Kuten me kaikki tiedämme, putket ovat kiinteitä aineita, ja vesi on nestettä, joka virtaa helposti. Jos putken sisällä oleva vesi virtaa, osa energiasta on muutettava lämpöenergiaksi ja "kulutettava", eli osa veden paineesta (eli paineesta) menetetään. Tämä heijastaa objektiivisia asioita ja on väistämätön veden virtauksen liikkeen laki. Yleensä kutsumme tätä energianmuutosilmiötä "energiahäviöksi" (tai "hydrauliseksi menetykseksi", "pään menetykseksi"). Se lasketaan metreinä.
Pumppu
Kuinka merkittävä on putkilinjan vastuksen vaikutus päähän?
Jotkut käyttäjät ovat mitanneet, että vaikka pystysuora etäisyys säiliöstä tai vesitornista vesilähteen pintaan on silti hieman pienempi kuin pumpun korkeus, vesimäärä on silti pieni tai vettä ei voida pumpata. Yleinen syy on se, että putkilinja on liian pitkä ja vesiputkessa on paljon mutkia, mikä johtaa liialliseen putkilinjan vesivirtauksen vastushäviöön. Yleensä 90 asteen taivutuksella on suurempi vastus kuin 120 asteen taivutuksella. Jokaisen 90 asteen mutkan vastushäviö on noin 0,5-1 metri, ja joka 20 metrin putkilinjan vastus voi aiheuttaa noin 1 metrin päähäviön. Lisäksi jotkut käyttäjät muuttavat satunnaisesti myös pumpun tulo- ja poistoputkien halkaisijaa, millä on myös tietty vaikutus päähän. Joten kuinka paljon putkilinjan vastus vaikuttaa päähän? Katsotaan seuraavaksi alla olevaa taulukkoa.
Ymmärrätkö syyt putkessa virtaavan veden aiheuttamaan vesihäviöön? Kysymys 1: Se johtuu karkeiden putken seinien estävästä vaikutuksesta.
2. Se on suhteellinen liike vesivirtauksen eri kerrosten välillä. 3. Se on pyörte, joka muodostuu vesivirtauksen paikallisesta nopeasta muutoksesta putkiliittimien sisällä. Putkilinjan (verkon) hydraulihäviö koostuu kahdesta osasta: häviöstä putkilinjaa pitkin ja paikallishäviöstä. Suunnittelussa meidän on laskettava ja tiedettävä tämän häviön määrä, jotta voimme valita pumpun oikein ja määrittää tarvittavan pumpun nostokorkeuden.
Putkilinjahäviö koko virtausreitin varrella on kitkavastus, joka esiintyy koko virtausprosessin ajan. Se liittyy sellaisiin tekijöihin kuin putken seinämän karheus, putken pituus, putken halkaisija ja virtausnopeus. Hydrauliikan periaatteiden perusteella sen suhde voidaan määrittää.
Häviö putkilinjaa pitkin on suoraan verrannollinen kitkakertoimeen putkilinjaa pitkin, mikä liittyy putken seinämän karheuteen. Eri putkimateriaaleilla on erilainen karheus, ja valurautaputket ovat suhteellisen karkeita, joten kitkakerroin putkilinjaa pitkin on suurempi; muoviputket ovat suhteellisen sileitä, joten kitkakerroin putkilinjaa pitkin on pienempi. Se on myös verrannollinen putken pituuteen; kääntäen verrannollinen putken halkaisijaan. Toisin sanoen, kun virtausnopeus on vakio, mitä pienempi putken halkaisija ja mitä suurempi virtausnopeus, sitä suurempi häviö putkilinjaa pitkin; se on myös suoraan verrannollinen virtausnopeuden neliöarvoon. Tietenkin laskenta on melko monimutkaista. Arviointiin voidaan käyttää yksinkertaista menetelmää.
Paikallisia häviöitä putkistoissa esiintyy, kun vesi virtaa putkiston liitososien, kuten pohjaventtiilien, venttiilien, kulmien ja supistusputkien läpi. Paikallisista laitteista johtuen virtauskuvio muuttuu; myös virtauksen suunta ja nopeus muuttuvat ja virtauksen aikana ilmaantuu pyörteitä, jotka saavat veden törmäämään ja törmäämään toisiinsa. Tällaista paikallisen vastuksen aiheuttamaa hydraulista häviötä kutsutaan paikalliseksi häviöksi.
Paikallisen häviön suuruus on suoraan verrannollinen putkiliitosten läpi kulkevan veden virtausnopeuden neliöön, ja se liittyy myös liitososien muotoon ja määrään. Jos liitososien poikkileikkauksen muoto-muuttuu merkittävästi ja liittimiä on paljon, paikallinen häviö on suurempi. Kun putkilinjan sijoittelukaavio on määritetty, putkilinjan häviökorkeus on laskettava laskentamenetelmällä ja sitten pumppausaseman suunnittelukorkeus. Vasta sen jälkeen voidaan suorittaa pumpun valinta. Laskentamenettely on kuitenkin suhteellisen monimutkainen. Yksinkertaisuuden vuoksi laskentatiedot voidaan koota taulukkoon nopeaa käyttöä varten. Lisäksi voidaan tehdä karkea arvio: häviökorkeus vastaa 30-50 % todellisesta maastoveden nostokorkeudesta (mitattu). Pienemmille putkien halkaisijoille ja lyhyemmille putkille tulee ottaa suurempi arvo; suurempien putkien halkaisijoiden ja pidempien putkistojen osalta tulee ottaa pienempi arvo.
Putkilinjan kokonaishäviö reitin varrella ja paikalliset häviöt voidaan laskea käyttämällä olemassa olevia ohjelmistoja, kuten Yi Wein kehittämää valintaohjelmistojärjestelmää laskentaprosessin helpottamiseksi.
Painehäviö, kun neste virtaa suorassa putkessa
Painehäviö nesteen virratessa suorassa putkessa johtuu kitkasta nesteen liikkeen aikana ja sitä kutsutaan kitkapainehäviöksi. Se riippuu pääasiassa putkilinjan pituudesta, sisähalkaisijasta, nesteen virtausnopeudesta ja nesteen viskositeetista jne. Painehäviö vaihtelee nesteen eri virtaustilojen mukaan. Hydraulisessa voimansiirrossa nesteen laminaarivirtaus pyöreässä putkessa on yleisin, joten hydraulijärjestelmää suunniteltaessa halutaan usein pitää nestevirtaus putkilinjassa laminaarisessa tilassa.
Painehäviö nesteiden virtausreitillä putkistoissa. Painehäviö laminaarivirtauksen aikana. Hydraulisessa voimansiirrossa suurin osa nesteen virtaustilasta on laminaarista virtausta. Tässä tilassa suoran putken läpi virtaavan nesteen painehäviö voidaan laskea teoreettisesti.
Laminaarivirtaus pyöreässä putkessa (1) Nesteen nopeuden jakautumislaki virtauksen poikki-leikkauksella. Kuten yllä olevasta kuvasta näkyy, neste liikkuu laminaarisesti pyöreässä putkessa, jonka halkaisija on d. Putki asetetaan vaakasuoraan ja putken sisään otetaan pieni sylinteri, jonka akseli osuu putken akseliin. Olkoon sen säde r ja pituus l. Tähän pieneen sylinteriin putken akselin suunnassa vaikuttavat voimat ovat: paine vasemmassa päässä p1, paine oikeassa päässä p2 ja kitkavoima sylinterin pintaan Ff. Sitten voimatasapainon yhtälö on:
Yhtälöstä (2-6) voimme päätellä:
Kaavassa: μ edustaa dynaamista viskositeettia. Koska nopeuden du lisäyksellä on päinvastainen etumerkki kuin säteen dr lisäyksellä, kaavaan lisätään negatiivinen etumerkki. Lisäksi Δp=p1 - p2. Korvaamalla Δp ja yhtälön (2-45) yhtälöön (2-44), saadaan:
Integraali suhteessa muuttujaan on:
Kun r=R, u=0. Tämän korvaaminen yhtälöllä (2-47) tuottaa:
Sitten
Kaavasta voidaan nähdä, että putken sisällä oleva virtausnopeus u jakautuu säteen suunnassa parabolisen lain mukaan. Suurin virtausnopeus esiintyy akselilla ja sen arvo on:
(2) Putkilinjan virtausnopeus.
Kuvassa (b) esitetty ammuksen tilavuus on virtauspoikkileikkauksen läpi{0}}aikayksikköä kohti virtaavan nesteen tilavuus, joka on virtausnopeus. Sen tilavuuden laskemiseksi voidaan ottaa ohut pyöreä rengas, jonka paksuus on dr säteellä r. Tämän rengasmaisen alueen virtausnopeus on:
Integraalilaskentaa varten voimme saada virtausnopeuden q:
(3) Keskimääräinen virtausnopeus. Olkoon keskimääräinen virtausnopeus putken sisällä υ
Vertailun vuoksi voimme saada keskimääräisen virtausnopeuden ja suurimman virtausnopeuden välisen suhteen:
(4) Painehäviö reitillä. Laminaarivirtaustilassa painehäviö suorassa putkessa virtaavan nesteen reitillä voidaan laskea kaavalla:
Yhtälöstä voidaan nähdä, että laminaarivirtaustilassa suoran putken läpi virtaavan nesteen painehäviö on verrannollinen dynaamiseen viskositeettiin, putken pituuteen ja virtausnopeuteen ja kääntäen verrannollinen putken halkaisijan neliöön. Laskettaessa painehäviötä käytännössä laskennan yksinkertaistamiseksi meillä on μ=υdρ/Re ja korvataan μ=υdρ/Re ja kerrotaan sekä osoittaja että nimittäjä 2g:lla, jolloin saadaan:
Kaavassa: λ edustaa kitkakerrointa reitillä. Sen teoreettinen arvo on λ=64/Re, kun taas käytännössä eri tekijöistä johtuen sileille metalliputkille otetaan λ=75/Re ja kumiputkille λ=80/Re. Pyörteisessä virtauksessa painehäviön aiheuttaa jokaisen hiukkasen laminaarivirtaus, jolla on säännöllinen aksiaalinen liike. Sivusuuntaista liikettä ei ole. Yksi pyörteisen virtauksen tärkeistä ominaisuuksista on, että nesteen hiukkaset eivät enää liiku säännöllisesti aksiaalisesti, vaan sekoittuvat ja sykkivät keskenään liikkeen aikana. Tämä äärimmäisen epäsäännöllinen liike aiheuttaa törmäyksiä hiukkasten välillä ja muodostaa pyörteitä, mikä johtaa paljon suurempaan energiahäviöön turbulentissa virtauksessa kuin laminaarivirtauksessa. Turbulenttisen virtauksen ilmiön monimutkaisuudesta johtuen ei toistaiseksi ole saatu tyydyttäviä tuloksia tutkimalla sitä kokonaan teoreettisin menetelmin. Siksi tutkimuksessa käytetään edelleen kokeita, joita täydennetään teoreettisilla selityksillä. Näin ollen nestevirtauksen painehäviö pyörteisessä tilassa lasketaan edelleen kaavalla, ja λ:n arvo ei liity pelkästään Reynoldsin lukuun Re, vaan myös putken seinämän pinnan karheuteen.
2. Paikallinen painehäviö
Paikallisella painehäviöllä tarkoitetaan painehäviötä, joka aiheutuu venttiiliporttien läpi kulkevasta nestevirtauksesta, mutkista, virtauksen poikkileikkauksen muutoksista- jne. Kun neste virtaa näiden alueiden läpi, nesteen virtauksen suunnan ja nopeuden muutoksista johtuen muodostuu pyörteitä, jotka aiheuttavat nestehiukkasten törmäyksen toisiinsa, mikä johtaa merkittävään energiahäviöön.
Paikallisen painehäviön laskentakaava äkillisesti laajentuneessa osassa voidaan ilmaista seuraavasti:
Kaavassa: on paikallinen vastuskerroin, jonka arvo voidaan saada vain teoreettisella johdolla, kun neste virtaa äkillisesti laajentuneen poikkileikkauksen- läpi; muuten se on määritettävä kokein. on nesteen keskimääräinen virtausnopeus, joka yleensä viittaa virtausnopeuteen paikallisen vastuksen jälkeen. Putkilinjajärjestelmän kokonaispainehäviö on yhtä suuri kuin kaikkien kulkureitin painehäviöiden--ja kaikkien paikallisten painehäviöiden summa, eli:
