Como todos sabemos, os tubos são substâncias sólidas e a água é um fluido que pode fluir facilmente. Se a água dentro da tubulação estiver fluindo, parte da energia deve ser convertida em energia térmica e “consumida”, ou seja, uma parte da pressão da água (ou chamada cabeça) é perdida. Isto é um reflexo de coisas objetivas e é uma lei inevitável do movimento do fluxo de água. Normalmente chamamos esse fenômeno de transformação de energia de “perda de energia” (ou “perda hidráulica”, “perda de carga”). É calculado em metros.
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Quão significativo é o impacto da resistência do gasoduto na cabeça?
Alguns usuários mediram que, embora a distância vertical do reservatório ou torre de água até a superfície da fonte de água ainda seja um pouco menor que a altura manométrica da bomba, o volume de água ainda permanece pequeno ou a água não pode ser bombeada. O motivo comum é que a tubulação é muito longa e há muitas curvas na tubulação de água, resultando em perda excessiva de resistência do fluxo de água na tubulação. Geralmente, uma curvatura de 90 graus tem maior resistência do que uma curvatura de 120 graus. A perda de resistência de cada curva de 90 graus é de aproximadamente 0,5-1 metro, e a resistência de cada 20 metros de tubulação pode causar uma perda de aproximadamente 1 metro de altura manométrica. Além disso, alguns usuários também alteram aleatoriamente os diâmetros dos tubos de entrada e saída da bomba, o que também tem um certo impacto na altura manométrica. Então, quanto a resistência do gasoduto afeta a cabeça? A seguir, vejamos a tabela abaixo.
Você entende os motivos da perda de água causada pelo fluxo de água na tubulação? Pergunta 1: É devido ao efeito obstrutivo das paredes ásperas do tubo.
2. É o movimento relativo entre diferentes camadas de fluxo de água. 3. É o vórtice formado pela rápida mudança local do fluxo de água dentro dos acessórios da tubulação. A perda hidráulica da tubulação (rede) consiste em duas partes: a perda ao longo da tubulação e a perda local. Na engenharia, devemos calcular e saber a quantidade dessa perda para selecionar corretamente a bomba e determinar a altura manométrica necessária.
A perda na tubulação ao longo de todo o caminho do fluxo é a resistência ao atrito que ocorre durante todo o processo de fluxo. Está relacionado a fatores como rugosidade da parede do tubo, comprimento do tubo, diâmetro do tubo e velocidade do fluxo. Com base nos princípios da hidráulica, sua relação pode ser estabelecida.
A perda ao longo da tubulação é diretamente proporcional ao coeficiente de atrito ao longo da tubulação, que está relacionado à rugosidade da parede do tubo. Diferentes materiais de tubos têm rugosidades diferentes e os tubos de ferro fundido são relativamente ásperos, portanto o coeficiente de atrito ao longo da tubulação é maior; os tubos de plástico são relativamente lisos, portanto o coeficiente de atrito ao longo da tubulação é menor. Também é proporcional ao comprimento do tubo; inversamente proporcional ao diâmetro do tubo. Ou seja, quando a vazão é constante, quanto menor o diâmetro do tubo e mais rápida a velocidade do fluxo, maior será a perda ao longo da tubulação; também é diretamente proporcional ao valor quadrado da velocidade do fluxo. Claro, o cálculo é bastante complicado. Um método simples pode ser usado para estimativa.
Perdas locais em tubulações ocorrem quando a água flui através de acessórios como válvulas inferiores, válvulas, cotovelos e redutores na tubulação. Devido aos dispositivos locais, o padrão de fluxo muda; a direção e a velocidade do fluxo também mudam, e vórtices aparecem durante o fluxo, fazendo com que a água colida e se choque. Este tipo de perda hidráulica causada pela resistência local é chamada de perda local.
