časti 2-2 sa rovná atmosférickému tlaku p at , keď kvapalina prúdi do atmosféry.
Strata hlavy h 1-2 sú súčtom tlakových strát v dôsledku trenia pozdĺž dĺžky toku h dl a straty v dôsledku lokálneho hydraulického odporu å h m .
h 1-2 = h dl +å h m.
Straty po dĺžke sú rovnaké
.
Miestne tlakové straty sú rovnaké
å h m=å x× J 2 /( 2g) = å x× Q 2 /(š 2 × 2g); kde e x dané podmienkou
Celková strata hlavy sa rovná
h 1-2 =(d×l/d+åx) × Q2 /(š 2 × 2g);
3. Vyššie definované veličiny teda dosadíme do Bernoulliho rovnice .
V našom probléme má zákon zachovania energie tvar:
Zrušíme členy s atmosférickým tlakom, odstránime nuly a dáme podobné členy. V dôsledku toho dostaneme:
. (43)
Toto je výpočtová rovnica na určenie prietoku kvapaliny. Predstavuje zákon zachovania energie pre daný problém. Prietok vstupuje priamo na pravú stranu rovnice, rovnako ako koeficient trenia l cez číslo Re (Re = 4Q/(p×d×n) !
Bez znalosti prietoku nie je možné určiť spôsob pohybu tekutiny a zvoliť vzorec l. Okrem toho v turbulentnom režime závisí koeficient trenia od prietoku komplexným spôsobom (pozri vzorec (38)). Ak sa výraz (38) dosadí do vzorca (43), potom výslednú rovnicu nemožno vyriešiť algebraickými metódami, to znamená, že je transcendentálna. Takéto rovnice sa riešia graficky alebo numericky pomocou počítača (najčastejšie iteráciou).
Hydraulický odpor alebo hydraulické straty sú celkové straty počas pohybu kvapaliny cez kanály vedúce vodu. Podmienečne ich možno rozdeliť do dvoch kategórií:
Straty trením - vznikajú, keď sa kvapalina pohybuje v potrubiach, kanáloch alebo dráhe toku čerpadla.
Straty v dôsledku tvorby vírov - vznikajú, keď tekutina obteká rôzne prvky. Napríklad náhla expanzia potrubia, náhle zúženie potrubia, otočenie, ventil atď. Takéto straty sa zvyčajne nazývajú lokálne hydraulické odpory.
Koeficient hydraulického odporu
Hydraulické straty sú vyjadrené buď v tlakových stratách Δh v lineárnych jednotkách stredného stĺpca, alebo v tlakových jednotkách ΔP:
kde ρ je hustota média, g je zrýchlenie voľného pádu.
V priemyselnej praxi je pohyb tekutiny v tokoch spojený s potrebou prekonať hydraulický odpor potrubia pozdĺž dĺžky toku, ako aj rôzne lokálne odpory:
otočí
Clona
ventil
ventily
Žeriavy
Rôzne konáre a podobne
Na prekonanie lokálnych odporov sa vynakladá určitá časť energie prúdenia, čo sa často nazýva strata tlaku na lokálnych odporoch. Typicky sú tieto straty vyjadrené ako zlomky rýchlosti zodpovedajúcej priemernej rýchlosti tekutiny v potrubí pred alebo po miestnom odpore.
Analyticky je strata hlavy v dôsledku lokálneho hydraulického odporu vyjadrená ako
h r = ξ υ 2 / (2 g)
kde ξ je koeficient lokálneho odporu (zvyčajne určený empiricky).
Údaje o hodnote koeficientov rôznych miestnych odporov sú uvedené v príslušných referenčných knihách, učebniciach a rôznych príručkách hydrauliky vo forme individuálnych hodnôt koeficientu hydraulického odporu, tabuliek, empirických vzorcov, diagramov atď.
Štúdium strát energie (straty hlavy čerpadla) v dôsledku rôznych lokálnych odporov sa uskutočňuje už viac ako sto rokov. V dôsledku experimentálnych štúdií vykonaných v Rusku av zahraničí v rôznych časoch sa získalo obrovské množstvo údajov týkajúcich sa rôznych miestnych odporov pre špecifické úlohy. Čo sa týka teoretických štúdií, sú im zatiaľ prístupné len určité lokálne odpory.
Tento článok sa bude zaoberať niektorými typickými lokálnymi odpormi, s ktorými sa v praxi často stretávame.
Miestny hydraulický odpor
Ako už bolo uvedené vyššie, tlakové straty sú v mnohých prípadoch určené empiricky. V tomto prípade je akýkoľvek lokálny odpor podobný odporu pri náhlej expanzii prúdu. Existujú na to dostatočné dôvody, pretože správanie prúdenia v momente, keď prekoná akýkoľvek lokálny odpor, je spojené s rozšírením alebo zmenšením prierezu.
Hydraulické straty v dôsledku náhleho zúženia potrubia
Odolnosť pri náhlom zúžení potrubia je sprevádzaná tvorbou vírivej oblasti v mieste zúženia a poklesom prúdu na veľkosti menšie ako je prierez malého potrubia. Po prejdení zúženého úseku sa prúd roztiahne na rozmery vnútorného úseku potrubia. Hodnotu koeficientu lokálneho odporu pri náhlom zúžení potrubia je možné určiť podľa vzorca.
ξ int. užšie \u003d 0,5 (1- (F 2 / F 1))
Hodnota koeficientu ξ ext. súdiac podľa hodnoty pomeru (F 2 /F 1)) nájdete v príslušnej príručke hydrauliky.
Hydraulické straty pri zmene smeru potrubia pod určitým uhlom
Prúd sa v tomto prípade najskôr stlačí a potom roztiahne, pretože v bode rotácie je prúd zo stien potrubia zotrvačnosťou akoby vytláčaný. Koeficient lokálneho odporu je v tomto prípade určený referenčnými tabuľkami alebo vzorcom
ξ otočenie = 0,946 sin(α/2) + 2,047 sin(α/2) 2
kde α je uhol natočenia potrubia.
Miestny hydraulický odpor na vstupe do potrubia
V konkrétnom prípade môže mať vstup potrubia ostrú alebo zaoblenú vstupnú hranu. Potrubie, do ktorého kvapalina vstupuje, môže byť umiestnené pod určitým uhlom α k horizontále. Nakoniec vo vstupnej časti môže byť membrána zužujúca časť. Ale všetky tieto prípady sú charakterizované počiatočným stlačením prúdu a potom jeho expanziou. Miestny odpor na vstupe do potrubia sa tak môže znížiť na náhle rozšírenie prúdu.
Ak kvapalina vstupuje do valcového potrubia s ostrou vstupnou hranou a potrubie je naklonené k horizontu pod uhlom α, potom hodnotu lokálneho koeficientu odporu možno určiť podľa Weisbachovho vzorca:
ξ v \u003d 0,505 + 0,303 sin α + 0,223 sin α 2
Lokálny hydraulický odpor ventilu
V praxi sa často stretávame s problémom výpočtu miestnych odporov, ktoré vytvárajú uzatváracie ventily, napríklad posúvače, ventily, škrtiace klapky, kohútiky, ventily atď. Prietoková časť tvorená rôznymi aretačnými zariadeniami môže mať v týchto prípadoch úplne odlišné geometrické tvary, avšak hydraulická podstata prúdenia pri prekonávaní týchto odporov je rovnaká.
Hydraulický odpor plne otvoreného uzatváracieho ventilu sa rovná
ventil ξ = 2,9 až 4,5
Hodnoty koeficientov miestneho hydraulického odporu pre každý typ ventilov je možné určiť z referenčných kníh.
Strata hydraulickej membrány
Procesy vyskytujúce sa v blokovacích zariadeniach sú v mnohých ohľadoch podobné procesom, keď kvapalina prúdi cez membrány inštalované v potrubí. V tomto prípade sa prúdnica tiež zužuje a potom rozširuje. Stupeň zúženia a rozšírenia prúdu závisí od mnohých podmienok:
režim plynulého pohybu
pomer priemerov otvoru membrány a potrubia
konštrukčné vlastnosti membrány.
Pre membránu s ostrými hranami:
ξ clona = d 0 2 / D 0 2
Lokálny hydraulický odpor, keď prúd vstúpi pod hladinu kvapaliny
Prekonanie lokálneho odporu pri vstupe prúdu pod hladinu kvapaliny do dostatočne veľkého zásobníka alebo do média nenaplneného kvapalinou je spojené so stratou kinetickej energie. Preto sa koeficient odporu v tomto prípade rovná jednotke.
vstup ξ = 1
Video o hydraulickom odpore
Na prekonanie hydraulických strát sa vynakladá práca rôznych zariadení (čerpadlá a hydraulické stroje).
Na zníženie vplyvu hydraulických strát sa odporúča vyhnúť sa použitiu uzlov pri návrhu trasy, ktoré prispievajú k prudkým zmenám smeru prúdenia a pokúsiť sa pri návrhu použiť prúdnicové teleso.
Aj pri použití absolútne hladkých potrubí sa treba vysporiadať so stratami: v režime laminárneho prúdenia (podľa Reynoldsa) nemá drsnosť stien veľký vplyv, ale pri prechode na režim turbulentného prúdenia sa hydraulický odpor potrubie zvyčajne tiež zvyšuje.
