Som vi alla vet är rör fasta ämnen, och vatten är en vätska som lätt kan rinna. Om vattnet inne i röret rinner måste en del av energin omvandlas till värmeenergi och "förbrukas", det vill säga en del av vattentrycket (eller kallat huvud) går förlorat. Detta är en återspegling av objektiva saker och är en oundviklig lag för vattenflödesrörelse. Vanligtvis kallar vi detta fenomen med energiomvandling för "energiförlust" (eller "hydraulisk förlust", "förlust av huvud"). Det beräknas i meter.
Pump
Hur stor är effekten av rörledningsmotstånd på huvudet?
Vissa användare har mätt att även om det vertikala avståndet från reservoaren eller vattentornet till vattenkällans yta fortfarande är något mindre än pumpens huvud, så är vattenvolymen fortfarande liten eller så kan vatten inte pumpas. Den vanliga orsaken är att rörledningen är för lång och att det finns många böjar i vattenröret, vilket resulterar i för stor motståndsförlust av vattenflödet i rörledningen. I allmänhet har en 90-graders böj större motstånd än en 120-graders böj. Motståndsförlusten för varje 90-graders böj är cirka 0,5-1 meter, och motståndet för varje 20 meter av rörledningen kan orsaka en förlust på cirka 1 meter i fallhöjd. Dessutom ändrar vissa användare också slumpmässigt rördiametrarna på pumpens inlopps- och utloppsrör, vilket också har en viss inverkan på huvudet. Så, hur mycket påverkar rörledningsmotståndet huvudet? Låt oss sedan titta på tabellen nedan.
Förstår du orsakerna till vattenförlusten som orsakas av vattenflödet i röret? Fråga 1: Det beror på den obstruktiva effekten av de grova rörväggarna.
2. Det är den relativa rörelsen mellan olika lager av vattenflöde. 3. Det är virveln som bildas av den lokala snabba förändringen av vattenflödet inuti rörkopplingarna. Den hydrauliska förlusten av rörledningen (nätverket) består av två delar: förlusten längs rörledningen och den lokala förlusten. Inom teknik måste vi beräkna och känna till mängden av denna förlust för att korrekt välja pumpen och bestämma den erforderliga pumphöjden.
Rörledningsförlusten längs hela flödesvägen är det friktionsmotstånd som uppstår genom hela flödesprocessen. Det är relaterat till faktorer som rörväggens grovhet, rörlängd, rördiameter och flödeshastighet. Baserat på principerna för hydraulik kan dess förhållande fastställas.
Förlusten längs rörledningen är direkt proportionell mot friktionskoefficienten längs rörledningen som är relaterad till rörväggens grovhet. Olika rörmaterial har olika grovhet, och gjutjärnsrör är relativt grova, så friktionskoefficienten längs rörledningen är större; plaströr är relativt släta, så friktionskoefficienten längs rörledningen är mindre. Den är också proportionell mot rörets längd; omvänt proportionell mot rördiametern. Det vill säga, när flödeshastigheten är konstant, ju mindre rördiametern och ju snabbare flödeshastigheten är, desto större blir förlusten längs rörledningen; den är också direkt proportionell mot kvadratvärdet på flödeshastigheten. Naturligtvis är beräkningen ganska komplicerad. En enkel metod kan användas för uppskattning.
Lokala förluster i rörledningar uppstår när vatten rinner genom kopplingar såsom bottenventiler, ventiler, vinkelbågar och reducerar i rörledningen. På grund av de lokala enheterna ändras flödesmönstret; flödets riktning och hastighet ändras också och det uppstår virvlar under flödet, vilket gör att vattnet kolliderar och slår mot varandra. Denna typ av hydraulisk förlust orsakad av lokalt motstånd kallas lokal förlust.
Storleken på lokal förlust är direkt proportionell mot kvadraten på vattenflödeshastigheten som passerar genom rörkopplingarna och är också relaterad till kopplingarnas form och kvantitet. Om beslagens tvärsnittsform ändras avsevärt och det finns ett stort antal beslag, blir den lokala förlusten större. När rörledningslayoutschemat har bestämts måste rörledningsförlusthöjden beräknas med hjälp av beräkningsmetoden, och sedan bör designhöjden för pumpstationen bestämmas. Först då kan pumpvalet utföras. Beräkningsförfarandet är dock relativt komplicerat. För enkelhetens skull kan beräkningsdata sammanställas i en tabell för snabb referens. Dessutom kan en grov uppskattning göras: förlusthöjden motsvarar 30 % till 50 % av den faktiska terrängvattenlyfthöjden (uppmätt). För mindre rördiametrar och kortare rörledningar bör ett högre värde tas; för större rördiametrar och längre rörledningar bör ett mindre värde tas.
Rörledningens totala förlust längs sträckan och lokala förluster kan beräknas med hjälp av befintlig programvara, såsom urvalsprogramvaran utvecklat av Yi Wei, för att underlätta beräkningsprocessen.
Tryckförlust när en vätska strömmar i ett rakt rör
Tryckförlusten när en vätska strömmar i ett rakt rör orsakas av friktionen under vätskans rörelse och kallas friktionstryckförlusten. Det beror främst på rörledningens längd, innerdiametern, vätskans flödeshastighet och vätskans viskositet etc. Tryckförlusten varierar med vätskans olika flödestillstånd. Vid hydraulisk transmission är laminärt flöde av vätskan i ett cirkulärt rör det vanligaste, så vid design av ett hydraulsystem är det ofta önskvärt att hålla vätskeflödet i rörledningen i ett laminärt tillstånd.
Tryckförlust längs flödesvägen för vätskor i rörledningar. Tryckförlust under laminärt flöde. I hydraulisk transmission är majoriteten av vätskans flödestillstånd laminärt flöde. I detta tillstånd kan tryckförlusten för vätskan som strömmar genom ett rakt rör beräknas teoretiskt.
Laminärt flöde i ett cirkulärt rör (1) Hastighetsfördelningslagen för vätskan på flödestvärsnittet. Som visas i figuren ovan rör sig vätskan på ett laminärt sätt i ett cirkulärt rör med diametern d. Röret placeras horisontellt, och en liten cylinder med sin axel sammanfallande med röraxeln tas in i röret. Låt dess radie vara r och dess längd vara l. Krafterna som verkar på denna lilla cylinder längs röraxelns riktning är: trycket vid den vänstra änden p1, trycket i den högra änden p2 och friktionskraften på cylinderytan Ff. Då är kraftbalansekvationen:
Från ekvation (2-6) kan vi dra slutsatsen:
I formeln: μ representerar dynamisk viskositet. Eftersom ökningen av hastighet du har motsatt tecken till ökningen av radien dr, läggs ett negativt tecken till i formeln. Dessutom, Δp=p1 - p2. Genom att ersätta Δp och ekvation (2-45) med ekvation (2-44), får vi:
Integralen med avseende på variabeln är:
När r=R, u=0. ersätter detta i ekvation (2-47) ger:
Sedan
Av formeln kan man se att flödeshastigheten u inuti röret är fördelad längs radieriktningen enligt en parabolisk lag. Den maximala flödeshastigheten inträffar på axeln, och dess värde är:
(2) Flödeshastigheten i rörledningen.
Volymen som visas i figur (b) av projektilen är volymen av vätskan som strömmar genom flödestvärsnittet per tidsenhet, vilket är flödeshastigheten. För att beräkna dess volym kan en tunn cirkulär ring med en tjocklek på dr med en radie av r tas. Flödeshastigheten för detta ringformade område är:
För integralberäkningen kan vi få flödeshastigheten q:
(3) Genomsnittlig flödeshastighet. Låt den genomsnittliga flödeshastigheten i röret vara υ
Som jämförelse kan vi erhålla sambandet mellan medelflödet och maximalt flöde:
(4) Tryckförlust längs banan. I det laminära flödestillståndet kan tryckförlusten längs vägen för vätskan som strömmar genom ett rakt rör beräknas med hjälp av formeln:
Från ekvationen kan man se att i det laminära flödestillståndet är tryckförlusten för vätskan som strömmar genom ett rakt rör proportionell mot den dynamiska viskositeten, rörlängden och flödeshastigheten, och omvänt proportionell mot kvadraten på rördiametern. När vi beräknar tryckförlusten i praktiken, för att förenkla beräkningen, har vi μ=υdρ/Re, och ersätter μ=υdρ/Re, och multiplicerar både täljaren och nämnaren med 2g för att få:
I formeln: λ representerar friktionskoefficienten längs banan. Dess teoretiska värde är λ=64/Re, medan i praktiken, på grund av olika faktorer, för släta metallrör tas λ=75/Re, och för gummirör används λ=80/Re. I turbulent flöde orsakas tryckförlusten av att det laminära flödet av varje partikel har en regelbunden axiell rörelse. Det finns ingen sidorörelse. En av de viktiga egenskaperna hos turbulent flöde är att vätskans partiklar inte längre har regelbunden axiell rörelse utan istället blandar sig och pulserar med varandra under rörelsen. Denna extremt oregelbundna rörelse orsakar kollisioner mellan partiklar och bildar virvlar, vilket resulterar i mycket större energiförlust i turbulent flöde än i laminärt flöde. På grund av det turbulenta flödesfenomenets komplexitet har hittills inga tillfredsställande resultat uppnåtts genom att studera det fullständigt med teoretiska metoder. Därför används fortfarande experiment för forskning, kompletterat med teoretiska förklaringar. Sålunda beräknas tryckförlusten av vätskeflödet i turbulent tillstånd fortfarande med hjälp av formeln, och värdet på λ är inte bara relaterat till Reynolds-talet Re utan också till råheten hos rörväggens yta.
2. Lokalt tryckförlust
Lokalt tryckförlust avser tryckförlusten som orsakas av flödet av vätska som passerar genom ventilportar, böjar, förändringar i flödestvärsnitt, etc. När vätskan strömmar genom dessa områden, på grund av förändringar i vätskeflödets riktning och hastighet, bildas virvlar, vilket gör att vätskepartiklarna kolliderar med varandra, vilket resulterar i betydande energiförluster.
Beräkningsformeln för det lokala tryckförlusten i den plötsligt expanderade sektionen kan uttryckas på följande sätt:
I formeln: är den lokala motståndskoefficienten, vars värde endast kan erhållas genom teoretisk härledning när vätskan strömmar genom ett plötsligt expanderat-tvärsnitt; annars måste det bestämmas genom experiment. är vätskans genomsnittliga flödeshastighet, i allmänhet hänvisande till flödeshastigheten nedströms om det lokala motståndet. Den totala tryckförlusten i rörledningssystemet är lika med summan av alla--kurstryckförlusterna och alla lokala tryckförluster, det vill säga:
