【Путешествие в тысячу ли начинается с первого шага — Центробежные насосы】1.1 Понимание понятий: потери на протяжении пути и локальные потери

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем 3983596_FPPZ 14.11.2018 в 15:28. 1.1.9 Потери на протяжении пути и локальные потери. Сегодня мы рассмотрим один из важных аспектов гидродинамики, с которым мы часто сталкиваемся: потери на протяжении пути и локальные потери. Многие пользователи часто спрашивают, какое давление должна иметь помпа для того, чтобы жидкость могла течь по трубопроводу определенное расстояние. Это и есть пример таких вопросов. Поскольку жидкость обладает вязкостью, между текущей жидкостью и стенками трубы неизбежно возникает трение, что приводит к формированию определенного градиента скорости и определенного сопротивления на протяжении всего пути течения жидкости. Это вызывает определенные потери, называемые потерями на протяжении пути. Эти потери зависят от длины трубопровода и являются основной причиной потерь при транспортировке жидкости на больших расстояниях. Как и потери на трение с диском ротора, я отношу их к категории механических потерь. Поскольку у жидкостей есть вязкость, между ними происходит взаимодействие, включая удары, вихри и т. д., что приводит к возникновению определенного локального сопротивления и потерь, которые называются локальными потерями. По сравнению с потерями на протяжении всей трубопроводной линии, локальные потери обычно невелики; они возникают в местах нахождения изгибов, изменений диаметра, клапанов и в начале и конце трубопровода. Как и гидравлические потери насоса, я отношу его к категории гидравлических потерь. Потери на протяжении пути и локальные потери можно также понимать аналогично процессу передачи электроэнергии на большие расстояния под высоким давлением: потери, возникающие в длинных кабелях, во много раз превышают потери, происходящие в соединениях, переключателях и других элементах. Число Рейнольдса: ламинарный и турбулентный поток: состояние потока жидкости в трубе можно кратко разделить на ламинарный и турбулентный. Ламинарный поток – это состояние потока, при котором жидкость на определенном расстоянии от стенки трубы движется в упорядоченном порядке согласно определенным законам, что приводит к возникновению градиента скорости. Турбулентность — это состояние хаотичного и беспорядочного потока жидкости в различных участках трубы. Потоки жидкостей с низкой скоростью и высокой вязкостью обычно находятся в состоянии ламинарного тока, тогда как потоки жидкостей с высокой скоростью и низкой вязкостью, как правило, находятся в состоянии турбулентного тока. Можно представить себе тихо текущую речку и внезапно вышедший из берегов поток воды. Число Рейнольдса: показатель, используемый для определения состояния потока жидкости в трубе. Для цилиндрических труб в инженерии значение числа Рейнольдса 2000; в таких условиях поток жидкости обычно является турбулентным. На самом деле в большинстве турбулентных потоков турбулентность наблюдается ближе к центру трубы, а ламинарный поток — ближе к стенкам трубы. За исключением высоковязких сырых нефтей и топлива, которые транспортируются в состоянии ламинарного потока, в большинстве случаев поток жидкостей по трубопроводам имеет турбулентный характер. Потери на протяжении трубопровода hf = λ* L * v2 / (2gd). Здесь λ — коэффициент сопротивления на протяжении трубопровода; этот коэффициент зависит от числа Рейнольдса (для ламинарного и турбулентного потока) а также от степени гладкости стенок трубы. Более точные значения можно найти в специализированных источниках по гидродинамике. L — длина трубопровода, v — средняя скорость потока, d — эквивалентный внутренний диаметр трубы. Из формулы расчета потерь видно, что величина потерь пропорциональна квадрату скорости потока: при незначительном увеличении скорости потери значительно возрастают. Поэтому при проектировании трубопроводов существует понятие «экономической скорости потока». Если скорость потока слишком мала, то диаметр трубопровода должен быть очень большим, что повышает его себестоимость ； Скорость потока слишком велика, потери на протяжении трубопровода слишком велики, а затраты на насосы слишком высоки. Локальные потери. Локальные потери хj = ζ* v2 / 2g. Здесь ζ — коэффициент локальных потерь; этот коэффициент учитывает такие факторы, как сжатие и расширение трубопровода, наличие изгибов в трубопроводе. Также учитываются такие элементы, как фильтры, расходомеры, перегородки, форсунки и различные клапаны. Существуют подробные данные по этим параметрам; их можно получить у производителей или в специализированных учебниках по гидродинамике. v — средняя скорость потока. Способами снижения локальных потерь являются не только снижение скорости потока, но также уменьшение количества фитингов и сокращение резких изменений поперечного сечения трубы. Особенно в трубопроводах у входа в насос снижение локальных потерь по возможности позволяет уменьшить или даже предотвратить возникновение эффекта кавитации в насосе. На практике в трубопроводах одновременно существуют потери, связанные с протяженностью трубопровода, и локальные потери. В зависимости от конструкции и назначения трубопровода доля этих двух видов потерь различается. На самом деле в жизни существует множество примеров, связанных с потерями в процессе движения и локальными потерями: например, у кроссовок для бега после пробежки на расстояние 600 километров подошва изнашивается — это и есть потери в процессе движения ； Новые футбольные бутсы были повреждены из-за неправильного удара — это частичный ущерб. Задания после урока (множественный выбор): Какое из утверждений о потерях на протяжении трубопровода и локальных потерях является неверным? A. Снижение потерь на протяжении трубопровода и локальных потерь в устройстве позволяет повысить запас против кавитации NPSHa. Б. Чтобы снизить потери на протяжении трубопровода, следует использовать максимально возможный диаметр трубы. C. Чтобы снизить потери на протяжении трубопровода, мы должны использовать трубопроводы с более гладкими внутренними стенками. D. Чтобы снизить локальные потери, мы должны своевременно очищать забитые фильтры. Е. Чтобы снизить локальные потери, мы должны использовать сварные трубы с изменяющимся диаметром и с переходом сечения. F. Потери на протяжении трубопровода и локальные потери возникают только в трубопроводах, тогда как в аппаратах для работы с жидкостями, таких как центробежные насосы, компрессоры и дозирующие насосы, этих потерь нет. BEF