Hydrauliske tab

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 28. september 2020; checks kræver 3 redigeringer .

Hydrauliske tab eller hydraulisk modstand er uoprettelige tab af specifik energi (dets omdannelse til varme ) i sektioner af hydrauliske systemer ( hydrauliske drivsystemer , rørledninger , andet hydraulisk udstyr) på grund af tilstedeværelsen af viskøs friktion [1] [2] . Selvom det samlede energitab i det væsentlige er en positiv værdi, kan forskellen i de samlede energier ved enderne af flowsektionen også være negativ (f.eks. med ejektionseffekten ).

Hydrauliske tab er normalt opdelt i to typer:

Friktionstab langs længden - forekommer med ensartet strømning i deres rene form - i lige rør med konstant tværsnit er de proportionale med rørets længde;
Lokale hydrauliske tab - pga. den såkaldte. lokal hydraulisk modstand - ændringer i kanalens form og størrelse, deformerer strømmen. Eksempler på lokale tab er: pludselig udvidelse af et rør, pludselig indsnævring af et rør, bøjning, ventil.

Hydrauliske tab udtrykkes enten i tryktab i lineære enheder af mediets søjle eller i trykenheder : , hvor er mediets massefylde , g er accelerationen af frit fald . $\Delta h$ $\Delta P$ ${\displaystyle \Delta h={\Delta P \over \rho g))$ $\rho$

Tabsforhold

I mange tilfælde kan det tilnærmelsesvis anses for, at energitabet under strømmen af en væske [ 3] gennem et element i et hydraulisk system er proportionalt med kvadratet på væskehastigheden [2] . Af denne grund er det praktisk at karakterisere modstanden med en dimensionsløs størrelse ζ [4] , som kaldes tabskoefficienten eller koefficienten for lokal modstand og er sådan, at

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

Det vil sige, hvis man antager, at hastigheden w over hele strømningssektionen er den samme, ζ=Δ p / e torm , hvor e torm = ρ w ²/2 er decelerationsenergien af en enhedsstrømningsvolumen i forhold til kanalen. I virkeligheden er væskehastigheden i strømningen ikke ensartet, i referencelitteraturen i disse formler er den gennemsnitlige strømningshastighed taget w = Q / F , hvor Q er volumenstrømmen, F er tværsnitsarealet for hvilket hastighed beregnes [1] . Den gennemsnitlige strømningsstagnationsenergi er således sædvanligvis noget større end ρ w ²/2, se root mean square .

For lineære tab bruger de normalt friktionstabskoefficienten langs længden (også Darcy-koefficienten ) λ, som fremgår af Darcy-Weisbach-formlen [2]

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

hvor L er længden af elementet, d er den karakteristiske størrelse af sektionen (for runde rør er dette diameteren). Ellers i trykenheder

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

;

således, for et lineært element af relativ længde , er friktionsmodstandskoefficienten . ${\frac {L}{d))$ ${\displaystyle \zeta _{\text{tr))=\lambda {L \over d))$

Indflydelse af flowregime i rør på hydrauliske tab

Da der i et turbulent strømningsregime forbruges strømningsenergi for at overvinde viskositeten under turbulente oscillationer, er hydrauliske tab i et laminært strømningsregime meget mindre end i et turbulent . Så hvis det for eksempel var muligt at opretholde et laminært strømningsregime i vandforsynings- og varmesystemer ved eksisterende væskestrømningshastigheder, så kunne pumpehovedet reduceres med 5-10 gange . En ændring i strømningsregimet fra laminært til turbulent forårsager en brat stigning i modstanden (ved nogle hastigheder, dvs. i et vist område af Reynolds-tal , er laminær strømning ustabil, men under visse betingelser kan den eksistere). Samtidig er koefficienten for hydraulisk modstand i et laminært regime sædvanligvis større end i et turbulent regime, da lavere hastigheder er karakteristiske for laminære regimer. Ved laminær strømning er modstanden omtrent lineært afhængig af hastigheden (tilsvarende falder koefficienten omtrent lineært, f.eks. i runde rør ). I det turbulente regime i hydraulisk glatte rør (med lille ruhed og lille Re) har afhængigheden en anden karakter (for runde rør ) og ligger i alle praktiske tilfælde over afhængigheden for det laminære regime; ved højere Reynolds-tal, under indflydelse af ruhed, gennemgår grafen λ en kompleks bøjning, og med udgangspunkt i en vis kritisk værdi ved Re>Re cr (region for selv-lighed), afhænger λ kun af ruhed. $\lambda ={\frac {64}{\mathrm {Re} }}$ $\lambda ={\frac {0.3164}{\sqrt[{4}]{\mathrm {Re} }}}.$

Værdi i teknologi

For at overvinde hydrauliske tab i forskellige tekniske systemer er arbejdet med sådanne enheder som pumper , blæsere brugt .

For at reducere hydrauliske tab anbefales det at undgå brugen af dele i hydraulisk udstyrsdesign, der bidrager til en skarp ændring i strømningsretningen - for eksempel at erstatte den pludselige udvidelse af et rør med en gradvis udvidelse ( diffusor ), for at give legemer, der bevæger sig i væsker, en strømlinet form osv. Selv i absolut glatte rør er der hydrauliske tab [2] ; i det laminære regime har ruhed ringe virkning på dem, men i de sædvanlige turbulente regimer i teknologi forårsager dens stigning som regel en stigning i hydrodynamisk modstand.

Nogle gange er det tværtimod nødvendigt at indføre hydraulisk modstand i flowet. Til dette bruges gasspjældskiver , trykreducerende enheder, kontrolventiler . Ved at måle trykket på et element, hvis graf over den hydrauliske modstandskoefficient er kendt, kan man finde ud af strømningshastigheden i nogle almindelige typer flowmålere .

Se også

Noter