L'impact de la résistance du pipeline sur la hauteur de chute et le calcul des pertes du pipeline

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Comme nous le savons, un pipeline est un matériau solide, tandis que l’eau est une substance qui s’écoule facilement. Si l'eau à l'intérieur du pipeline s'écoule, une partie de son énergie doit êtConcernant convertie en chaleur et « perdue », ce qui signifie qu'une partie de la pression (ou de la hauteur) de l'eau est perdue. Ceci est le reflet de la réalité objective et d’une loi inévitable du mouvement fluide. Généralement, on appelle ce phénomène de conversion d'énergie perte d'énergie (ou perte hydocteuraulique, ou perte de charge), qui se calcule en mètres.

Dans quelle mesure la résistance du pipeline aFfecte-t-elle la tête ? Certains utilisateurs, après mesure, constatent que même si la distance verticale entre le réservoir ou le château d'eau et la source d'eau est légèrement inférieure à la tête de pompe, le débit d'eau est toujours faible ou l'eau ne peut pas être soulevée. La raison en est souvent que le pipeline est trop long et comporte trop de coudes, ce qui entraîne une perte de résistance excessive dans le pipeline. Généralement, un virage à 90 degrés provoque plus de résistance qu’un virage à 120 degrés. Chaque coude à 90 degrés entraîne une perte de charge d'environ 0,5 à 1 mètre, et tous les 20 mètres de résistance du pipeline peuvent entraîner une perte de charge d'environ 1 mètre. En outre, certains utilisateurs modifient également arbitrairement le diamètre du tuyau d'entrée et de sortie de la pompe, ce qui peut également affecter la tête.

Connaissez-vous clairement les raisons des pertes hydrauliques causées par l’écoulement de l’eau dans les canalisations ?

1. La résistance provoquée par la rugosité de la paroi du tuyau.
2. Le mouvement relatif entre les différentes couches de l’écoulement de l’eau.
3. Les tourbillons formés par des changements brusques du débit d’eau à l’intérieur des raccords.
Les pertes hydrauliques dans la canalisation (réseau) comprennent à la fois les pertes par frottement le long de la canalisation et les pertes locales. Dans la pratique de l'ingénierie, nous devons calculer et comprendre le montant de ces pertes afin de sélectionner correctement la pompe et de déterminer la hauteur de pompe requise.

La perte par friction du pipeline est due à la résistance par friction de l'écoulement de l'eau dans l'ensemble du pipeline et est liée à des facteurs tels que la rugosité de la paroi du tuyau, la longueur du tuyau, le diamètre du tuyau et la vitesse d'écoulement. Sur la base de principes hydrauliques, une relation peut être établie pour celui-ci.

La perte par frottement le long du tuyau est directement proportionnelle au facteur de frottement, qui est influencé par la rugosité de la paroi du tuyau. Différents matériaux ont différents niveaux de rugosité ; par exemple, les tuyaux en fonte sont plus rugueux, ce qui entraîne un facteur de friction plus élevé, tandis que les tuyaux en plastique sont plus lisses, ce qui entraîne un facteur de friction plus faible. La perte est également directement proportionnelle à la longueur du tuyau et inversement proportionnelle au diamètre du tuyau. Cela signifie que, pour un débit donné, un diamètre de tuyau plus petit et une vitesse d’écoulement plus élevée entraînent une perte par friction plus importante. De plus, la perte est proportionnelle au carré de la vitesse d’écoulement. Bien entendu, le calcul peut être complexe, mais des méthodes plus simples peuvent être utilisées pour l’estimation.

Des pertes locales dans la canalisation se produisent lorsque l'eau s'écoule à travers des composants tels que des vannes de fond, des vannes, des coudes et des réducteurs. Ces composants provoquent des changements dans le modèle d'écoulement, modifiant à la fois la direction et l'ampleur de la vitesse d'écoulement et générant des tourbillons qui provoquent des turbulences et des collisions entre les écoulements d'eau. La perte hydraulique provoquée par ces résistances locales est appelée perte locale.

L'ampleur des pertes locales est proportionnelle au carré de la vitesse d'écoulement à travers les composants du pipeline. Elle est également liée à la forme et au nombre des composants. Plus la forme de la section transversale des composants varie et plus leur nombre est important, plus la perte locale est élevée. Une fois la disposition du pipeline déterminée, la hauteur de perte du pipeline est généralement calculée pour déterminer la hauteur de conception requise pour la station de pompage, ce qui est nécessaire pour sélectionner la pompe appropriée. Cependant, le processus de calcul peut être complexe. Pour simplifier, les données de calcul peuvent être compilées dans des tableaux pour une référence facile. De plus, une estimation approximative peut être faite : la charge de perte représente environ 30 à 50 % de la hauteur de levage réelle (mesurée à partir du terrain). Pour les tuyaux de plus petit diamètre et les canalisations plus courtes, la valeur la plus élevée doit être prise ; pour les tuyaux de plus grand diamètre et les canalisations plus longues, la valeur la plus faible doit être utilisée.

La perte de pression d'un liquide circulant dans un tuyau droit est causée par le frottement de l'écoulement du liquide, appelé perte de pression par frottement. Cela dépend principalement de facteurs tels que la longueur et le diamètre intérieur du tuyau, la vitesse d'écoulement du liquide et sa viscosité. La perte de charge par frottement varie avec le régime d'écoulement du liquide. L'écoulement laminaire dans un tuyau circulaire est le régime d'écoulement le plus courant dans la transmission hydraulique. Par conséquent, lors de la conception de systèmes hydrauliques, il est souvent souhaité que l’écoulement dans la canalisation reste dans un état laminaire.

1. Flux laminaire

un). Perte de pression dans un écoulement laminaire
Dans la transmission hydraulique, l’écoulement du liquide se fait principalement dans un état d’écoulement laminaire. Dans ces conditions, la perte de charge du liquide circulant dans un tuyau droit peut être calculée théoriquement.

(1). Le modèle de distribution de vitesse du liquide à travers la section d’écoulement.
Comme le montre la figure ci-dessus, le liquide subit un écoulement laminaire dans un tuyau circulaire de diamètre d, placé horizontalement. Considérons un petit segment cylindrique du tuyau, aligné avec l'axe du tuyau, avec un rayon r et longueur l. Les forces agissant le long de l'axe de ce petit segment cylindrique incluent la pression à l'extrémité gauche p1, la pression à l'extrémité droite p2, et la force de frottement Ff sur la surface cylindrique. L'équation du bilan de force pour ce segment est la suivante :

Il ressort de l’équation (2-6) que :

Image 8

Dans l'équation, µ est la viscosité dynamique.
Depuis l'incrément de vitesse du et l'incrément de rayon dr ont des signes opposés, un signe négatif est ajouté dans l’équation.
En plus, Δp = p1 - p2.
Remplacement Δp et l'équation (2-45) dans l'équation (2-44), nous obtenons :

L'intégration de l'équation donne :

Quand r = R, u = 0. La substitution de cela dans l'équation (2-47) donne :

Alors

D’après l’équation, on peut voir que la vitesse d’écoulement u à l'intérieur du tuyau suit une distribution parabolique le long de la direction radiale, avec la vitesse maximale se produisant sur la ligne médiane, et sa valeur est :

(2). Débit dans le pipeline.

Le volume du paraboloïde représenté sur la figure (b) représente le volume de liquide circulant à travers la section d'écoulement par unité de temps, c'est-à-dire le débit. Pour calculer son volume, un mince anneau circulaire de rayon r et épaisseur dr est considérée. Le débit traversant cette zone en forme d’anneau est :

:

.

Par comparaison, la relation entre la vitesse d’écoulement moyenne et la vitesse d’écoulement maximale peut être obtenue :

(4) Perte de pression par friction. Dans l'état d'écoulement laminaire, la perte de charge par frottement du liquide circulant dans un tuyau droit peut être obtenue à partir de l'équation suivante :

D'après l'équation, on peut voir que dans l'état d'écoulement laminaire, la perte de pression du liquide circulant dans un tuyau droit est directement proportionnelle à la viscosité dynamique, à la longueur du tuyau et à la vitesse d'écoulement, et inversement proportionnelle au carré du tuyau. diamètre.

Dans les calculs pratiques de perte de charge, pour simplifier le calcul, nous utilisons la relation μ = υdρ/Re, et remplacer μ = υdρ/Re dans l’équation. Ensuite, en multipliant le numérateur et le dénominateur par 2g, on obtient :

. Perte de pression dans un écoulement turbulent En écoulement laminaire, les particules se déplacent dans une direction axiale régulière sans mouvement transversal. L’une des caractéristiques clés de l’écoulement turbulent est que les particules liquides ne se déplacent plus de manière axiale régulière ; au lieu de cela, ils se mélangent et fluctuent pendant le mouvement. Ce mouvement très irrégulier entraîne des collisions entre particules et la formation de vortex, ce qui entraîne une perte d'énergie bien plus importante dans un écoulement turbulent que dans un écoulement laminaire.

En raison de la complexité des phénomènes d’écoulement turbulent, une étude théorique approfondie n’a pas encore donné de résultats satisfaisants. Par conséquent, les méthodes expérimentales sont encore principalement utilisées pour la recherche, accompagnées d’explications théoriques. En conséquence, la perte de charge de l'écoulement liquide en écoulement turbulent est toujours calculée à l'aide de l'équation suivante, où la valeur de λ cela ne dépend pas seulement du nombre de Reynolds Re, mais aussi sur la rugosité de la paroi du tuyau.

2. Pertes locales

b）. Perte de pression locale

La perte de pression locale est la perte de pression causée par le liquide circulant à travers des composants tels que des vannes (certaines données peuvent faire référence à Usine de clapet anti-retour LF2), les coudes et les changements dans la section transversale d'écoulement. Lorsque le liquide traverse ces zones, la direction et la vitesse du flux changent, provoquant la formation de vortex. Il en résulte une collision de particules de fluide, entraînant une perte d'énergie importante.

La perte de charge locale lors d'une expansion soudaine peut être exprimée par l'équation suivante :

Dans l'équation, ξ est le coefficient de résistance locale, qui ne peut être théoriquement dérivé que lorsque le fluide s'écoule à travers une section transversale soudainement élargie. Dans d'autres cas, elle doit être déterminée expérimentalement. v représente la vitesse moyenne d'écoulement du fluide, qui fait généralement référence à la vitesse en aval de la résistance locale. La perte de pression totale dans le système de canalisations est la somme de toutes les pertes de pression par frottement (ou basées sur la longueur) et de toutes les pertes de pression locales, c'est-à-dire