Come tutti sappiamo, i tubi sono sostanze solide e l'acqua è un fluido che può scorrere facilmente. Se l'acqua all'interno del tubo scorre, una parte dell'energia deve essere convertita in energia termica e "consumata", cioè una parte della pressione dell'acqua (o chiamata prevalenza) viene persa. Questo è un riflesso delle cose oggettive ed è una legge inevitabile del movimento del flusso d'acqua. Solitamente chiamiamo questo fenomeno di trasformazione energetica “perdita di energia” (o “perdita idraulica”, “perdita di carico”). Si calcola in metri.
Pompa
Quanto è significativo l'impatto della resistenza della tubazione sulla prevalenza?
Alcuni utenti hanno misurato che, sebbene la distanza verticale dal serbatoio o dalla torre dell'acqua alla superficie della fonte d'acqua sia ancora leggermente inferiore alla prevalenza della pompa, il volume dell'acqua rimane ancora piccolo o l'acqua non può essere pompata. Il motivo comune è che la tubazione è troppo lunga e sono presenti molte curve nel tubo dell'acqua, con conseguente eccessiva perdita di resistenza del flusso d'acqua nella tubazione. Generalmente, una curva a 90 gradi ha una resistenza maggiore rispetto a una curva a 120 gradi. La perdita di resistenza di ciascuna curva a 90 gradi è di circa 0,5-1 metro e la resistenza di ogni 20 metri di tubazione può causare una perdita di prevalenza di circa 1 metro. Inoltre, alcuni utenti modificano anche casualmente i diametri dei tubi di ingresso e di uscita della pompa, il che ha anche un certo impatto sulla testa. Quindi, quanto incide la resistenza della tubazione sulla prevalenza? Successivamente, diamo un'occhiata alla tabella seguente.
Comprendi le ragioni della perdita d'acqua causata dal flusso d'acqua nel tubo? Domanda 1: È dovuto all'effetto ostruttivo delle pareti ruvide del tubo.
2. È il movimento relativo tra diversi strati di flusso d'acqua. 3. È il vortice formato dal rapido cambiamento locale del flusso d'acqua all'interno dei raccordi. La perdita idraulica della condotta (rete) è composta da due parti: la perdita lungo la condotta e la perdita locale. In ingegneria, dobbiamo calcolare e conoscere la quantità di questa perdita per selezionare correttamente la pompa e determinare la prevalenza della pompa richiesta.
La perdita della tubazione lungo l'intero percorso del flusso è la resistenza di attrito che si verifica durante l'intero processo di flusso. È correlato a fattori quali la rugosità della parete del tubo, la lunghezza del tubo, il diametro del tubo e la velocità del flusso. Sulla base dei principi dell'idraulica, è possibile stabilire la sua relazione.
La perdita lungo la tubazione è direttamente proporzionale al coefficiente di attrito lungo la tubazione che è correlato alla rugosità della parete del tubo. I diversi materiali dei tubi hanno una rugosità diversa e i tubi in ghisa sono relativamente ruvidi, quindi il coefficiente di attrito lungo la tubazione è maggiore; i tubi di plastica sono relativamente lisci, quindi il coefficiente di attrito lungo la tubazione è inferiore. Inoltre è proporzionale alla lunghezza del tubo; inversamente proporzionale al diametro del tubo. Vale a dire, quando la portata è costante, minore è il diametro del tubo e maggiore è la velocità del flusso, maggiore è la perdita lungo la tubazione; è anche direttamente proporzionale al valore quadrato della velocità del flusso. Naturalmente il calcolo è piuttosto complicato. Per la stima è possibile utilizzare un metodo semplice.
Perdite locali nelle tubazioni si verificano quando l'acqua scorre attraverso raccordi come valvole di fondo, valvole, gomiti e riduttori nella tubazione. A causa dei dispositivi locali, lo schema del flusso cambia; cambiano anche la direzione e la velocità del flusso e durante il flusso compaiono dei vortici che fanno scontrare l'acqua e urtarsi a vicenda. Questo tipo di perdita idraulica causata dalla resistenza locale è chiamata perdita locale.
L'entità della perdita locale è direttamente proporzionale al quadrato della velocità del flusso d'acqua che passa attraverso i raccordi ed è anche correlata alla forma e alla quantità dei raccordi. Se la forma della sezione trasversale- dei raccordi cambia in modo significativo ed è presente un numero elevato di raccordi, la perdita locale sarà maggiore. Una volta determinato lo schema di layout della tubazione, è necessario calcolare la prevalenza di perdita della tubazione utilizzando il metodo di calcolo, quindi determinare la prevalenza di progetto della stazione di pompaggio. Solo allora è possibile effettuare la selezione della pompa. Tuttavia, la procedura di calcolo è relativamente complessa. Per semplicità, i dati di calcolo possono essere compilati in una tabella per una rapida consultazione. Inoltre si può fare una stima approssimativa: il carico di perdita corrisponde al 30-50% dell'effettiva altezza di sollevamento dell'acqua del terreno (misurata). Per diametri di tubo più piccoli e condotte più corte, dovrebbe essere preso un valore maggiore; per diametri di tubi maggiori e tubazioni più lunghe, è necessario prendere un valore inferiore.
La perdita totale del gasdotto lungo il percorso e le perdite locali possono essere calcolate utilizzando il software esistente, come il sistema software di selezione sviluppato da Yi Wei, per facilitare il processo di calcolo.
Perdita di pressione quando un liquido scorre in un tubo diritto
La perdita di pressione quando un liquido scorre in un tubo diritto è causata dall'attrito durante il movimento del liquido ed è chiamata perdita di pressione per attrito. Dipende principalmente dalla lunghezza della tubazione, dal diametro interno, dalla velocità del flusso del liquido e dalla viscosità del liquido, ecc. La perdita di pressione varia con i diversi stati del flusso del liquido. Nella trasmissione idraulica, il flusso laminare del liquido in un tubo circolare è il più comune, quindi quando si progetta un sistema idraulico, spesso si desidera mantenere il flusso del liquido nella tubazione in uno stato laminare.
Perdita di pressione lungo il percorso del flusso dei fluidi nelle tubazioni. Perdita di pressione durante il flusso laminare. Nella trasmissione idraulica, la maggior parte dello stato di flusso del liquido è il flusso laminare. In questo stato, la perdita di pressione del liquido che scorre attraverso un tubo diritto può essere calcolata teoricamente.
Flusso laminare in un tubo circolare (1) La legge di distribuzione della velocità del liquido sulla sezione trasversale del flusso. Come mostrato nella figura sopra, il liquido si muove in modo laminare in un tubo circolare con un diametro d. Il tubo viene posizionato orizzontalmente e all'interno del tubo viene portato un piccolo cilindro con l'asse coincidente con l'asse del tubo. Sia il suo raggio r e la sua lunghezza l. Le forze che agiscono su questo piccolo cilindro lungo la direzione dell'asse del tubo sono: la pressione all'estremità sinistra p1, la pressione all'estremità destra p2 e la forza di attrito sulla superficie del cilindro Ff. Quindi l’equazione del bilancio delle forze è:
Dall'equazione (2-6), possiamo concludere:
Nella formula: μ rappresenta la viscosità dinamica. Poiché l'incremento della velocità du ha il segno opposto all'incremento del raggio dr, nella formula viene aggiunto un segno negativo. Inoltre, Δp=p1 - p2. Sostituendo Δp e l'equazione (2-45) nell'equazione (2-44), otteniamo:
L'integrale rispetto alla variabile è:
Quando r=R, u=0. Sostituendo questo nell'equazione (2-47) si ottiene:
Poi
Dalla formula si vede che la velocità del flusso u all'interno del tubo è distribuita lungo la direzione del raggio secondo una legge parabolica. La velocità massima del flusso si verifica sull'asse e il suo valore è:
(2) La portata nella tubazione.
Il volume mostrato nella Figura (b) del proiettile è il volume del liquido che scorre attraverso la sezione trasversale del flusso-per unità di tempo, ovvero la portata. Per calcolarne il volume, si può prendere un anello circolare sottile con spessore dr e raggio r. La portata di questa zona anulare è:
Per il calcolo integrale possiamo ricavare la portata q:
(3) Velocità media del flusso. Sia υ la velocità media del flusso all'interno del tubo
Facendo un confronto possiamo ottenere il rapporto tra la portata media e la portata massima:
(4) Perdita di pressione lungo il percorso. Nello stato di flusso laminare, la perdita di pressione lungo il percorso del liquido che scorre attraverso un tubo diritto può essere calcolata utilizzando la formula:
Dall'equazione si può vedere che nello stato di flusso laminare, la perdita di pressione del liquido che scorre attraverso un tubo diritto è proporzionale alla viscosità dinamica, alla lunghezza del tubo e alla velocità del flusso e inversamente proporzionale al quadrato del diametro del tubo. Nel calcolare la perdita di carico in pratica, per semplificare il calcolo, abbiamo μ=υdρ/Re, sostituiamo μ=υdρ/Re e moltiplichiamo sia il numeratore che il denominatore per 2g per ottenere:
Nella formula: λ rappresenta il coefficiente di attrito lungo il percorso. Il suo valore teorico è λ=64/Re, mentre in pratica, a causa di vari fattori, per i tubi metallici lisci si prende λ=75/Re e per i tubi in gomma λ=80/Re. Nel flusso turbolento, la perdita di pressione è causata dal flusso laminare di ciascuna particella che ha un movimento assiale regolare. Non c'è movimento laterale. Una delle caratteristiche importanti del flusso turbolento è che le particelle del liquido non hanno più un movimento assiale regolare ma si mescolano e pulsano tra loro durante il movimento. Questo movimento estremamente irregolare provoca collisioni tra particelle e forma vortici, con conseguente perdita di energia molto maggiore nel flusso turbolento che nel flusso laminare. A causa della complessità del fenomeno del flusso turbolento, fino ad ora non sono stati ottenuti risultati soddisfacenti studiandolo completamente con metodi teorici. Pertanto, gli esperimenti vengono ancora utilizzati per la ricerca, integrati da spiegazioni teoriche. Pertanto, la perdita di pressione del flusso di liquido in stato turbolento viene ancora calcolata utilizzando la formula e il valore di λ non è correlato solo al numero di Reynolds Re ma anche alla rugosità della superficie della parete del tubo.
2. Perdita di pressione locale
La perdita di pressione locale si riferisce alla perdita di pressione causata dal flusso del liquido che passa attraverso le porte della valvola, le curve, i cambiamenti nella sezione trasversale del flusso- ecc. Quando il liquido scorre attraverso queste aree, a causa dei cambiamenti nella direzione e nella velocità del flusso del liquido, si formano dei vortici che causano la collisione delle particelle liquide tra loro, con conseguente significativa perdita di energia.
La formula di calcolo per la perdita di carico locale nella sezione improvvisamente espansa può essere espressa come segue:
Nella formula: è il coefficiente di resistenza locale, il cui valore può essere ottenuto solo per derivazione teorica quando il liquido attraversa una sezione trasversale improvvisamente espansa; in caso contrario, deve essere determinato attraverso esperimenti. è la velocità media del flusso del liquido, generalmente riferita alla velocità del flusso a valle della resistenza locale. La perdita di carico totale del sistema di tubazioni è pari alla somma delle perdite di carico lungo tutto il--corso e di tutte le perdite di carico locali, ovvero:
