Хидравлично съпротивление - и как ще течем?

При всяко движение има загуби на енергия - поне ще бъде кола, поне самолет, дори и течност в тръбопровода. Винаги част от енергията се изразходва за преодоляване на съпротивлението на движението. Намаляване на главата на течността и обичайно е да се определи как хидравличното съпротивление. Всъщност съществуват два вида такава съпротива - локална и линейна. Местното е свързано с загуби на енергия в клапаните, вентилите, завоите, удълженията и стесненията на тръбата.

Трябва да се отбележи, че източникът на загуби е винаги вискозитет на течност. Местните загуби или хидравличното съпротивление, чиято формула за изчисление е свързана с параметрите на клапаните, тръбите и вентилите, се определят със специален метод. Но линейните загуби до голяма степен зависят от естеството на потока течност в тръбата.

Изследванията на режимите на флуидния поток са извършени от Рейнолдс през 1883 година. В тези изследвания е използван поток от вода, в който е добавена боя и в стъклената тръба може да се наблюдава природата на движението на боята и водата. В този случай се измерват налягането, скоростта и налягането на течността.

Първият начин на движение се наблюдава при ниска скорост на водата. В този случай боята и водата не се смесват помежду си и се движат заедно по тръбата. Скоростта и налягането са постоянни във времето. Този режим на флуиден поток се нарича ламинарен.

Ако обаче скоростта на движение се увеличи, тогава при определена стойност се променя картината на движението на течността. Една струя от боя започва да се смесва около целия обем на тръбата, вихрови образувания и въртене на течността стават видими. Измерени стойности на скоростта и налягане на флуида започват да пулсират. Подобно движение се нарича турбулентност. Ако дебитът се намали, ламинарният поток се възстановява отново.

С ламинарен поток хидравлична течност Съпротивлението е минимално, когато турбулентът е много по-голям. Тук е необходимо да се изясни, че на стената на тръбата все още има загуби от триене. Скоростта по време на ламинарен поток е минимална в стената на тръбата и е максимална в центъра на потока, но потокът вода се движи гладко по цялата тръба. При турбулентното движение получената турбуленция създава пречки за движението на водата и допълнителното хидравлично съпротивление.

Има още един феномен, който допринася за загубите. Нарича се кавитация. Кавитация се наблюдава, когато в потока на течността в тръбата се появи затруднение. След това на такова място скоростта на движение се увеличава и, според законът Бернули, налягането намалява. Намаляването на налягането води до факта, че отделянето на газовете, разтворени в течността започва и водата започва да кипи при текущата температура.

След преминаване на тесен участък скоростта на потока намалява, налягането се повишава и варенето изчезва. Кавитацията причинява допълнителни загуби, дължащи се на локални ламинарни нарушения на потока. Като правило, това се случва в кранове, ключалки и други подобни възли. Това явление се счита за изключително нежелателно, защото може да доведе до увреждане на цялата тръбопроводна система.

По този начин се оказва, че хидравличното съпротивление е концепция, която се определя от няколко фактора. Те включват дизайнерските характеристики на тръбопроводната система (дължина, завои, кранове и ключалки), включително материала, от който се произвеждат тръбите. Загубата се влияе и от естеството на флуидния поток. Това ни позволява да разберем какво трябва да бъде тръбопроводната система и какво трябва да се избягва при нейното проектиране и експлоатация.

В представения материал се разглежда концепцията за хидравлично съпротивление по отношение на тръбопроводната система. Представено е описание на различните режими на течливост на течността и нейното поведение в тръбите.