المقاومة الهيدروليكية للتدفق. المقاومة الهيدروليكية وحسابها. تأثير نظام التدفق في الأنابيب على الخسائر الهيدروليكية
تعريف
المقاومة الهيدروليكيةيسمى فقدان طاقة معينة أثناء انتقالها إلى حرارة في المناطق أنظمة هيدروليكية، الناتجة عن الاحتكاك اللزج.
في هذه الحالة ، تنقسم هذه الخسائر إلى:
- الخسائر الناتجة عن التدفق المنتظم للسائل اللزج عبر أنبوب مستقيم به مقطع عرضي ثابت. هذه هي ما يسمى بخسائر الاحتكاك على طول الطول ، والتي تتناسب مع طول الأنبوب. المقاومة على طول الطول ناتجة عن قوى الاحتكاك اللزج ؛
- الخسائر الناتجة عن المقاومة الهيدروليكية المحلية ، على سبيل المثال ، التغييرات في شكل و / أو حجم القناة ، والتي تغير التدفق. تسمى هذه الخسائر المحلية. يتم تفسير المقاومة المحلية بالتغيرات في سرعة التدفق في الحجم والاتجاه.
تُقاس الخسائر في المكونات الهيدروليكية بوحدات الطول عند الحديث عن فقد الرأس () أو في وحدات الضغط ().
إذا كان التدفق مضطربًا ، فإن التوصيل الهيدروليكي الفعال سيكون أقل بكثير مما توقعه قانون دارسي. وتتغير بشكل مباشر مع لزوجة الماء ، والتي بدورها تعتمد على درجة حرارة الماء. الجدول 3 الخصائص الفيزيائيةماء.
تم بالفعل النظر في هذا التأثير في توصية عامل الأمان السابقة. تعتمد الموصلية الهيدروليكية في المعادلات أيضًا على عدد وحجم الفجوات في الوسط المستخدم للأراضي الرطبة. يوصى بقياس الموصلية الهيدروليكية على الأرض أو في المختبر قبل البناء النهائي.
معامل دارسي لتدفق السائل الرقائقي
إذا كان السائل يتدفق بشكل موحد عبر الأنبوب ، فسيتم العثور على خسارة الرأس على طول الطول () باستخدام صيغة دارسي-فايسباخ. هذه الصيغة صالحة للأنابيب المستديرة.
من المستحسن أن يتم قياس مسامية الوسائط أيضًا في المختبر قبل إجراء التصميم النهائي. يمكن استخدام العلاقة القائمة على معادلة Ergun لتقدير التوصيل الهيدروليكي عند استخدام الحصى أو الصخور الثقيلة.
هذه المعادلة ، وكذلك القيم الواردة في الجدول 4 ، مفيدة فقط للتصميم الأولي أو تقدير الحجم. التوصية المؤقتة التي تقضي بأن يكون التدرج الهيدروليكي يقتصر على ما لا يزيد عن 20٪ من فقد الحمل المتاح هو تأثير جزئي للحد من نسبة شكل النظام إلى قيم منخفضة نسبيًا.
أين هو معامل المقاومة الهيدروليكية (معامل دارسي) ، تسارع السقوط الحر ، د هو قطر الأنبوب. معامل المقاومة الهيدروليكية () قيمة بلا أبعاد. هذا المعامل مرتبط برقم رينولدز. لذلك بالنسبة للأنبوب على شكل أسطوانة مستديرة ، يُعتبر معامل المقاومة الهيدروليكية مساويًا لـ:
سيساعدنا القياس الهيدروليكي التالي بطريقة ما على فهم أهمية السقوط المحتمل للدوائر الكهربائية. وبالتالي ، هناك فقدان تدريجي للضغط على طول الأنبوب. فرق الضغط بين النقطتين هو المطلوب لتدفق السوائل بين هاتين النقطتين.
من خلال فتح الصمام أكثر قليلاً ، بالطبع ، سيتدفق المزيد من الماء: سينخفض الضغط بنسب متساوية. مكونات الأنظمة الهيدروليكية. الأغراض الرئيسية للسائل الهيدروليكي هي. نقل الطاقة المقدمة لك بكفاءة.
في التدفق الصفحي لتجد الاحتكاك الهيدروليكيفي Re2300 ، يتم استخدام الصيغة:
بالنسبة للأنابيب التي يختلف مقطعها العرضي عن الدائرة ، يُؤخذ معامل الاحتكاك الهيدروليكي بما يعادل:
حيث A = 57 إذا كان قسم القناة مربعًا. جميع الصيغ المذكورة أعلاه صالحة لتدفق السائل الرقائقي.
معامل المقاومة الهيدروليكية في التدفق المضطرب
إذا كان التدفق مضطربًا ، فلا يوجد تعبير تحليلي لمعامل السحب. لمثل هذه الحركة السائلة ، يتم الحصول على معامل السحب كدالة لرقم رينولدز بشكل تجريبي. بالنسبة لأنبوب أملس أسطواني دائري ، يتم حساب المعامل المدروس في صيغة Blausius:
مكونات نظام التبريد. قم بتشحيم المكونات الداخلية بشكل مرضٍ. سد الفجوات بين الأجزاء المتحركة. خصائص السوائل الهيدروليكية. هذا مقياس للمقاومة التي يقدمها عند التدفق عند درجة حرارة معينة. في الزيت المعدني ، يتغير عكسياً مع درجة الحرارة ، أي مع ارتفاع درجة الحرارة ، تنخفض اللزوجة. لهذا السبب ، فإن أحد العوامل التي تمنع اختيار السائل هو نطاق درجة حرارة التشغيل للنظام الهيدروليكي.
يجب أن يكون السائل الهيدروليكي منخفضًا قدر الإمكان لتقليل فقد الضغط في الأنابيب واختراق فجوات المكونات لتزييتها ، ولكن يجب ألا يكون منخفضًا بحيث يتسبب في حدوث تسرب بين مناطق الضغط المرتفع والمنخفض.
مع حركة السوائل المضطربة ، يعتمد معامل الاحتكاك الهيدروليكي على طبيعة الحركة (رقم رينولدز) وعلى جودة (نعومة) جدران الأنابيب. يتم تقدير خشونة الأنابيب باستخدام متغير معين يسمى الخشونة المطلقة ().
يتم تحديد اللزوجة حسب نوع المضخة و درجة حرارة التشغيلالأنظمة. تقلل اللزوجة المنخفضة من فقد الطاقة وتخترق فجوات تزييت المكونات ، ولكنها يمكن أن تسبب تسربات. تسبب اللزوجة العالية صعوبة في الشفط على المضخة وفقدان الطاقة.
هناك العديد من مقاييس اللزوجة وأنواع مختلفة من مقاييس اللزوجة الموحدة وفقًا لكل مقياس. يستخدم هذا المعيار اللزوجة الحركية لتحديد اللزوجة. يستخدم للزيوت الصناعية. يستخدم لزيوت المحركات.
يقيس الاختبار الوقت الذي يتدفق فيه حجم معين من الزيت عبر أنبوب شعري تحت قوة الجاذبية عند درجة حرارة قياسية. يعتمد هذا الرقم على نوع الزيت وإنتاجه وإضافته. Demetricity: قدرة السائل على الانفصال عن الماء. يجب أن تتمتع السوائل الهيدروليكية التي لا تحتوي على الماء بقدرة استحلاب جيدة بحيث يمكن تصريف المياه المجانية من النظام. يحدث تلوث المياه بسبب التكثيف والتسرب في المبادلات الحرارية ودخول الهواء الرطب عبر الفتحة.
المقاومة المحلية
تولد المقاومة المحلية تغييرات في معامل واتجاه سرعة المائع في أقسام معينة من الأنبوب ، وهذا مرتبط بفقدان ضغط إضافي.
يُطلق على معامل المقاومة المحلية كمية فيزيائية بلا أبعاد ، وغالبًا ما يشار إليها على أنها تساوي نسبة فقد الرأس في المقاومة المحلية المعتبرة () إلى رأس السرعة ():
الزيوت المعدنية الزيت المعدني ، المشتق من البترول ، هو أكثر السوائل استخدامًا في الأنظمة الهيدروليكية. له خصائص ممتازة ويمكن استخدامه في العديد من أنواع الأنظمة المختلفة وفي ظل ظروف التشغيل الأكثر صعوبة. لها الخصائص التالية.
وهو متوافق مع جميع العناصر المستخدمة في النظام. تتميز بخصائص اللزوجة التي تلبي متطلبات المضخة وجميع مكونات النظام. تتميز بخصائص تشحيم جيدة ، وتدعم الأحمال العالية وتجنب تآكل الأجزاء المتحركة.
يتم تحديد القيمة تجريبيا.
إذا كانت سرعة تدفق السوائل في القسم بأكمله ثابتة ومتساوية ، فيمكن تحديد معامل المقاومة المحلي على النحو التالي:
يحمي المكونات من التآكل والصدأ. إنها مقاومة لتكوين الرغوة وامتصاص الهواء ، ويمكن فصلها بسهولة عن الماء. المضافات الرئيسية في الزيوت الهيدروليكية التي تعمل على تحسين خصائص الزيوت هي. مضادات الأكسدة: تؤخر الأكسدة وتزيد من عمر السوائل.
أجهزة إزالة الرغوة: توفر أسرع نزع الهواء. سيؤدي إدخال الهواء إلى النظام بسبب نقص الزيت أو مشاكل الختم إلى حدوث رغوة ، مما يؤدي إلى حدوث تجويف وخلل في النظام. النقاط ذات الصلة عند اختيار المائع الهيدروليكي.
تنقسم جميع خسائر الطاقة الهيدروليكية إلى نوعين: خسائر الاحتكاك على طول طول خطوط الأنابيب (تمت مناقشتها في الفقرتين 4.3 و 4.4) والخسائر المحلية التي تسببها عناصر خطوط الأنابيب هذه ، بسبب تغيير حجم أو تكوين القناة ، يحدث تغيير في معدل التدفق ، وفصل التدفق عن قنوات الجدران وحدوث تكوين دوامة.
احصل على الحد الأدنى من التغيير في اللزوجة مع درجة الحرارة. حماية الأسطح المعدنية من التآكل والصدأ. تزييت الأجزاء المتحركة وتحميها. لا تتفاعل مع مواد النظام. لديهم معامل انتقال حرارة مرتفع. سهل الفصل عن الماء.
حرر الهواء المحبوس بسرعة. يعتمد تواتر تغيير الزيت الهيدروليكي على جودته ونوع العمل ومستوى التلوث ، وتوضح خبرة الشركات المصنعة والمستخدمين بعض المعلمات. تلوث السوائل الهيدروليكية. تسبب الملوثات مشاكل تتعلق بتسريع الأكسدة ، وتدمير البنية الجزيئية ، وتشكيل مخلفات القطران والورنيشات. نتيجة لذلك ، يتم تقليل العمر التشغيلي للسوائل بسبب تحلل المواد المضافة وخفض درجة حرارة التشغيل. لا تؤثر الآثار الضارة لنقص التزييت على مكونات الأنظمة الهيدروليكية فحسب ، بل تؤثر أيضًا على التكلفة النهائية للعملية والمنتجات والخدمات المنتجة.
أبسط محلية المقاومة الهيدروليكيةيمكن تقسيمها إلى اتساعات وتضيقات وتحولات للقناة ، كل منها يمكن أن يكون مفاجئًا أو تدريجيًا. الحالات الأكثر تعقيدًا للمقاومة المحلية هي مركبات أو مجموعات من أبسط المقاومات المدرجة.
دعونا نفكر في أبسط المقاومات المحلية في نظام التدفق المضطرب في الأنبوب.
عواقب سوء الترشيح. خسائر في الإنتاج من التوقفات غير المرغوب فيها. الاستبدال المتكرر للمكونات والسوائل. انخفاض عمر المكونات. زيادة تكاليف الصيانة. ارتدي الكرات ومقاعد الصمام. ضع دبابيس الختم والقمصان.
انسداد الثقوب وارتداء البكرة. يتسبب ربط الملف في حدوث أعطال في الملف اللولبي. تآكل الفوهة يسبب تغيرات في خصائص التحكم في الصمامات. ارتداء مضخات وصمامات مقاومة. انخفاض كفاءة المضخات ، وخطورة في الشفرات أو التروس أو الاسطوانات.
1. توسع مفاجئ للقناة. يتم إنفاق فقدان الضغط (الطاقة) أثناء التمدد المفاجئ للقناة على تكوين دوامة مرتبطة بفصل التدفق عن الجدران ، أي للحفاظ على الحركة الدورانية المستمرة للكتل السائلة مع تجديدها المستمر.
أرز. 4.9 التمدد المفاجئ للأنبوب
مع التمدد المفاجئ للقناة (الأنبوب) (الشكل 4.9) ، ينقطع التدفق من الزاوية ويتوسع ليس فجأة ، مثل القناة ، ولكن بشكل تدريجي ، وتتشكل الدوامات في الفراغ الحلقي بين التدفق وجدار الأنبوب ، التي هي سبب فقدان الطاقة. ضع في اعتبارك قسمين للتدفق: 1-1 - في مستوى تمدد الأنبوب و 2-2 - في المكان الذي يملأ فيه التدفق ، بعد أن تمدد ، القسم بأكمله من الأنبوب الواسع. نظرًا لتوسع التدفق بين الأقسام قيد النظر ، تقل سرعته ويزداد الضغط. لذلك ، يُظهر مقياس الضغط الثاني الارتفاع عند Δ حأكبر من الأول ولكن إذا لم تكن هناك خسائر في الضغط في هذا المكان ، فسيظهر مقياس الضغط الثاني ارتفاعًا أعلى بمقدار آخر ح تحويلة. هذا الارتفاع هو خسارة رأس التمدد المحلي ، والتي تحددها الصيغة:
هذه هي العناصر الفيزيائية التي تسمح بإزالة الملوثات من السوائل من أجل الاحتفاظ بها خصائص الأداء. لإزالة الشوائب ، يتم تغذية السائل من خلال عنصر مرشح يحتفظ بالتلوث. وجودها إلزامي ، لذلك من المهم فهم خصائصها.
الصيانة الوقائية للأنظمة الهيدروليكية - أفضل أداةلمنع الخسائر والتوقف غير المرغوب فيه. يعتبر التخزين السليم للسوائل ومعالجتها أمرًا ضروريًا لمنع التلوث والحفاظ على بيئة العمل. تحدد الشركات المصنعة لحزم الطاقة الهيدروليكية بالفعل كمية ونوع السوائل التي يجب استخدامها ، ولكن في كثير من الأحيان بسبب الظروف بيئةوالتشغيل و صيانةيجب تعديل السوائل للحصول على أداء أفضل للنظام.
أين S1, S2- مساحة المقطع العرضي 1-1 و 2-2 .
هذا التعبير هو نتيجة نظريات بوردا، والتي تنص على أن فقدان الرأس أثناء التمدد المفاجئ للقناة يساوي رأس السرعة ، ويتم تحديده من الاختلاف في السرعات
يجب التخلص من أي نوع من السوائل الهيدروليكية أو مواد التشحيم أو سائل التبريد من قبل الشركات المؤهلة المعتمدة من قبل السلطات البيئية. دعم فنيموردو مواد التشحيم أساسيون للأداء الجيد للأنظمة الهيدروليكية.
تعتبر مقاومة الماء والقوة والمتانة وسهولة التركيب بعض الخصائص المهمة في بناء الأنظمة الهيدروليكية ، سواء كانت مياه باردة أو ساخنة. بالإضافة إلى السعر ، تختلف تقنيات الأنابيب والوصلات في طريقة التجميع ومقاومتها للضغط ودرجة الحرارة.
التعبير (1 - س 1 /س 2) 2 يُشار إليه بالحرف اليوناني ζ (زيتا) ويسمى عامل الخسارة ، وبالتالي
2. التوسع التدريجي للقناة. يسمى أنبوب التمدد التدريجي الناشر (الشكل 4.10). يترافق تدفق السرعة في الناشر مع انخفاضه وزيادة في الضغط ، وبالتالي تحويل الطاقة الحركية للسائل إلى طاقة ضغط. في الناشر ، كما في حالة التمدد المفاجئ للقناة ، يتم فصل التدفق الرئيسي عن الجدار ويحدث تكوين دوامة. تزداد شدة هذه الظواهر بزيادة زاوية توسع المشتت α.
تشير أحدث التطورات في هذا المجال في البرازيل إلى زيادة استخدام الأنابيب المرنة ، خاصةً للأطقم الهيدروليكية ، في الوظائف ذات درجة التكرار الأعلى ، مثل المباني التجارية والسكنية والفندقية.
بغض النظر عن النظام المختار ، من المهم وضع تصميم تفصيلي لتوجيه التنفيذ وتقليل الفاقد والتي يمكن أن تتراوح من 5٪ إلى 25٪ في حالة الأنابيب ومن 0.5٪ إلى 2.5٪ في حالة التوصيل . من بينها - تنظيم مخزون الأنابيب ومخزون الوصلات ؛ القدرة على الاستخدام معظمأنابيب لتصنيع كل جزء من الأنبوب ، مع تجنب النهايات المتبقية للأنابيب ؛ السيطرة على التوصيلات المتاحة في موقع البناء ؛ معرفة تفاصيل النظام المنفذ لتجنب تكرار العمل ؛ إمكانية التنفيذ الأولي لأجزاء من النظام على مقاعد البدلاء ؛ ومعرفة العامل بالتكنولوجيا الصحيحة للمادة المقبولة.
أرز. 4.10. التوسع التدريجي للأنبوب
بالإضافة إلى ذلك ، هناك خسائر الشوكة المعتادة في الناشر ، على غرار تلك التي تحدث في الأنابيب ذات المقطع العرضي الثابت. يعتبر إجمالي فقد الضغط في الناشر مجموع فترتين:
أين ح ترو ح تحويلة- فقدان الضغط بسبب الاحتكاك والتمدد (تكوين دوامة).
الماء الساخن من بين المواد المستخدمة في شبكة توزيع الماء الساخن ، النحاس هو الأكثر شيوعًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى خصائصه مثل انخفاض التمدد الحراري ، والمقاومة العالية لضغوط الخدمة ومقاومة التعب الميكانيكي والحراري.
على سبيل المثال ، في المباني السكنية والتجارية ، يمكن العثور على هذه المواد في جميع أنحاء المبنى ، ولكن بشكل أساسي في شبكة التوزيع ، مع استكمالها بخط أنابيب نحاسية. ميزة الجمع بين المواد هي توفير التكاليف وزيادة الإنتاجية. أنظمة للحرارة و ماء باردفي منشآت البناء.
حيث n = س 2 /س 1 = (ص 2 /ص 1) 2- درجة تمدد الناشر. فقدان رأس التمدد ح تحويلةمن نفس الطبيعة كما في حالة التوسيع المفاجئ للقناة
أين ك- عامل التليين عند α = 5… 20 درجة ، ك= sinα.
إنها مادة يمكن أن تكون صلبة أو مرنة دون المساس بصلاحية الماء وخفيفة الوزن وعازلة. يمكن لحام أو قطع الأجزاء. في الوقت الحاضر ، يتم استخدام نظام الوصلة القابلة للحام بشكل شائع لأنه أسهل في الصنع. لكن اتصال مترابطةالأكثر ملاءمة للعمل عندما تكون الأسلاك الخطية مطلوبة لتغييرات التصميم أو الصيانة.
لذلك ، فهو أكثر مقاومة لتوصيل السوائل تحت الضغط وبأكثر درجة حرارة عالية. إجراء موظفي النحاس ماء ساخن، الأنابيب والتجهيزات النحاسية ، غالبًا ما تلبي متطلبات هذا النوع من التطبيقات ، مثل القوة العالية والمتانة والخشونة المنخفضة. تضمن الوصلات الملحومة المستخدمة في الوصلات أيضًا إحكام تسرب المياه ، والنحاس ، بالإضافة إلى ذلك ، قابل لإعادة التدوير ولديه موصلية حرارية جيدة. لضمان العمر الطويل للتركيبات ، من المهم أن تكون الوصلات مفيدة.
بالنظر إلى هذا ، يمكن إعادة كتابة إجمالي خسارة الرأس على النحو التالي:
من أين يمكن التعبير عن معامل السحب للناشر بواسطة الصيغة
أرز. 4.11. اعتماد ζ فرق على الزاوية
الوظيفة ζ = F(α) لها حد أدنى في بعض القيمة المثلى الأكثر ملاءمة للزاوية α ، والتي يتم تحديد القيمة المثلى لها من خلال التعبير التالي:
التعويض في هذه الصيغة λ تي= 0.015 ... 0.025 و ن= 2… 4 نحصل على α بالجملة= 6 (شكل 4.11).
3. تضيق مفاجئ للقناة. في هذه الحالة ، يرجع فقدان الضغط إلى احتكاك التدفق عند مدخل أنبوب أضيق والخسائر الناتجة عن تكوين الدوامة ، والتي تتشكل في الحلقة حول الجزء الضيق من التدفق (الشكل 4.12).
| أرز. 4.12. ضيق الانبوب المفاجئ | 4.13. مربك |
يتم تحديد خسارة الضغط الكلية بواسطة الصيغة ؛
حيث يتم تحديد معامل مقاومة التضييق بواسطة الصيغة شبه التجريبية لـ I.E. إديلتشيك:
حيث n \ u003d S 1 / S 2- درجة التضييق.
عندما يغادر الأنبوب الخزان مقاسات كبيرةعندما يمكن افتراض ذلك S2 / S1= 0 ، وأيضًا في حالة عدم تقريب زاوية الإدخال ، معامل السحب ζ ضيق = 0,5.
4. تضييق القناة التدريجي. هذه المقاومة المحلية عبارة عن أنبوب متقارب مخروطي يسمى مربك(الشكل 4.13). يترافق تدفق السائل في الخلط مع زيادة في السرعة وانخفاض في الضغط. لا يوجد سوى خسائر احتكاك في المُربِك
حيث يتم تحديد معامل السحب للمربك بواسطة الصيغة
حيث n \ u003d S 1 / S 2- درجة التضييق.
يحدث تكوين دوامة طفيف وفصل التدفق من الجدار مع ضغط متزامن للتدفق فقط عند مخرج المربك عند تقاطع الأنبوب المخروطي مع الأنبوب الأسطواني. من خلال تقريب زاوية المدخل ، يمكن تقليل فقدان الرأس عند مدخل الأنبوب بشكل كبير. يتم استدعاء الخلط مع التزاوج السلس مع الأجزاء الأسطوانية والمخروطية فوهة(شكل 4.14).
أرز. 4.14. فوهة
5. الانحناء المفاجئ للأنبوب (الكوع). هذا النوع من المقاومة المحلية (الشكل 4.15) يسبب خسائر كبيرة في الطاقة ، لأن يحدث فصل التدفق وتكوين الدوامة فيه ، وكلما زادت الخسارة ، زادت الزاوية δ. يتم حساب خسارة الرأس بواسطة الصيغة
أين ζ عدد- معامل مقاومة الركبة لمقطع عرضي دائري ، يتم تحديده من الرسم البياني اعتمادًا على زاوية الركبة δ (الشكل 4.16).
6. الانحناء التدريجي للأنبوب (كوع مستدير أو كوع). إن نعومة الدوران تقلل بشكل كبير من شدة تكوين الدوامة ، وبالتالي مقاومة التراجع مقارنة بالكوع. هذا الانخفاض هو أكبر ، كلما زاد نصف القطر النسبي لانحناء المنعطف بحث وتطوير
