Fő hajtókák
Az első részben azt láttuk, hogy az áramlás és a nyomás hogyan befolyásolta a víz átadását a csövek belsejében, valamint az áramlás és a folyadék sebessége közötti kapcsolat.
A második részben elkezdtük bevezetni az energia fogalmát, mint hajtóerőt, hogy elérjük a rendszer bizonyos nyomását, és leküzdjük azokat az ellenállásokat is, amelyek ellentétesek a folyadék szállításával. Ezeket az ellenállásokat főleg a csövek belsejében áramló víz súrlódása, valamint a betáplálási és a szivattyúzási pont közötti magasságkülönbségek alapján azonosították.
Ebben a harmadik részben megnézzük azokat az energiafajtákat, amelyek a nyomócsövekben keringő vízben vannak, amelyek segítenek megérteni a különböző nyomásmagasságok kapcsolatát.
Folyadékokban lévő energia típusai
A hidraulikában az energiát úgy fejezik ki, ahogy alább láthatjuk, hosszegységben, azaz méterben.
Az egyenlet Bernouilli elmagyarázza a csőben lévő folyadékáramhoz átvitt energia megmaradásának törvényét: ha nincs súrlódás, a részecskék energiaveszteség nélkül, korlátlanul mozognak a cső mentén.
A folyadék bármely pontján a teljes energia három komponensű, és megegyezik három energia összegével:
Hirdető
1. Helyzeti energia a referenciasík feletti magasság miatt és amelynek értéke
Eh = m · g · Z, hol m a tömeg, g a gravitáció gyorsulása és Z a geometriai méret vagy magasság.
két. Energia a nyomás miatt folyadék:
Ep = p · m · g hol o a folyadék által kifejtett nyomás.
3. Kinetikus energia a folyadék sebessége miatt, v
Ezért a teljes energia az áram bármely pontján ennek a három energiának az összege lenne: potenciál, nyomásenergia és kinetika.
Ei = Eh + Ep + Ec
Azt mondtuk, hogy a hidraulikában az energiát hosszegységekben fejezik ki, vagyis méterben. Ezért az egyenlet három összetevője Bernouilli Háromféle energia létezik, amelyek hidraulikus megnevezésben háromféle magasságra utalnak, amelyek a következők:
- Geometriai magasság Z vagy magasság, a folyadék referenciasíkon való elhelyezkedése miatt, méterben.
- Magasság a nyomás miatt o és amely egy olyan folyadékoszlop magasságát képviseli, amely súlya nyomást képes okozni o méteres vízoszlopban.
- Kinetikus magasság a sebesség miatt ami átalakulva kinézne v2/2g, és ez egy magasságot jelent h ahonnan a szabadon eső folyadék elérné a sebességet v.
A megjegyzés a következő ábrán jelenik meg:
6. ábra A nyomás alatt álló folyadék háromféle energiájának ábrázolása.
A 6. ábra az energia típusait mutatja be, amikor a víz egy bizonyos nyomáson kering a csőben. Ha egy átlátszó csövet telepítenénk a cső egy pontjába, amint az a fenti ábrán látható, a víz elérne egy bizonyos magasságot. Ez a fej a szivattyúberendezés által biztosított nyomásenergia, és mindaddig állandó marad, amíg a körülmények nem változnak. Ha az áram hirtelen leállna az átlátszó cső áthaladása után, a sebesség miatti víz energiája az oszlop emelkedését eredményezné, elérve a cső felső határát.
Az energiamegmaradás törvénye szerint, ha a teljes energiát megmérjük egy cső két nagyon közeli szakasza között, amelyeken keresztül folyadék kering, akkor:
Eh1 + Ep1 + Ec1 = Eh2 + Ep2 + Ec2
(m · g · Z1) + (p1 · m · g) + (m · v12/2) = (m · g · Z2) + (p2 · m · g) + (m · v22/2)
És osztva m g végül:
Z1 + p1 + (v12/2g) = Z2 + p2 + (v22/2g) = állandó
A Bernouilli-egyenlet azt mondja nekünk, hogy az egész folyamat során a három tag módosulhat bizonyos értékek másokkal való cseréje miatt, de a teljes összeget mindig meg kell tartani.
Ez az egyenlet csak két nagyon közeli pontra érvényes. Amint az alábbiakban látni fogjuk, minden energiaátalakításnál van egy lebomlás, amelyet jelen esetben a vízáram súrlódása okoz a cső belső falaihoz, és ezért módosítja az egyenlőséget.
Piezometrikus vezeték és távvezeték
A csőben lévő vízrészecskék áramvonalaknak nevezett utakon mozognak. Amint azt az előző szakaszban láttuk, a következő sajátos töltések vagy energiák határozhatók meg egy áramvonal minden egyes pontjával kapcsolatban:
Piezometrikus-statikus terhelés (Ep), amely csoportosítja a Z helyzet energiáját plusz a p nyomás energiáját, amelyet egy szivattyúberendezés továbbít a vízbe:
Kinetikus-dinamikus terhelés (Ec), a folyadék kinetikus energiája vagy sebessége miatt, és amelynek kifejezése:
A teljes terhelés (Et) ekkor mindkét terhelés összege, a statikus plusz a dinamika:
Most nézzük meg a következő diagramot, amely a cső olyan szakaszát ábrázolja, amely nyomás alatt vizet szállít. Két szakaszt jeleztek, amelyek mindegyikükben szemléltetik, hogyan változik a folyadék teljes energiája.
7. ábra Energiaveszteség nyomásvezetéken.
Helyezze az energiát Z nem változik, mivel a csőszakasz ugyanazon a magasságban marad a referenciasíkhoz képest. A kinetikus energiavezeték és a piezometrikus vonal változó, mivel a cső belsejében lévő víz mozgása súrlódást okoz, ami fej- vagy nyomásvesztést okoz. h. A kinetikus terhelés valójában nem változik, mivel a csőben lévő víz mindkét szakaszon azonos sebességet tart fenn. Nyomásesés h kizárólag a piezometrikusra hat.
A fentiek után a Bernouilli-egyenletnek így kell kinéznie:
Z1 + p1 + (v12/2g) = Z2 + p2 + (v22/2g) + h1-2
És leegyszerűsítve Z1 egyenlő Z2 Y v1 egyenlő v2:
p1 = p2 + h1-2
p2 = p1 - h1-2
Az új kifejezés h1-2 az energiaveszteségeket jelenti, amelyek az 1. és 2. szakasz közötti vezetésben fordulnak elő. Ezt a kifejezést mca-ben is kifejezzük, és mint már tudjuk, fejveszteségként vagy nyomásvesztésként ismerjük, és a folyadéknak a csőfalakkal való súrlódásából adódik.
A folyadékáramlás minden gyakorlati képlete Bernoulli tételéből származik, módosításokkal a súrlódás miatti veszteségek elszámolására.
A következő héten visszatérünk, hogy hangsúlyozzuk a víz áramlását, nyomását és sebességét, olyan kifejezéseket, amelyek hajlamosak összekeveredni, néha téves értelmezéseket eredményezve.