L'impatto della resistenza della condotta sul salto e il calcolo delle perdite della condotta

l'impatto Della Rifsistenza della condotta stul salto e il calcolo delle perdite della condotta

Come sappiamo, una tubazione è un materiale solido, mentre l'acqua è una sostanza che scorre facilmente. Se l'acqua all'interno della tubazione scorre, una parte della sua energia deve essere convertita in calore e "persa", il che significa che parte della pressione (o prevalenza) dell'acqua viene persa. Questo è un riflesso della realtà oggettiva e un'inevitabile legge del movimento fluido. Generalmente ci riferiamo a questo fenomeno di conversione dell'energia come perdita di energia (o perdita idottoraulica, o perdita di carico), che si calcola in metri.

Quanto incide la resistenza della tubazione sulla prevalenza? Alcuni utenti, dopo la misurazione, riscontrano che sebbene la distanza verticale dal serbatoio o dalla torre dell'acqua alla fonte d'acqua sia leggermente inferiore alla testa della pompa, il flusso d'acqua è ancora basso o l'acqua non può essere sollevata. Il motivo è spesso che la tubazione è troppo lunga e presenta troppe curve, causando un'eccessiva perdita di resistenza nella tubazione. Generalmente, una curva di 90 gradi provoca maggiore resistenza rispetto a una curva di 120 gradi. Ogni curva di 90 gradi comporta una perdita di carico compresa tra circa 0,5 e 1 metro e ogni 20 metri di resistenza della tubazione può causare una perdita di carico di circa 1 metro. Inoltre, alcuni utenti modificano arbitrariamente il diametro del tubo di ingresso e uscita della pompa, il che può influire anche sulla prevalenza.

Siete chiari sui motivi delle perdite idrauliche causate dal flusso d'acqua nelle tubazioni?

1. La resistenza causata dalla rugosità della parete del tubo.
2. Il movimento relativo tra i diversi strati del flusso d'acqua.
3. I vortici formati da repentini sbalzi del flusso d'acqua all'interno dei raccordi.
Le perdite idrauliche nella condotta (rete) consistono sia in perdite per attrito lungo la condotta che in perdite locali. Nella pratica ingegneristica, dobbiamo calcolare e comprendere l'entità di queste perdite per selezionare correttamente la pompa e determinare la prevalenza della pompa richiesta.

La perdita per attrito della tubazione si verifica a causa della resistenza per attrito del flusso d'acqua nell'intera tubazione ed è correlata a fattori quali rugosità della parete del tubo, lunghezza del tubo, diametro del tubo e velocità del flusso. Sulla base dei principi idraulici è possibile stabilire una relazione.

La perdita di attrito lungo il tubo è direttamente proporzionale al fattore di attrito, che è influenzato dalla rugosità della parete del tubo. Materiali diversi hanno livelli di rugosità diversi; ad esempio, i tubi in ghisa sono più ruvidi, determinando un fattore di attrito più elevato, mentre i tubi in plastica sono più lisci, determinando un fattore di attrito inferiore. La perdita è inoltre direttamente proporzionale alla lunghezza del tubo e inversamente proporzionale al diametro del tubo. Ciò significa che, per una data portata, un diametro del tubo più piccolo e una velocità del flusso più elevata comportano una maggiore perdita di attrito. Inoltre, la perdita è proporzionale al quadrato della velocità del flusso. Naturalmente, il calcolo può essere complesso, ma per la stima è possibile utilizzare metodi più semplici.

Perdite locali nella tubazione si verificano quando l'acqua scorre attraverso componenti come valvole di fondo, valvole, gomiti e riduttori. Questi componenti causano cambiamenti nel modello del flusso, alterando sia la direzione che l'entità della velocità del flusso e generando vortici che causano turbolenze e collisioni tra i flussi d'acqua. La perdita idraulica causata da queste resistenze locali viene definita perdita locale.

L'entità delle perdite locali è proporzionale al quadrato della velocità del flusso attraverso i componenti della tubazione. È anche legato alla forma e al numero dei componenti. Maggiore è la variazione nella forma della sezione trasversale dei componenti e maggiore è il loro numero, maggiore è la perdita locale. Una volta determinato il layout della tubazione, la prevalenza di perdita della tubazione viene generalmente calcolata per determinare la prevalenza di progetto richiesta per la stazione di pompaggio, necessaria per selezionare la pompa appropriata. Tuttavia, il processo di calcolo può essere complesso. Per semplificare, i dati di calcolo possono essere compilati in tabelle per una facile consultazione. Inoltre è possibile ee ssettuare una stima approssimativa: la prevalenza della perdita è pari a circa il 30% - 50% dell'altezza di sollevamento effettiva (misurata dal terreno). Per diametri di tubi più piccoli e tubazioni più corte, si dovrebbe prendere il valore più alto; per diametri di tubi maggiori e tubazioni più lunghe, deve essere utilizzato il valore inferiore.

La perdita di pressione di un liquido che scorre attraverso un tubo diritto è causata dall'attrito del flusso del liquido, noto come perdita di pressione per attrito. Dipende principalmente da fattori quali la lunghezza e il diametro interno del tubo, la velocità del flusso del liquido e la sua viscosità. La perdita di pressione per attrito varia con il regime di flusso del liquido. Il flusso laminare in un tubo circolare è il regime di flusso più comune nella trasmissione idraulica. Pertanto, quando si progettano sistemi idraulici, spesso si desidera che il flusso nella tubazione rimanga in uno stato laminare.

1. Flusso laminare

UN). Perdita di pressione nel flusso laminare
Nella trasmissione idraulica, il flusso del liquido è per lo più in uno stato di flusso laminare. In queste condizioni è possibile calcolare teoricamente la perdita di carico del liquido che scorre attraverso un tubo rettilineo.

(1). Il modello di distribuzione della velocità del liquido attraverso la sezione trasversale del flusso.
Come mostrato nella figura sopra, il liquido subisce un flusso laminare in un tubo circolare di diametro d, disposto orizzontalmente. Considera un piccolo segmento cilindrico del tubo, allineato con l'asse del tubo, con raggio r e lunghezza l. Le forze che agiscono lungo l'asse di questo piccolo segmento cilindrico includono la pressione all'estremità sinistra p1, la pressione all'estremità destra p2e la forza di attrito Ff sulla superficie cilindrica. L'equazione del bilancio delle forze per questo segmento è:

Dall’equazione (2-6) si può vedere che:

foto8

Nell'equazione, µ è la viscosità dinamica.
Dall'incremento di velocità du e l'incremento del raggio dr hanno segni opposti, nell'equazione viene aggiunto un segno negativo.
Inoltre, Δp = p1 - p2.
Sostituendo Δp e l'equazione (2-45) nell'equazione (2-44), otteniamo:

Integrando l'equazione si ottiene:

Quando r = R, u = 0. Sostituendo questo nell'equazione (2-47) si ottiene:

Poi

Dall'equazione si può vedere che la velocità del flusso u all'interno del tubo segue una distribuzione parabolica lungo la direzione radiale, con la velocità massima che si verifica in mezzeria, e il suo valore è:

(2). Portata nella tubazione.

Il volume del paraboloide mostrato nella Figura (b) rappresenta il volume del liquido che scorre attraverso la sezione trasversale del flusso per unità di tempo, ovvero la portata. Per calcolarne il volume, un sottile anello circolare con raggio r e spessore dottor r è considerato. La portata attraverso questa area a forma di anello è:

:

.

In confronto, si può ottenere la relazione tra la velocità media del flusso e la velocità massima del flusso:

(4) Perdita di pressione per attrito. Nello stato di flusso laminare, la perdita di carico per attrito del liquido che scorre attraverso un tubo diritto può essere ottenuta dalla seguente equazione:

Dall'equazione si può vedere che nello stato di flusso laminare, la perdita di pressione del liquido che scorre attraverso un tubo diritto è direttamente proporzionale alla viscosità dinamica, alla lunghezza del tubo e alla velocità del flusso e inversamente proporzionale al quadrato del tubo. diametro.

Nei calcoli pratici delle perdite di carico, per semplificare il calcolo, utilizziamo la relazione μ = υdρ/Ree sostituire μ = υdρ/Re nell'equazione. Quindi, moltiplicando sia il numeratore che il denominatore per 2g, otteniamo:

. Perdita di pressione nel flusso turbolento Nel flusso laminare, le particelle si muovono in una direzione assiale regolare senza movimento trasversale. Una delle caratteristiche chiave del flusso turbolento è che le particelle liquide non si muovono più in modo assiale regolare; invece, si mescolano e fluttuano durante il movimento. Questo movimento altamente irregolare porta a collisioni tra particelle e alla formazione di vortici, che si traducono in una perdita di energia molto maggiore nel flusso turbolento rispetto al flusso laminare.

A causa della complessità dei fenomeni di flusso turbolento, uno studio teorico completo non ha ancora prodotto risultati soddisfacenti. Pertanto, i metodi sperimentali vengono ancora utilizzati principalmente per la ricerca, accompagnati da spiegazioni teoriche. Di conseguenza, la perdita di pressione del flusso di liquido in un flusso turbolento viene ancora calcolata utilizzando la seguente equazione, dove il valore di λ dipende non solo dal numero di Reynolds Re, ma anche dalla rugosità della parete del tubo.

2. Perdite locali

B). Perdita di pressione locale

La perdita di pressione locale è la perdita di pressione causata dal liquido che scorre attraverso componenti come le valvole (è possibile fare riferimento ad alcuni dati Fabbrica di valvole di ritegno LF2), gomiti e cambiamenti nell'area della sezione trasversale del flusso. Quando il liquido attraversa queste zone, cambiano sia la direzione che la velocità del flusso, provocando la formazione di vortici. Ciò provoca la collisione di particelle fluide, con conseguente significativa perdita di energia.

La perdita di pressione locale durante un'improvvisa espansione può essere espressa dalla seguente equazione:

Nell'equazione, ξ è il coefficiente di resistenza locale, che può essere ricavato teoricamente solo quando il fluido scorre attraverso una sezione trasversale improvvisamente espansa. In altri casi, deve essere determinato sperimentalmente. v rappresenta la velocità media del flusso del fluido, che generalmente si riferisce alla velocità a valle della resistenza locale. La perdita di pressione totale nel sistema di tubazioni è la somma di tutte le perdite di pressione per attrito (o basate sulla lunghezza) e di tutte le perdite di pressione locali, ovvero: