【Eine Reise von tausend Meilen beginnt mit dem ersten Schritt – Teil über Zentrifugalpumpen】1.1 Verständnis der Begriffe: Drallverluste und lokale Verluste

Thread Content

Dieser Beitrag wurde zuletzt von 3983596_FPPZ am 14.11.2018 um 15:28 bearbeitet. 1.1.9 Druckverluste im Lauf der Leitung und lokale Verluste – Heute wollen wir einen Aspekt aus der Strömungsmechanik erläutern, mit dem wir häufig konfrontiert werden: die Druckverluste im Lauf der Leitung sowie die lokalen Verluste. Viele Nutzer fragen oft, welcher Druck in der Pumpe erforderlich ist, damit die Flüssigkeit über eine bestimmte Strecke in der Leitung transportiert werden kann – das sind genau solche Fragen. Da Flüssigkeiten Viskosität haben, entsteht zwischen der fließenden Flüssigkeit und den Wänden der Rohre unweigerlich Reibung. Dadurch entsteht ein bestimmter Geschwindigkeitsgradient sowie ein gewisser Widerstand entlang des Weges – das nennt man Drallverluste. Diese Drallverluste hängen von der Länge der Rohrleitungen ab und stellen die Hauptverluste bei der Übertragung über große Entfernungen dar. Genau wie der Reibungsverlust am Rotordisk ordne ich ihn der Kategorie der mechanischen Verluste zu. Da Flüssigkeiten Viskosität haben, kommt es zwischen den Flüssigkeiten zu Wechselwirkungen – darunter Stoßkräfte und Wirbel – die zu einer bestimmten lokalen Widerstandskraft führen und somit Verluste verursachen. Diese werden als lokale Verluste bezeichnet. Im Vergleich zu den Verlusten entlang der Strecke sind die lokalen Verluste in der Regel gering. Sie treten häufig an den Anfangs- und Endpunkten der Leitungen an Stellen wie Biegungen, Durchmesseränderungen sowie Ventilen auf. Genau wie der hydraulische Verlust der Pumpe zähle ich ihn zur Kategorie der hydraulischen Verluste. Die Strömungsverluste und lokalen Verluste können man auch anhand der Übertragung von Hochspannungsstrom über große Entfernungen verstehen: Die Verluste, die in langen Kabeln entstehen, sind weitaus größer als die Verluste an Steckverbindungen und Schaltern. Reynold-Zahl: Strömung in laminärer und turbulenter Form: Den Zustand des Flüssigkeitsflusses in Rohren kann man grob in laminäre und turbulente Strömung einteilen. Strömung in Schichten bedeutet, dass die Flüssigkeit in einer bestimmten Entfernung von der Rohrwand nach festen Regeln geordnet fließt und dabei ein Geschwindigkeitsgradient entsteht. Turbulenz ist ein Zustand des Strömungsverlaufs der Flüssigkeit in verschiedenen Bereichen eines Rohrs, bei dem die Strömung unordentlich und chaotisch ist. Flüssigkeiten mit niedriger Fließgeschwindigkeit und hoher Viskosität fließen in der Regel in laminärer Strömung, während Flüssigkeiten mit hoher Fließgeschwindigkeit und geringer Viskosität meist in turbulenter Strömung fließen. Man kann sich einen ruhig fließenden Fluss und plötzlich über die Ufer tretendes Hochwasser vorstellen. Reynold-Zahl: Eine Zahl, die den Zustand des Flüssigkeitsflusses in einem Rohr bestimmt. Bei runden Rohren liegt die Reynold-Zahl bei 2000 – in diesem Fall ist der Flüssigkeitsfluss in der Regel turbulent. Tatsächlich ist in den meisten turbulenten Strömungen das Gebiet in der Nähe des Rohrzentrums turbulent, während das Gebiet in der Nähe der Rohrwand laminar ist. Abgesehen von hochviskosem Rohöl sowie Kraftstoffen, die in laminaren Strömungen transportiert werden, ist der Fließzustand der meisten in Rohrleitungen transportierten Flüssigkeiten ein turbulenter Zustand. Durchflussverluste: Die Durchflussverluste hf werden durch die Formel hf = λ* L * v² / (2gd) berechnet. Dabei ist λ der Widerstandskoeffizient im Lauf des Fluids. Dieser Koeffizient hängt vom Reynolds-Zahlwert (Laminar- oder Turbulenzstrom) sowie von der Glätte der Rohrwand ab. Genauere Informationen dazu finden sich in Fachliteratur zur Strömungsmechanik. L steht für die Länge des Rohres, v für die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit und d für den äquivalenten Innendurchmesser des Rohres. Aus der Formel geht hervor, dass die Größe der Verluste proportional zum Quadrat der Fließgeschwindigkeit ist. Je höher die Fließgeschwindigkeit ist, desto größer sind die Verluste. Deshalb gibt es bei der Auswahl der Rohrgröße den Begriff „ökonomische Fließgeschwindigkeit“. Wenn die Fließgeschwindigkeit zu niedrig ist, muss der Rohrdurchmesser sehr groß sein – was wiederum die Kosten für das Rohr erhöht ； Die Strömungsgeschwindigkeit ist zu hoch, die Verluste entlang des Weges sind zu groß, und die Kosten für die Pumpe sind zu hoch. Lokale Verluste: Die lokalen Verluste werden mit hj = ζ* v2 / 2g berechnet. ζ ist der Koeffizient für die lokalen Verluste – dieser Koeffizient berücksichtigt unter anderem Daten zu Verengungen, Ausdehnungen sowie Biegungen in den Rohrleitungen. Ebenso werden detaillierte Angaben zu Filtern, Durchflussmessgeräten, Gittern, Düsen sowie verschiedenen Ventilen bereitgestellt. Diese Informationen kann man bei den entsprechenden Herstellern anfordern oder in Fachliteratur zum Thema Strömungsmechanik nachlesen. v – Durchschnittsgeschwindigkeit des Flusses. Um die lokalen Verluste zu verringern, kann man nicht nur die Geschwindigkeit des Flusses senken, sondern auch die Anzahl der Rohrverbindungen sowie die plötzlichen Änderungen im Querschnitt des Rohres reduzieren. Das sind ebenfalls Maßnahmen zur Verringerung der Verluste. Insbesondere in den Einlassleitungen der Pumpe kann eine möglichst geringe Reduzierung der lokalen Verluste dazu beitragen, das Auftreten von Kavitation in der Pumpe zu verringern oder sogar zu vermeiden. In der Praxis treten im Rohrleitungssystem sowohl Druckverluste entlang der Leitung als auch lokale Verluste gleichzeitig auf. Je nach Auslegung und Verwendung der Rohrleitung variert lediglich das Gewicht dieser beiden Arten von Verlusten. Tatsächlich gibt es im Alltag viele Beispiele, die mit den Verlusten während des Laufens sowie lokalen Verlusten zusammenhängen: Zum Beispiel verschleißen bei Läuferschuhen nach 600 gelaufenen Kilometern die Sohlen – das ist ein Beispiel für Verluste während des Laufens ； Die neu gekauften Fußballschuhe wurden durch einen falschen Tritt beschädigt – es handelt sich dabei um einen lokalen Schaden. Hausaufgaben (Mehrfachwahl): Was ist falsch über die Drallverluste und lokalen Verluste? A. Die Verringerung der Drallverluste und lokalen Verluste in den Rohrleitungen eines Geräts kann den Kavitationsschutzwert NPSHa des Geräts erhöhen. B. Um die Strömungsverluste zu verringern, sollten wir einen möglichst großen Rohrdurchmesser wählen. C. Um die Strömungsverluste zu verringern, sollten wir Rohrleitungen mit einer relativ glatten Innenwand verwenden. D. Um lokale Verluste zu verringern, müssen wir verstopfte Filternetze rechtzeitig reinigen. E. Um lokale Verluste zu verringern, sollten wir Schweißverjüngungsschläuche mit Querschnittsänderung verwenden. F. Strömungsverluste und lokale Verluste treten nur in Rohrleitungen auf, während sie in Fluidanlagen wie Zentrifugalpumpen, Kompressoren und Dosierpumpen nicht vorhanden sind. BEF