Hydrauliska förluster

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 28 september 2020; kontroller kräver 3 redigeringar .

Hydrauliska förluster eller hydrauliskt motstånd är oåterkalleliga förluster av specifik energi (dess omvandling till värme ) i delar av hydrauliska system ( hydrauliska drivsystem , rörledningar , annan hydraulisk utrustning) på grund av närvaron av viskös friktion [1] [2] . Även om den totala energiförlusten är ett väsentligen positivt värde, kan skillnaden i totala energier vid ändarna av flödessektionen också vara negativ (till exempel med ejektionseffekten ).

Hydrauliska förluster delas vanligtvis in i två typer:

Friktionsförluster längs längden - uppstår med likformigt flöde, i sin rena form - i raka rör med konstant tvärsnitt är de proportionella mot rörets längd;
Lokala hydrauliska förluster - på grund av den sk. lokalt hydrauliskt motstånd - förändringar i kanalens form och storlek, deformerar flödet. Exempel på lokala förluster är: plötslig expansion av ett rör, plötslig förträngning av ett rör, böj, ventil.

Hydrauliska förluster uttrycks antingen i tryckförluster i linjära enheter i mediets kolumn, eller i tryckenheter : , där är mediets densitet , g är accelerationen av fritt fall . $\Delta h$ $\Delta P$ ${\displaystyle \Delta h={\Delta P \över \rho g))$ $\rho$

Förlustkvoter

I många fall kan man ungefärligen anse att energiförlusten under flödet av en vätska [ 3] genom ett element i ett hydraulsystem är proportionell mot kvadraten på vätskehastigheten [2] . Av denna anledning är det lämpligt att karakterisera resistansen med en dimensionslös kvantitet ζ [4] , som kallas förlustkoefficienten eller koefficienten för lokal resistans och är sådan att

\Delta p=\zeta {\rho w^{2} \over 2}{\mbox{, }}\Delta h=\zeta {w^{2} \over 2g}{\mbox{.} }

Det vill säga, om man antar att hastigheten w över hela flödessektionen är densamma, ζ=Δ p / e torm , där e torm = ρ w ²/2 är retardationsenergin för en enhetsflödesvolym i förhållande till kanalen. I verkligheten är vätskehastigheten i flödet inte enhetlig, i referenslitteraturen i dessa formler tas den genomsnittliga flödeshastigheten w = Q / F , där Q är volymflödet, F är den tvärsnittsarea för vilken hastigheten beräknas [1] . Således är medelflödesstagnationsenergin vanligtvis något större än ρ w ²/2, se rotmedelvärde .

För linjära förluster använder de vanligtvis friktionsförlustkoefficienten längs längden (även Darcy-koefficienten ) λ, som visas i Darcy-Weisbach-formeln [2]

\Delta h=\lambda {\frac {L}{d}}\cdot {w^{2} \over 2g}

där L är längden på elementet, d är den karakteristiska storleken på sektionen (för runda rör är detta diametern). Annars i tryckenheter

\Delta p=\lambda {\frac {L}{d}}\cdot {\rho w^{2} \över 2}

;

alltså, för ett linjärt element av relativ längd , är friktionsmotståndskoefficienten . ${\frac {L}{d))$ ${\displaystyle \zeta _{\text{tr))=\lambda {L \över d))$

Inverkan av flödesregim i rör på hydrauliska förluster

Eftersom, i en turbulent flödesregim, flödesenergi förbrukas för att övervinna viskositeten under turbulenta oscillationer, är hydrauliska förluster i ett laminärt flödesschema mycket mindre än i ett turbulent . Så, till exempel, om det var möjligt att upprätthålla en laminär flödesregim i vattenförsörjning och värmesystem vid befintliga vätskeflödeshastigheter, skulle pumphuvudet kunna minskas med 5-10 gånger . En förändring i flödesregimen från laminärt till turbulent orsakar en abrupt ökning av motståndet (vid vissa hastigheter, d.v.s. inom ett visst intervall av Reynolds-tal , är laminärt flöde instabilt, men under vissa förhållanden kan det existera). Samtidigt är koefficienten för hydrauliskt motstånd i ett laminärt regime vanligtvis större än i ett turbulent regime, eftersom lägre hastigheter är karakteristiska för laminära regimer. Vid laminärt flöde är motståndet ungefär linjärt beroende av hastigheten (på motsvarande sätt sjunker koefficienten ungefär linjärt, till exempel i runda rör ). I det turbulenta regimen i hydrauliskt släta rör (med liten grovhet och liten Re) har beroendet en annan karaktär (för runda rör ) och ligger i alla praktiska fall över beroendet för det laminära regimen; vid högre Reynolds-tal, under påverkan av grovhet, genomgår grafen λ en komplex böjning, och utgående från ett visst kritiskt värde vid Re>Re cr (region för självlikhet), beror λ endast på grovhet. $\lambda ={\frac {64}{\mathrm {Re} }}$ $\lambda ={\frac {0.3164}{\sqrt[{4}]{\mathrm {Re} }}}.$

Värde i teknik

För att övervinna hydrauliska förluster i olika tekniska system, förbrukas arbetet med sådana enheter som pumpar , fläktar .

För att minska hydrauliska förluster rekommenderas det att undvika användning av delar i konstruktioner av hydraulisk utrustning som bidrar till en kraftig förändring av flödesriktningen - till exempel att ersätta den plötsliga expansionen av ett rör med en gradvis expansion ( diffusor ), för att ge kroppar som rör sig i vätskor en strömlinjeformad form etc. Även i absolut släta rör finns hydrauliska förluster [2] ; i det laminära regimen har grovhet liten effekt på dem, men i de vanliga turbulenta regimerna inom teknik orsakar dess ökning som regel en ökning av det hydrodynamiska motståndet.

Ibland, tvärtom, krävs det att man inför hydrauliskt motstånd i flödet. För detta används spjällbrickor , tryckreducerande enheter, styrventiler . Genom att mäta trycket på något element, vars graf över koefficienten för hydrauliskt motstånd är känd, kan man ta reda på flödeshastigheten i några vanliga typer av flödesmätare .

Se även

Länkar

Anteckningar

↑ 1 2 Idelchik I. E. Handbook of hydraulic resistance / Ed. M. O. Steinberg. - 3:e uppl., reviderad. och tillägg - M .: Mashinostroenie, 1992. - C. 10
↑ 1 2 3 4 Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives: A textbook for engineering universities / T. M. Bashta, S. S. Rudnev, B. B. Nekrasov m.fl. - 2:a upplagan, reviderad .. - M. : Mashinostroenie , 1982. -50, 84, 88.
↑ Inom hydrodynamik kallas vilken vätska som helst en vätska, både en droppande vätska och en gas .
↑ Notationen ξ gäller också ; bokstäver är ofta förvirrade, ibland används för att särskilja om hastigheten i formeln mättes i elementets ingångs- eller utgångssektion (för expanderande eller avsmalnande element).