A folyadék mozgása csöveken keresztül
Amikor a folyadék átáramlik a csöveken, energiát kell fordítania a külső és a belső súrlódás erőinek leküzdésére. Az egyenes szakaszokon a cső ellenállása ható erő az egész áramlási hosszúság és a teljes veszteség az energia lehet legyőzni őket egyenesen arányos cső hossza. Az ilyen ellenállásokat lineárisnak nevezik. Ezek értéke (nyomásveszteség) függ a sűrűsége és a folyadék viszkozitásának és a csőátmérő (minél kisebb az átmérő, annál nagyobb az ellenállás), az áramlási sebesség (a sebességnövekedés növekszik veszteség) és tisztasága a cső belső felülete (a nagyobb érdessége a falak, annál nagyobb az ellenállás ).
Továbbá a súrlódás az egyenes szakasz, csővezetékek találkozik újabb áramlási ellenállást formájában fordul, a keresztmetszet változás, daruk, ágak és így tovább. N. Ezekben az esetekben az áramlási mintát megbomlik és energiát fordított újjáépítéséhez, kavarog, az agyvérzés. Az ilyen ellenállás helyi. Lineáris és a helyi ellenállás Két fajta úgynevezett hidraulikus ellenállások meghatározására, amely kiszámításának alapja az összes hidraulikus rendszereket.
A folyadékáramlás módjai. A gyakorlatban a folyadékok áramlásának két jellegzetes módja van: lamináris és turbulens.
A lamináris üzemmódban az elemi áramlás kifolyik párhuzamosan, keverés nélkül. Ha beírja a patak színű folyadék egy patak, akkor továbbra is folyni, mint egy vékony szál között festetlen folyadék áramlását, anélkül, hogy elkenődött. Ilyen áramlási rendszer nagyon alacsony áramlási sebesség mellett lehetséges. A növekvő sebesség felett egy bizonyos határt, az áramlás válik turbulens, örvénylik, ahol a folyékony belüli keresztmetszetének a cső összekeverjük intenzíven. Fokozatosan növelve a sebességet színezetű szivárog patak először kezd rezegni a tengelye körül, majd megjelennek tör a keverés miatt más patakok, majd az egész áramlását és ezáltal kap egy egységes színű.
Egy vagy másik áramlási rendszer jelenléte az 1 1 áramlás kinetikus energiájának arányától függ
(# 9632; n-rnu2 = v-pVu2) a belső súrlódási erők munkájához (F = p "5 ^ /) - lásd (2.9).
Ez a dimenzió nélküli arány
^ -pVv21 (p, ^ 5 /) lehet egyszerűsíteni, szem előtt tartva, hogy az aránya V. Di értékek 1 és A / g is azonos méretűek, és lehet vágni, és az arány a V térfogata, hogy a keresztmetszet 5 jelentése lineáris d mérete.
Ezután a kinetikus energia aránya a belső súrlódás erőinek munkájához állandó tényezőkig dimenzió nélküli komplexummal jellemezhető:
amelyet Reynolds-számnak (vagy kritériumnak) neveznek Osborne Reynolds angol fizikus tiszteletére, aki a múlt század végén kísérletesen megfigyelte a két áramlási rendszer létezését.
A Reynolds-számok kisebb értékei a belső súrlódási erők munkájának prevalenciáját jelzik a folyadék áramlásában, és megfelelnek a lamináris áramlásnak. A Re nagy értékei megfelelnek a kinetikus energia és a turbulens áramlási rendszer dominanciájának. Az egyik rendszer másikra való átmenetének kezdete - a kritikus Reynolds szám - 1 = Ec = 2300 a kerek csöveknél (a csőátmérő jellemző dimenziónak tekintendő).
A hidraulikus (beleértve a levegő- és gázrendszereket is) rendszerben, beleértve a dízelt is, rendszerint folyik a turbulens folyadékáramlás. A lamináris üzemmód csak kis viszkozitású folyadékokhoz (pl. Olajhoz), kis térfogatáramú és vékony csatornákban (sík radiátorcsövek) használható.
A hidraulikus ellenállások számítása. A lineáris nyomásveszteségeket a Darcy-Weisbach-formula határozza meg:
ahol X ("lambda") a lineáris ellenállás együtthatója, a Reynolds-számtól függően. A lamináris áramlás egy körkörös cső A = 64 / Ie (attól függően, hogy a sebesség), a turbulens áramlás értékét csak kismértékben függ a sebesség és döntően a durvasága a csőfal.
A helyi fejveszteségeket szintén arányosnak kell tekinteni a sebesség négyzetével, és a következőképpen határozzák meg:
ahol £ ("z") a helyi ellenállás együtthatója, attól függően, hogy milyen típusú ellenállás (forgatás, tágulás stb.) és geometriai jellemzői.
A helyi ellenállás koefficienseit kísérleti úton állapítják meg, értékeiket a referenciakönyvekben adják meg.
A hidraulikus rendszerek számításának koncepciója. Minden hidraulikus rendszer kiszámításánál a két feladat egyikét általában megoldják: meghatározza a szükséges nyomáskülönbséget (fej), hogy ezt az áramlási sebességet kihagyja, vagy meghatározza a folyadék áramlási sebességét a rendszerben adott nyomáskülönbség esetén.
Minden esetben meg kell határozni a teljes veszteség a rendszer nyomásának a Tudományos Akadémia, amely összege az ellenállás minden részei a rendszernek, tehát az összeg a lineáris ellenállások minden egyenes csőszakasz és a helyi rezisztencia más rendszer elemeit ..:
Ha a csővezeték minden szakaszában az átlagos áramlási sebesség ugyanaz, akkor a (2.33) egyenlet egyszerűsödik:
Általában vannak olyan szakaszok a rendszerben, amelyek áramlási sebessége eltér egymástól. Ebben az esetben célszerű a (2.33) egyenletet egy másik alakra csökkenteni, figyelembe véve, hogy a folyadék áramlási sebessége a rendszer összes elemére (ágak nélkül) állandó. Ha az állapotban (2.33) az u = C> / S értékeket állítjuk be, akkor megkapjuk
hidraulikus karakterisztikát vagy a teljes rendszerellenállási együtthatót.
Nem szabad elfelejteni, hogy a csővezetékek kiszámítása nem megoldás a problémára egy adott válasz esetén. Eredményei függenek a csővezeték szakaszainak vagy sebességének átmérőjétől. Valójában figyelembe lehet venni a sebességek alacsony értékét, és kis fejveszteségeket érhetünk el. De akkor egy adott áramlási sebesség esetén a csővezetékek keresztmetszetének (átmérőinek) nagynak kell lennie, a rendszer nagyméretű és nehéz lesz. Elfogadásával nagy áramlási sebessége a csövekben, akkor csökkenti a keresztmetszeti méretek, hanem lényegében (arányosan a sebesség négyzetével) növeli a nyomásveszteségek és energiaköltségek a rendszerben. Ezért a számításokban általában az átlagos, "optimális" értékek adják a folyadékáram sebességének értékét. A vízrendszerek esetében az optimális sebesség kb. 1 m / s, az alacsony nyomású levegő rendszerek esetében 8-12 m / s.
A hidraulikus sokk olyan folyadék áramlása, amely a folyadék áramlásában gyorsan változik (például amikor a szelep hirtelen lezárásra kerül a csővezetéken vagy a szivattyú leáll). Ebben az esetben az áramlás kinetikus energiája azonnal bekerül a potenciális energiába, és az áramlás nyomása a kapu előtt meredeken emelkedik. A megnövekedett nyomás területe ezután a még nem teljesen lezárt áramlás irányában a kaputól a közeg sebességének közelébe eső sebességgel terjed.
Egy éles nyomásnövekedés vezet megsemmisítése, ha nem, a rugalmas deformációja az elemek a csővezeték, amely csökkenti a ütőerő, de növeli a folyadék nyomását ingadozások a csőben. A nagysága a nyomásesés egy teljes megállás a folyadék áramlását, amely vette v sebességgel, határozza meg kiemelkedő orosz tudós - professzor Zhukovskii kapott 1898-ban, Dr. = PAA, ahol p - folyadék sűrűsége.
A nagy hidraulikus rendszerek (pl. Vízhálózatok) sokk-jelenségeinek megelőzése érdekében a reteszelő eszközöket úgy alakítják ki, hogy azok záródása fokozatosan történik.