Co ovlivňuje ztrátu tlaku, když se tekutina pohybuje potrubím?

Výpočet hydraulického odporu při pohybu skutečných kapalin potrubím je jedním z hlavních aplikovaných problémů hydrodynamiky.

h. Význam stanovení ztráty hlavy_п (nebo tlaková ztráta ∆p_п) je spojena s nutností kalkulace energetických nákladů potřebných pro kompenzaci těchto ztrát a pohyb kapalin např. pomocí čerpadel, kompresorů atp. Bez znalosti hodnoty h_п (nebo ∆p_п) není možné aplikovat Bernoulliho rovnici na skutečnou tekutinu.

Tlakové ztráty v potrubí jsou obecně určeny třením a místními odpory.

Třecí odpor (délkový odpor) existuje, když se skutečná tekutina pohybuje po celé délce potrubí. Je ovlivněn režimem proudění tekutiny (laminární, turbulentní, stupeň rozvoje turbulence).

Místní odpor dojít při jakékoli změně rychlosti proudění nebo jeho směru. Patří mezi ně vstup proudění do potrubí a výstup kapaliny z něj, náhlá kontrakce a expanze potrubí, ohyby, kolena, T-kusy, uzavírací a ovládací zařízení (kohoutky, ventily, šoupátka) atd.

Ztráta tlaku je tedy součtem dvou členů: ztráta tlaku v důsledku tření a místní odpor:

S laminárním prouděním přímou kulatou trubkou

Tlaková ztráta v důsledku tření je vyjádřena rychlostí tlaku h_ck = co2/2g.

Hodnota, která ukazuje, kolikrát se tlaková ztráta třením liší od rychlostního tlaku, se nazývá součinitel ztráty energie po délce nebo součinitel odporu po délce, popř. koeficient odporu třenía označují ξ_tra poměr 64/Re, zahrnutý v této hodnotě, je koeficient hydraulického tření, nebo jednoduše koeficient třenía označte λ.

Koeficient tření při turbulentním proudění je vyjádřen vztahem:

Pokud je tedy při laminárním pohybu ztráta tlaku v důsledku tření úměrná rychlosti kapaliny k prvnímu výkonu, pak při turbulentním pohybu tato ztráta tlaku závisí ve větší míře na rychlosti – ztráta tlaku je úměrná ω 1,75

Nedílnou součástí ztraceného tlaku je ztráta na překonání lokálního odporu. V různých lokálních odporech dochází ke změně hodnoty rychlosti proudění, jeho směru nebo současně jak hodnoty, tak směru rychlosti. V tomto případě vznikají další nevratné ztráty energie (tlaku), kromě ztrát spojených s třením. Takže při náhlém zvětšení průřezu potrubí dochází ke ztrátě tlaku v důsledku nárazu proudu vycházejícího vyšší rychlostí z části potrubí s menším průměrem proti proudu pohybujícímu se pomaleji v potrubí. část potrubí o větším průměru. V tomto případě v oblasti přiléhající k pravému rohu trubky širšího průřezu vznikají zpětné vířivé proudy, při jejichž vzniku se část energie plýtvá. Když se potrubí náhle zúží, další ztráty energie jsou způsobeny skutečností, že průtokový průřez se zmenší než průřez samotného potrubí a teprve poté se tok rozšíří a vyplní celé potrubí. Při změně proudění dochází působením setrvačných (odstředivých) sil ke vzniku vírů.

Tlakové ztráty v místních odporech, stejně jako ztráty třením, se vyjadřují jako rychlostní tlak. Poměr tlakové ztráty v daném lokálním odporu h_paní. na rychlostní hlavu h_ck = ω 2 /2g se nazývá koeficient ztráty energie v místním odporu, nebo jednoduše koeficient místního odporua označují ξ_paní.

Pro všechny místní odpory potrubí

Hodnoty místních odporů jsou uvedeny v referenčních knihách.

Celková ztráta hlavy rovná h_п =h_tr +h_paní., lze vypočítat takto:

V souladu s tím tlaková ztráta (s přihlédnutím ke skutečnosti, že ∆p_п = ρ∙g∙h_п)

Hodnota h_п vyjádřeno v metrech sloupce kapaliny a nezávisí na typu kapaliny a tlakové ztrátě ∆p_п závisí na hustotě.

Náklady na potrubí tvoří významnou část celkových nákladů na vybavení chemických závodů. Kromě toho provozování potrubí vyžaduje značné finanční prostředky. Správná volba průměru potrubí má proto velký technický a ekonomický význam.

Pro daný výkon lze průměr potrubí vypočítat na základě rovnice průtoku:

d – vnitřní průměr potrubí,

Q – objemový průtok kapaliny

ω – průměrná rychlost kapaliny

Velikost průměru potrubí je jednoznačně určena volbou rychlosti tekutiny, která se v něm pohybuje.

Čím vyšší je zvolená rychlost ω, tím menší je požadovaný průměr potrubí, to znamená, že tím nižší jsou náklady na materiál na jeho výrobu, a tedy i jeho náklady, a také náklady na instalaci a opravu potrubí. Zároveň s rostoucí rychlostí narůstají ztráty a zvyšují se tlakové ztráty v potrubí, to znamená, že tlaková ztráta potřebná k pohybu kapaliny se zvyšuje, tudíž se zvyšují náklady na energii na její pohyb. Proto je pro výpočet optimálního průměru potrubí nutný technický a ekonomický přístup, který bere v úvahu protichůdný vliv různých faktorů. Při optimálním průměru potrubí jsou zajištěny minimální provozní náklady.

Procesy a zařízení chemické technologie, Dytnersky Yu.I. svazek 1, Moskva, Chemie, 2002, s. 103-108

Obecný kurz procesů a aparátů chemické technologie, Einstein V.G., svazek 1, Moskva, 2003, s. 163

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

V tomto článku vyřešíme problém tlakové ztráty v potrubí. Tento článek vám pomůže pochopit, jak vzniká odpor vůči proudění. Pomocí reálných čísel popíšu algoritmus, jak toho dosáhnout. Používáme základní vzorce.

Podívejme se na jednoduchý příklad s potrubím, jak můžete vidět na obrázku na začátku potrubí je čerpadlo, pak je tam manometr, který umožňuje měřit tlak kapaliny na začátku potrubí. Po určité délce je instalován druhý manometr, který umožňuje měřit tlak na konci potrubí. No a úplně na konci je kohoutek. Toto schéma je poměrně jednoduché a pokusím se uvést příklady. A tak začneme.

Obecně existuje více než jeden způsob, jak zjistit tlakovou ztrátu: Metoda, kdy je znám tlak na začátku a na konci potrubí, můžete vypočítat tlakovou ztrátu pomocí vzorce: M1-M2=Tlak, tedy tento rozdíl mezi dvěma tlakoměry. Řekněme, že máme zhruba 0 MPa, což je jedna atmosféra. To znamená, že naše tlaková ztráta po délce je 1 MPa. Upozorňujeme, že ztrátu tlaku můžeme indikovat ve dvou veličinách, a to hydrostatickým tlakem, který je 0 MPa, a výškou hlavy vodního sloupce v metrech, která je 1 metrů. Jak jsem řekl více než jednou, každých 0 metrů je jedna atmosféra tlaku.

Existuje řada metod pro výpočet tlakové ztráty bez použití tlakoměrů na potrubí. Vědci pro nás připravili úžasné vzorce a obrázky, které se nám budou hodit.

Existuje dobrý vzorec, který umožňuje vypočítat tlakovou ztrátu po délce potrubí.

ztráta h-hlavy se zde měří v metrech. λ-koeficient hydraulického tření se zjistí pomocí doplňkových vzorců, které popíšu níže. L-délka potrubí se měří v metrech. D je vnitřní průměr trubky, to znamená průměr toku tekutiny. Musí být do vzorce vloženo v metrech. V je rychlost průtoku tekutiny. Měřeno v [metr/sekunda]. g-gravitační zrychlení je 9 m/s81

Nyní si povíme něco o koeficientu hydraulického tření.

Vzorec pro zjištění tohoto koeficientu závisí na Reynoldsově čísle a ekvivalentní drsnosti trubky.

Dovolte mi připomenout tento vzorec (platí pouze pro kulaté trubky):

V-Rychlost proudění kapaliny. Měřeno [metr/sekunda]. D-Vnitřní průměr potrubí, to znamená průměr průtoku tekutiny. Musí být do vzorce vloženo v metrech. ν-Kinematická viskozita. To je pro nás obvykle hotový údaj, který se nachází ve speciálních tabulkách.

Dále najdeme vzorec pro zjištění koeficientu hydraulického tření z tabulky:

Zde Δ_э — Ekvivalent drsnosti potrubí. Tato hodnota v tabulkách je uvedena v milimetrech, ale když ji vložíte do vzorce, nezapomeňte ji převést na metry. Obecně nezapomínejte dodržovat úměrnost měrných jednotek a nemíchejte ve vzorcích různé typy [mm] s [m].

d je vnitřní průměr trubky, to znamená průměr toku tekutiny.

Také bych rád poznamenal, že takové hodnoty drsnosti mohou být absolutní a relativní, nebo dokonce mít relativní koeficienty. Proto, když hledáte tabulky s hodnotami, pak by se tato hodnota měla nazývat „ekvivalent drsnosti potrubí“ a nic jiného, ​​jinak bude výsledek chybný. Ekvivalent znamená průměrnou výšku drsnosti.

V některých buňkách tabulky jsou uvedeny dva vzorce, které můžete vypočítat pomocí libovolného vybraného, ​​dávají téměř stejný výsledek.

Obecně, obecně, tyto vzorce ukazují a dokazují, že se zvýšením rychlosti nebo zvýšením průtoku se vždy zvyšuje odpor proti pohybu proudění tekutiny, to znamená, že se zvyšuje tlaková ztráta. Navíc se nezvyšují proporcionálně, ale kvadraticky. To naznačuje, že jednotkové zvýšení průtoku neodpovídá nákladům na tlakovou ztrátu. To znamená, že není ekonomicky proveditelné mít vysoký průtok tekutiny v potrubí. Proto může být levnější zvětšit průměr průtoku. V dalších článcích určitě popíšu, jak vypočítat, jaký průměr potřebujeme.

Tabulka: (ekvivalentní drsnost)

Kdo má zájem vědět (Ekvivalent drsnosti ) pro kovoplast, polypropylen a síťovaný polyethylen, pak to odpovídá a platí pro plasty. To znamená, že v tabulce bude charakteristika: Plast (polyetylen, vinylový plast).

Dále chci upozornit na skutečnost, že se na vnitřních strojích na trubky časem tvoří plak, který zvyšuje drsnost trubek. Mějte tedy na paměti, že tlaková ztráta se časem zvyšuje.

Tabulka: (Kinematická viskozita vody)

Jak je z grafu patrné, s rostoucí teplotou klesá kinematická viskozita, což znamená, že klesá odpor proti pohybu vody. To znamená, že při průtoku horké vody bude „tlaková ztráta“ menší než při průtoku studené vody. Pokud bydlíte v bytových domech, budete-li dávat pozor, rychlost a tlak teplé vody je vždy vyšší než tlak studené vody. Existují výjimky, ale ve většině případů je to pravda. Nyní chápete, proč tomu tak je.

Nyní vyřešme problém:

Najděte tlakovou ztrátu po délce při průtoku vody novým litinovým potrubím D=500 mm při průtoku Q=2 m 3 /s, délce potrubí L=900 m, teplotě t=16°C.

Vzhledem k: D=500mm=0.5m Q=2 m3/s L=900m t = 16 °C Kapalina: H2O Najít: h-?

Řešení: Nejprve najděte průtok v potrubí pomocí vzorce:

Tady ω — plocha průřezu toku. Nalezeno podle vzorce:

V=Q/ω=2/0, 19625=10, 19 m/s

Dále najdeme Reynoldsovo číslo pomocí vzorce:

Re=(V*D)/ν=(10, 19*0.5)/0, 00000116=4 392 241

ν=1*16 -10 =6 Převzato z tabulky. Pro vodu o teplotě 0°C.

Δ_э=0 mm = 25 m. Převzato ze stolu pro novou litinovou trubku.

Dále zkontrolujeme tabulku, kde najdeme vzorec pro zjištění součinitele hydraulického tření.

A = 0, 11 (A_э/D) 0 =25*(0/11) 0 =00025

Odpověď: 156 m = 7 MPa.

Dále chci upozornit na to, že v problému jsme uvažovali potrubí, které má po celé délce vodorovnou polohu.

Podívejme se na příklad, kdy potrubí stoupá pod určitým úhlem.

V tomto případě musíme k obvyklému problému přičíst výšku (v metrech) k tlakové ztrátě. Pokud jde potrubí z kopce, pak je nutné odečíst výšku.

Podívali jsme se na tlakovou ztrátu po délce potrubí, existují také lokální odpory ve formě zúžení a závitů, které také ovlivňují tlakovou ztrátu. Budou popsány v mých dalších článcích. A určitě připravím článek o tom, jak vybrat čerpadlo podle tlaku, aby splňovalo požadavky na průtok kapaliny v závislosti na tlakových ztrátách. Pokud něco není jasné, napište do komentářů, určitě odpovím!

Abychom ručně nepočítali veškerou matematiku, připravil jsem speciální program:

Подписаться на рассылку

Zanechte svůj e-mail a my vám na něj zašleme nové zajímavé články a videa o výpočtech zásobování vodou a vytápění