Som vi alle vet er rør faste stoffer, og vann er en væske som lett kan flyte. Hvis vannet inne i røret renner, må noe av energien omdannes til varmeenergi og «forbrukes», det vil si at en del av vanntrykket (eller kalt hode) går tapt. Dette er en refleksjon av objektive ting og er en uunngåelig lov om vannstrømbevegelse. Vanligvis kaller vi dette fenomenet energitransformasjon "energitap" (eller "hydraulisk tap", "tap av hode"). Det beregnes i meter.
Pumpe
Hvor stor er effekten av rørledningsmotstand på hodet?
Noen brukere har målt at selv om den vertikale avstanden fra reservoaret eller vanntårnet til vannkildens overflate fortsatt er litt mindre enn pumpens hode, er vannvolumet fortsatt lite eller vann kan ikke pumpes. Den vanlige årsaken er at rørledningen er for lang og det er mange bøyninger i vannrøret, noe som resulterer i for stort motstandstap av vannstrømmen i rørledningen. Vanligvis har en 90-graders bøy større motstand enn en 120-graders bøyning. Motstandstapet for hver 90-graders bøyning er ca. 0,5-1 meter, og motstanden for hver 20. meter rørledning kan forårsake et tap på ca. 1 meter i fallhøyde. I tillegg endrer noen brukere også tilfeldig rørdiametrene til pumpens innløps- og utløpsrør, noe som også har en viss innvirkning på hodet. Så hvor mye påvirker rørledningsmotstanden hodet? La oss deretter se på tabellen nedenfor.
Forstår du årsakene til vanntapet forårsaket av vannstrømmen i røret? Spørsmål 1: Det skyldes den obstruktive effekten av de grove rørveggene.
2. Det er den relative bevegelsen mellom forskjellige lag med vannstrøm. 3. Det er virvelen som dannes av den lokale raske endringen av vannstrømmen inne i rørbeslagene. Det hydrauliske tapet av rørledningen (nettverket) består av to deler: tapet langs rørledningen og det lokale tapet. I ingeniørfag må vi beregne og kjenne mengden av dette tapet for å kunne velge pumpen riktig og bestemme den nødvendige pumpehøyden.
Rørledningstapet langs hele strømningsbanen er friksjonsmotstanden som oppstår gjennom hele strømningsprosessen. Det er relatert til faktorer som rørveggens ruhet, rørlengde, rørdiameter og strømningshastighet. Basert på prinsippene for hydraulikk, kan dets forhold etableres.
Tapet langs rørledningen er direkte proporsjonalt med friksjonskoeffisienten langs rørledningen som er relatert til ruheten til rørveggen. Ulike rørmaterialer har forskjellig ruhet, og støpejernsrør er relativt grove, så friksjonskoeffisienten langs rørledningen er større; plastrør er relativt glatte, så friksjonskoeffisienten langs rørledningen er mindre. Det er også proporsjonalt med lengden på røret; omvendt proporsjonal med rørdiameteren. Det vil si at når strømningshastigheten er konstant, jo mindre rørdiameteren og jo raskere strømningshastigheten er, jo større tapet langs rørledningen; den er også direkte proporsjonal med kvadratverdien av strømningshastigheten. Selvsagt er regnestykket ganske komplisert. En enkel metode kan brukes for estimering.
Lokale tap i rørledninger oppstår når vann strømmer gjennom armaturer som bunnventiler, ventiler, albuer og reduksjonsrør i rørledningen. På grunn av de lokale enhetene endres flytmønsteret; strømningsretningen og hastigheten endres også, og det oppstår virvler under strømmen som får vannet til å kollidere og støte på hverandre. Denne typen hydraulisk tap forårsaket av lokal motstand kalles lokalt tap.
Størrelsen på lokalt tap er direkte proporsjonal med kvadratet på vannstrømningshastigheten som passerer gjennom rørbeslagene, og er også relatert til formen og mengden på beslagene. Hvis tverrsnittsformen på beslagene endres betydelig og det er et stort antall beslag, vil det lokale tapet være større. Når rørledningsoppsettet er bestemt, må rørledningstapet beregnes ved hjelp av beregningsmetoden, og deretter bør designhodet til pumpestasjonen bestemmes. Først da kan pumpevalget utføres. Beregningsprosedyren er imidlertid relativt kompleks. For enkelhets skyld kan beregningsdataene settes sammen til en tabell for rask referanse. I tillegg kan en grov estimering gjøres: tapshøyden tilsvarer 30 % til 50 % av den faktiske terrengvannløftehøyden (målt). For mindre rørdiametre og kortere rørledninger bør en større verdi tas; for større rørdiametre og lengre rørledninger bør en mindre verdi tas.
Rørledningens totale tap langs ruten og lokale tap kan beregnes ved å bruke eksisterende programvare, slik som utvalgsprogramvaresystemet utviklet av Yi Wei, for å lette beregningsprosessen.
Trykktap når en væske strømmer i et rett rør
Trykktapet når en væske strømmer i et rett rør er forårsaket av friksjonen under væskens bevegelse og kalles friksjonstrykktapet. Det avhenger hovedsakelig av lengden på rørledningen, den indre diameteren, væskens strømningshastighet, og væskens viskositet osv. Trykktapet varierer med væskens forskjellige strømningstilstander. Ved hydraulisk overføring er laminær strømning av væsken i et sirkulært rør det vanligste, så når man designer et hydraulisk system, er det ofte ønskelig å holde væskestrømmen i rørledningen i laminær tilstand.
Trykktap langs strømningsbanen til væsker i rørledninger. Trykktap under laminær strømning. I hydraulisk transmisjon er størstedelen av væskens strømningstilstand laminær strømning. I denne tilstanden kan trykktapet til væsken som strømmer gjennom et rett rør beregnes teoretisk.
Laminær strømning i et sirkulært rør (1) Hastighetsfordelingsloven til væsken på strømningstverrsnittet. Som vist i figuren ovenfor, beveger væsken seg på en laminær måte i et sirkulært rør med en diameter på d. Røret plasseres horisontalt, og en liten sylinder med aksen sammenfallende med røraksen tas inne i røret. La dens radius være r og lengden være l. Kreftene som virker på denne lille sylinderen langs røraksens retning er: trykket ved venstre ende p1, trykket i høyre ende p2, og friksjonskraften på sylinderflaten Ff. Da er kraftbalanseligningen:
Fra ligning (2-6) kan vi konkludere:
I formelen: μ representerer dynamisk viskositet. Siden økningen av hastighet du har motsatt fortegn til økningen av radius dr, legges et negativt fortegn til i formelen. I tillegg, Δp=p1 - p2. Ved å erstatte Δp og ligning (2-45) med ligning (2-44), får vi:
Integralet med hensyn til variabelen er:
Når r=R, u=0. erstatter dette med ligning (2-47) gir:
Da
Fra formelen kan man se at strømningshastigheten u inne i røret er fordelt langs radiusretningen i henhold til en parabolsk lov. Maksimal strømningshastighet oppstår på aksen, og verdien er:
(2) Strømningshastigheten i rørledningen.
Volumet vist i figur (b) av prosjektilet er volumet av væsken som strømmer gjennom strømningstverrsnittet per tidsenhet, som er strømningshastigheten. For å beregne volumet kan det tas en tynn sirkulær ring med en tykkelse på dr med en radius på r. Strømningshastigheten til dette ringformede området er:
For integralberegningen kan vi få strømningshastigheten q:
(3) Gjennomsnittlig strømningshastighet. La den gjennomsnittlige strømningshastigheten i røret være υ
Til sammenligning kan vi få forholdet mellom gjennomsnittlig strømningshastighet og maksimal strømningshastighet:
(4) Trykktap langs stien. I laminær strømningstilstand kan trykktapet langs banen til væsken som strømmer gjennom et rett rør beregnes ved å bruke formelen:
Fra ligningen kan det sees at i laminær strømningstilstand er trykktapet til væsken som strømmer gjennom et rett rør proporsjonalt med den dynamiske viskositeten, rørlengden og strømningshastigheten, og omvendt proporsjonal med kvadratet på rørdiameteren. Når vi beregner trykktapet i praksis, for å forenkle beregningen, har vi μ=υdρ/Re, og erstatter μ=υdρ/Re, og multipliserer både telleren og nevneren med 2g for å få:
I formelen: λ representerer friksjonskoeffisienten langs banen. Dens teoretiske verdi er λ=64/Re, mens i praksis, på grunn av ulike faktorer, for glatte metallrør tas λ=75/Re, og for gummirør brukes λ=80/Re. Ved turbulent strømning er trykktapet forårsaket av at den laminære strømningen av hver partikkel har en regelmessig aksial bevegelse. Det er ingen sidebevegelse. En av de viktige egenskapene til turbulent strømning er at partiklene i væsken ikke lenger har regelmessig aksial bevegelse, men i stedet blander og pulserer med hverandre under bevegelsen. Denne ekstremt uregelmessige bevegelsen forårsaker kollisjoner mellom partikler og danner virvler, noe som resulterer i mye større energitap ved turbulent strømning enn ved laminær strømning. På grunn av kompleksiteten til det turbulente strømningsfenomenet har det til nå ikke blitt oppnådd tilfredsstillende resultater ved å studere det fullstendig ved hjelp av teoretiske metoder. Derfor brukes fortsatt eksperimenter til forskning, supplert med teoretiske forklaringer. Dermed blir trykktapet av væskestrøm i turbulent tilstand fortsatt beregnet ved hjelp av formelen, og verdien av λ er ikke bare relatert til Reynolds-tallet Re, men også til ruheten til rørveggens overflate.
2. Lokalt trykktap
Lokalt trykktap refererer til trykktapet forårsaket av strømmen av væske som passerer gjennom ventilporter, bøyninger, endringer i strømningstverrsnitt, osv. Når væsken strømmer gjennom disse områdene, på grunn av endringene i væskestrømmens retning og hastighet, dannes det virvler som får væskepartiklene til å kollidere med hverandre, noe som resulterer i betydelig energitap.
Beregningsformelen for det lokale trykktapet i den plutselig utvidede seksjonen kan uttrykkes som følger:
I formelen: er den lokale motstandskoeffisienten, hvis verdi bare kan oppnås gjennom teoretisk utledning når væsken strømmer gjennom et plutselig utvidet tverrsnitt; ellers må det bestemmes gjennom eksperimenter. er væskens gjennomsnittlige strømningshastighet, generelt refererer til strømningshastigheten nedstrøms for den lokale motstanden. Det totale trykktapet til rørledningssystemet er lik summen av alle--kurstrykktapene og alle lokale trykktap, det vil si:
