Seperti yang kita ketahui, paip adalah bahan pepejal, dan air adalah cecair yang boleh mengalir dengan mudah. Sekiranya air di dalam paip mengalir, sesetengah tenaga mesti ditukar menjadi tenaga haba dan "dimakan", iaitu sebahagian daripada tekanan air (atau dipanggil kepala) hilang. Ini adalah gambaran perkara -perkara yang objektif dan merupakan undang -undang pergerakan aliran air yang tidak dapat dielakkan. Biasanya, kita panggil fenomena transformasi tenaga "kehilangan tenaga" (atau "kehilangan hidraulik", "kehilangan kepala"). Ia dikira dalam meter.
Pam
Betapa pentingnya kesan rintangan saluran paip di kepala?
Sesetengah pengguna telah mengukur bahawa walaupun jarak menegak dari takungan atau menara air ke permukaan sumber air masih sedikit kurang daripada kepala pam, jumlah air masih kecil atau air tidak dapat dipam. Alasan yang sama adalah bahawa saluran paip terlalu panjang dan terdapat banyak selekoh dalam paip air, mengakibatkan kehilangan rintangan yang berlebihan aliran air dalam saluran paip. Umumnya, selekoh 90 darjah mempunyai rintangan yang lebih besar daripada selekoh 120 darjah. Kehilangan rintangan setiap selekoh 90 darjah adalah kira-kira 0.5-1 meter, dan rintangan setiap 20 meter saluran paip boleh menyebabkan kehilangan kira-kira 1 meter di kepala. Di samping itu, sesetengah pengguna juga secara rawak menukar diameter paip paip dan saluran keluar pam, yang juga mempunyai kesan tertentu pada kepala. Jadi, berapa banyak rintangan saluran paip mempengaruhi kepala? Seterusnya, mari kita lihat jadual di bawah.
Adakah anda memahami sebab -sebab kehilangan air yang disebabkan oleh aliran air di dalam paip? Soalan 1: Ini disebabkan oleh kesan obstruktif dinding paip kasar.
2. Ia adalah pergerakan relatif antara lapisan aliran air yang berlainan . 3. Ia adalah vorteks yang dibentuk oleh perubahan aliran air yang cepat di dalam kelengkapan paip. Kehilangan hidraulik saluran paip (rangkaian) terdiri daripada dua bahagian: kerugian di sepanjang saluran paip dan kerugian tempatan. Dalam kejuruteraan, kita mesti mengira dan mengetahui kuantiti kerugian ini untuk memilih pam dengan betul dan menentukan kepala pam yang diperlukan.
Kehilangan saluran paip di sepanjang laluan aliran adalah rintangan geseran yang berlaku sepanjang proses aliran keseluruhan. Ia berkaitan dengan faktor -faktor seperti kekasaran dinding paip, panjang paip, diameter paip, dan halaju aliran. Berdasarkan prinsip hidraulik, hubungannya dapat diwujudkan.
Kerugian di sepanjang saluran paip adalah berkadar terus dengan pekali geseran di sepanjang saluran paip yang berkaitan dengan kekasaran dinding paip. Bahan paip yang berbeza mempunyai kekasaran yang berbeza, dan paip besi tuang agak kasar, jadi pekali geseran di sepanjang saluran paip lebih besar; Paip plastik agak lancar, jadi pekali geseran di sepanjang saluran paip lebih kecil. Ia juga berkadar dengan panjang paip; berkadar songsang dengan diameter paip. Maksudnya, apabila kadar aliran tetap, semakin kecil diameter paip dan semakin cepat halaju aliran, semakin besar kerugian di sepanjang saluran paip; Ia juga berkadar terus dengan nilai persegi halaju aliran. Sudah tentu, pengiraannya agak rumit. Kaedah mudah boleh digunakan untuk anggaran.
Kerugian tempatan dalam saluran paip berlaku apabila air mengalir melalui kelengkapan seperti injap bawah, injap, siku, dan pengurangan dalam saluran paip. Oleh kerana peranti tempatan, corak aliran berubah; Arah dan kelajuan aliran juga berubah, dan vorteks muncul semasa aliran, menyebabkan air bertabrakan dan memberi kesan kepada satu sama lain. Kerugian hidraulik seperti ini disebabkan oleh rintangan tempatan dipanggil kerugian tempatan.
Besarnya kerugian tempatan adalah berkadar terus dengan kuadrat halaju aliran air yang melalui kelengkapan paip, dan juga berkaitan dengan bentuk dan kuantiti kelengkapan. Jika silang - bentuk keratan kelengkapan berubah dengan ketara dan terdapat sebilangan besar kelengkapan, kerugian tempatan akan lebih besar. Sebaik sahaja skim susun atur saluran paip ditentukan, kepala kehilangan saluran paip mesti dikira menggunakan kaedah pengiraan, dan kemudian kepala reka bentuk stesen pam harus ditentukan. Hanya dengan itu boleh pemilihan pam dijalankan. Walau bagaimanapun, prosedur pengiraan agak kompleks. Untuk kesederhanaan, data pengiraan boleh disusun ke dalam jadual untuk rujukan cepat. Di samping itu, anggaran kasar boleh dibuat: kepala kerugian bersamaan dengan 30% hingga 50% daripada ketinggian mengangkat air medan sebenar (diukur). Untuk diameter paip yang lebih kecil dan saluran paip yang lebih pendek, nilai yang lebih besar harus diambil; Untuk diameter paip yang lebih besar dan saluran paip yang lebih panjang, nilai yang lebih kecil harus diambil.
Jumlah kerugian paip di sepanjang laluan dan kerugian tempatan boleh dikira menggunakan perisian sedia ada, seperti sistem perisian pemilihan yang dibangunkan oleh Yi Wei, untuk memudahkan proses pengiraan.
Kehilangan tekanan apabila cecair mengalir dalam paip lurus
Kehilangan tekanan apabila aliran cecair dalam paip lurus disebabkan oleh geseran semasa pergerakan cecair dan dipanggil kehilangan tekanan geseran. Ia terutamanya bergantung kepada panjang saluran paip, diameter dalaman, halaju aliran cecair, dan kelikatan cecair, dan lain -lain. Kerugian tekanan berbeza -beza dengan keadaan aliran yang berbeza dari cecair. Dalam penghantaran hidraulik, aliran laminar cecair dalam paip bulat adalah yang paling biasa, jadi apabila merancang sistem hidraulik, ia sering dikehendaki untuk mengekalkan aliran cecair dalam saluran paip dalam keadaan laminar.
Kehilangan tekanan di sepanjang laluan aliran cecair dalam saluran paip. Kehilangan tekanan semasa aliran laminar. Dalam penghantaran hidraulik, majoriti keadaan aliran cecair adalah aliran laminar. Dalam keadaan ini, kehilangan tekanan cecair yang mengalir melalui paip lurus boleh dikira secara teoritis.
Aliran laminar dalam paip bulat (1) Undang -undang pengedaran halaju cecair pada bahagian aliran silang -. Seperti yang ditunjukkan dalam angka di atas, cecair bergerak dalam cara laminar dalam paip bulat dengan diameter d. Paip diletakkan secara mendatar, dan silinder kecil dengan paksi yang bertepatan dengan paksi paip diambil di dalam paip. Biarkan jejarinya menjadi r dan panjangnya l. Daya yang bertindak pada silinder kecil ini di sepanjang arah paksi paip adalah: tekanan di hujung kiri P1, tekanan di hujung kanan P2, dan daya geseran pada permukaan silinder FF. Maka persamaan keseimbangan daya adalah:
Dari Persamaan (2-6), kita dapat menyimpulkan:
Dalam formula: μ mewakili kelikatan dinamik. Oleh kerana kenaikan halaju du mempunyai tanda bertentangan dengan kenaikan radius DR, tanda negatif ditambah dalam formula. Selain itu, ΔP=p 1 - p2. Menggantikan ΔP dan persamaan (2-45) ke dalam persamaan (2-44), kita memperoleh:
Yang penting berkenaan dengan pembolehubah adalah:
Apabila R=r, u=0. menggantikan ini ke dalam Persamaan (2-47) menghasilkan:
Kemudian
Dari formula, dapat dilihat bahawa halaju aliran U di dalam paip diedarkan di sepanjang arah radius mengikut undang -undang parabola. Halaju aliran maksimum berlaku pada paksi, dan nilainya adalah:
(2) kadar aliran dalam saluran paip.
Jumlah yang ditunjukkan dalam Rajah (b) dari peluru adalah jumlah cecair yang mengalir melalui aliran salib - bahagian setiap unit, iaitu kadar aliran. Untuk mengira jumlahnya, cincin bulat nipis dengan ketebalan dr pada radius R boleh diambil. Kadar aliran kawasan anulus ini ialah:
Untuk pengiraan penting, kita boleh mendapatkan kadar aliran Q:
(3) halaju aliran purata. Biarkan halaju aliran purata di dalam paip
Sebagai perbandingan, kita dapat memperoleh hubungan antara kadar aliran purata dan kadar aliran maksimum:
(4) kehilangan tekanan di sepanjang jalan. Dalam keadaan aliran laminar, kehilangan tekanan di sepanjang jalan cecair yang mengalir melalui paip lurus boleh dikira menggunakan formula:
Dari persamaan, dapat dilihat bahawa dalam keadaan aliran laminar, kehilangan tekanan cecair yang mengalir melalui paip lurus adalah berkadar dengan kelikatan dinamik, panjang paip, dan halaju aliran, dan berkadar songsang dengan kuadrat diameter paip. Apabila mengira kehilangan tekanan dalam amalan, untuk memudahkan pengiraan, kami mempunyai μ=υdρ/re, dan pengganti μ=υdd/re, dan membiak kedua -dua pengangka dan penyebut oleh 2g untuk mendapatkan:
Dalam formula: λ mewakili pekali geseran di sepanjang jalan. Nilai teoretisnya ialah λ=64/semula, sementara dalam amalan, disebabkan oleh pelbagai faktor, untuk paip logam licin, λ=75/re diambil, dan untuk paip getah, λ=80/re diadopsi. Dalam aliran bergelora, kehilangan tekanan disebabkan oleh aliran laminar setiap zarah yang mempunyai pergerakan paksi biasa. Tidak ada pergerakan sisi. Salah satu ciri penting aliran bergelora ialah zarah -zarah cecair tidak lagi mempunyai pergerakan paksi biasa tetapi sebaliknya mencampur dan berdenyut antara satu sama lain semasa pergerakan. Pergerakan yang sangat tidak teratur ini menyebabkan perlanggaran antara zarah dan bentuk vorteks, mengakibatkan kehilangan tenaga yang lebih besar dalam aliran bergelora daripada aliran laminar. Oleh kerana kerumitan fenomena aliran bergelora, sehingga kini, tiada hasil yang memuaskan telah dicapai dengan mengkaji sepenuhnya menggunakan kaedah teoritis. Oleh itu, eksperimen masih digunakan untuk penyelidikan, ditambah dengan penjelasan teoritis. Oleh itu, kehilangan tekanan aliran cecair dalam keadaan bergelora masih dikira menggunakan formula, dan nilai λ bukan sahaja berkaitan dengan nombor Reynolds tetapi juga kepada kekasaran permukaan dinding paip.
2. Kehilangan tekanan tempatan
Kerugian tekanan tempatan merujuk kepada kehilangan tekanan yang disebabkan oleh aliran cecair melalui pelabuhan injap, selekoh, perubahan aliran salib -, dan lain -lain. Apabila cecair mengalir melalui kawasan ini, disebabkan oleh perubahan arah dan kelajuan aliran cecair, vorteks dibentuk, menyebabkan zarah cecair untuk bertaburan dengan satu sama lain, dengan itu hasil yang penting.
Formula pengiraan untuk kehilangan tekanan tempatan di bahagian yang tiba -tiba berkembang boleh dinyatakan seperti berikut:
Dalam formula: adalah pekali rintangan tempatan, yang nilainya hanya boleh diperolehi melalui derivasi teoritis apabila cecair mengalir melalui bahagian silang - yang tiba -tiba berkembang; Jika tidak, ia mesti ditentukan melalui eksperimen. adalah halaju aliran purata cecair, umumnya merujuk kepada halaju aliran hiliran rintangan tempatan. Kehilangan tekanan keseluruhan sistem saluran paip adalah sama dengan jumlah semua sepanjang - - kerugian tekanan kursus dan semua kehilangan tekanan tempatan, iaitu:
