Hydraulické ztráty

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. září 2020; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Hydraulické ztráty neboli hydraulický odpor jsou nevratné ztráty měrné energie (její přeměna na teplo ) v úsecích hydraulických systémů ( hydraulické pohony , potrubí , jiná hydraulická zařízení) v důsledku přítomnosti viskózního tření [1] [2] . Přestože celková ztráta energie je v podstatě kladná hodnota, rozdíl v celkových energiích na koncích průtokové sekce může být i záporný (např. s ejekčním efektem ).

Hydraulické ztráty se obvykle dělí na dva typy:

Ztráty třením po délce - vznikají při rovnoměrném proudění, v čisté formě - v přímých trubkách konstantního průřezu jsou úměrné délce trubky;
Lokální hydraulické ztráty – v důsledku tzv. lokální hydraulický odpor - změny tvaru a velikosti koryta, deformující proudění. Příklady místních ztrát jsou: náhlá expanze potrubí, náhlé zúžení potrubí, ohyb, ventil.

Hydraulické ztráty se vyjadřují buď v tlakových ztrátách v lineárních jednotkách sloupce média, nebo v jednotkách tlaku : kde je hustota média, g je zrychlení volného pádu . $\Delta h$ $\Delta P$ ${\displaystyle \Delta h={\Delta P \over \rho g))$ $\rho$

Ztrátové poměry

V mnoha případech lze přibližně uvažovat, že ztráta energie při průtoku kapaliny [3] prvkem hydraulického systému je úměrná druhé mocnině rychlosti kapaliny [2] . Z tohoto důvodu je vhodné charakterizovat odpor bezrozměrnou veličinou ζ [4] , která se nazývá ztrátový součinitel nebo součinitel místního odporu a je taková, že

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

To znamená , že za předpokladu, že rychlost w v celé průtokové sekci je stejná, ζ=Δp / etorm , kde etorm = ρw2 / 2 je energie zpomalení jednotkového průtokového objemu vzhledem ke kanálu. Ve skutečnosti není rychlost proudění stejnoměrná, v referenční literatuře se v těchto vzorcích bere průměrný průtok w = Q / F , kde Q je objemový průtok, F je plocha průřezu, pro kterou rychlost se vypočítá [1] . Průměrná energie stagnace průtoku je tedy obvykle o něco větší než ρ w ²/2, viz odmocnina .

Pro lineární ztráty obvykle používají koeficient ztráty třením po délce (též Darcyho koeficient ) λ, který se objevuje v Darcy-Weisbachově vzorci [2]

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

kde L je délka prvku, d je charakteristická velikost průřezu (u kruhových trubek je to průměr). Jinak v jednotkách tlaku

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

;

tedy pro lineární prvek relativní délky je koeficient třecího odporu . ${\frac {L}{d))$ ${\displaystyle \zeta _{\text{tr))=\lambda {L \over d))$

Vliv režimu proudění v potrubí na hydraulické ztráty

Protože v režimu turbulentního proudění se energie proudění spotřebovává k překonání viskozity během turbulentních oscilací, hydraulické ztráty v režimu laminárního proudění jsou mnohem menší než v režimu turbulentním . Pokud by tedy bylo například možné zachovat režim laminárního proudění v systémech zásobování vodou a vytápění při stávajících rychlostech průtoku kapaliny, pak by se hlava čerpadla mohla snížit 5-10krát . Změna režimu proudění z laminárního na turbulentní způsobuje prudký nárůst odporu (při některých rychlostech, tj. v určitém rozsahu Reynoldsových čísel , je laminární proudění nestabilní, ale za určitých podmínek může existovat). Součinitel hydraulického odporu v laminárním režimu je přitom obvykle větší než v turbulentním režimu, protože pro laminární režimy jsou charakteristické nižší rychlosti. Při laminárním proudění je odpor přibližně lineárně závislý na rychlosti (odpovídajícímu přibližně lineárně klesá koeficient, např. u kruhových trubek ). V turbulentním režimu v hydraulicky hladkých potrubích (s malou drsností a malým Re) má závislost jiný charakter (u kruhových potrubí ) a ve všech praktických případech leží nad závislostí pro laminární režim; při vyšších Reynoldsových číslech pod vlivem drsnosti graf λ prochází složitým ohybem a od určité kritické hodnoty v Re>Re cr (oblast vlastní podobnosti) závisí λ pouze na drsnosti. $\lambda ={\frac {64}{\mathrm {Re} }}$ $\lambda ={\frac {0.3164}{\sqrt[{4}]{\mathrm {Re} }}}.$

Hodnota v technologii

K překonání hydraulických ztrát v různých technických systémech se vynakládá práce takových zařízení, jako jsou čerpadla , dmychadla .

Pro snížení hydraulických ztrát se doporučuje vyvarovat se použití dílů v konstrukcích hydraulických zařízení, které přispívají k prudké změně směru proudění - například nahradit náhlé roztažení potrubí postupným rozpínáním ( difuzor ), dávají tělesům pohybujícím se v kapalinách proudnicový tvar atd. I v absolutně hladkých potrubích dochází k hydraulickým ztrátám [2] ; v laminárním režimu na ně má drsnost malý vliv, nicméně v obvyklých turbulentních režimech v technologii její nárůst zpravidla způsobuje zvýšení hydrodynamického odporu.

Někdy je naopak požadováno zavést do proudění hydraulický odpor. K tomu se používají škrticí podložky , redukční jednotky, regulační ventily . Měřením tlaku na některém prvku, jehož graf součinitele hydraulického odporu je znám, lze zjistit průtok u některých běžných typů průtokoměrů .

Viz také

Odkazy

Ukázka jevu hydraulických ztrát v experimentu (video)
Tření při pohybu tuhého tělesa v kapalině (video s ukázkou zážitku)
Dokument "Ztráta hlavy při pohybu tekutin" - VIDEO NENÍ K DISPOZICI - VIDEO

Poznámky

↑ 1 2 Idelchik I. E. Příručka hydraulického odporu / Ed. M. O. Steinberg. - 3. vyd., revidováno. a dodat. - M.: Mashinostroenie, 1992. - C. 10
↑ 1 2 3 4 Hydraulika, hydraulické stroje a hydraulické pohony: Učebnice pro vysoké školy strojírenství / T. M. Bashta, S. S. Rudnev, B. B. Nekrasov a další - 2. vyd., revidováno .. - M. : Mashinostroenie , 1982. - S. 48 -50, 84, 88.
↑ V hydrodynamice se jakákoli kapalina nazývá kapalina, a to jak kapající kapalina , tak plyn .
↑ Platí také označení ξ ; písmena jsou často zaměňována, někdy se používají k rozlišení, zda byla rychlost ve vzorci měřena ve vstupní nebo výstupní části prvku (u rozšiřujících nebo zužujících se prvků).