A magnitude da perda local é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do fluxo de água que passa pelas conexões da tubulação e também está relacionada ao formato e à quantidade das conexões. Se a forma-da seção transversal dos acessórios mudar significativamente e houver um grande número de acessórios, a perda local será maior. Uma vez determinado o esquema de layout do gasoduto, a altura manométrica de perda da tubulação deve ser calculada usando o método de cálculo e, em seguida, a altura manométrica projetada da estação de bombeamento deve ser determinada. Só então a seleção da bomba pode ser realizada. No entanto, o procedimento de cálculo é relativamente complexo. Para simplificar, os dados de cálculo podem ser compilados em uma tabela para referência rápida. Além disso, uma estimativa aproximada pode ser feita: a perda de carga é equivalente a 30% a 50% da altura real de elevação da água do terreno (medida). Para diâmetros de tubos menores e tubulações mais curtas, um valor maior deve ser considerado; para diâmetros de tubos maiores e tubulações mais longas, um valor menor deve ser adotado.
A perda total do gasoduto ao longo da rota e as perdas locais podem ser calculadas usando software existente, como o sistema de software de seleção desenvolvido por Yi Wei, para facilitar o processo de cálculo.
Perda de pressão quando um líquido flui em um tubo reto
A perda de pressão quando um líquido flui em um tubo reto é causada pelo atrito durante o movimento do líquido e é chamada de perda de pressão por atrito. Depende principalmente do comprimento da tubulação, do diâmetro interno, da velocidade do fluxo do líquido e da viscosidade do líquido, etc. A perda de pressão varia com os diferentes estados de fluxo do líquido. Na transmissão hidráulica, o fluxo laminar do líquido em um tubo circular é o mais comum, portanto, ao projetar um sistema hidráulico, muitas vezes é desejado manter o fluxo do líquido na tubulação em estado laminar.
Perda de pressão ao longo do caminho de fluxo de fluidos em tubulações. Perda de pressão durante o fluxo laminar. Na transmissão hidráulica, a maior parte do estado de fluxo do líquido é fluxo laminar. Neste estado, a perda de pressão do líquido que flui através de um tubo reto pode ser calculada teoricamente.
Fluxo laminar em um tubo circular (1) A lei de distribuição de velocidade do líquido na seção transversal-do fluxo. Conforme mostrado na figura acima, o líquido se move de maneira laminar em um tubo circular com diâmetro d. O tubo é colocado horizontalmente e um pequeno cilindro com seu eixo coincidente com o eixo do tubo é colocado dentro do tubo. Seja seu raio re e seu comprimento l. As forças que atuam neste pequeno cilindro ao longo da direção do eixo do tubo são: a pressão na extremidade esquerda p1, a pressão na extremidade direita p2 e a força de atrito na superfície do cilindro Ff. Então a equação do equilíbrio de forças é:
Da Equação (2-6), podemos concluir:
Na fórmula: μ representa a viscosidade dinâmica. Como o incremento da velocidade du tem sinal oposto ao incremento do raio dr, um sinal negativo é adicionado à fórmula. Além disso, Δp=p1 - p2. Substituindo Δp e a equação (2-45) na equação (2-44), obtemos:
A integral em relação à variável é:
Quando r=R, u=0. Substituindo isso na equação (2-47) produz:
Então
A partir da fórmula, pode-se observar que a velocidade do fluxo u dentro do tubo é distribuída ao longo da direção do raio de acordo com uma lei parabólica. A velocidade máxima do fluxo ocorre no eixo e seu valor é:
(2) A vazão na tubulação.
O volume mostrado na Figura (b) do projétil é o volume do líquido que flui através da seção transversal-de fluxo por unidade de tempo, que é a vazão. Para calcular seu volume, pode-se pegar um anel circular fino com espessura de dr e raio r. A taxa de fluxo desta área anular é:
Para o cálculo integral, podemos obter a vazão q:
(3) Velocidade média do fluxo. Deixe a velocidade média do fluxo dentro do tubo ser υ
Por comparação, podemos obter a relação entre a vazão média e a vazão máxima:
(4) Perda de pressão ao longo do caminho. No estado de fluxo laminar, a perda de pressão ao longo do caminho do líquido que flui através de um tubo reto pode ser calculada usando a fórmula:
A partir da equação, pode-se observar que no estado de fluxo laminar, a perda de pressão do líquido que flui através de um tubo reto é proporcional à viscosidade dinâmica, ao comprimento do tubo e à velocidade do fluxo, e inversamente proporcional ao quadrado do diâmetro do tubo. Ao calcular a perda de pressão na prática, para simplificar o cálculo, temos μ=υdρ/Re, e substituímos μ=υdρ/Re, e multiplicamos o numerador e o denominador por 2g para obter:
Na fórmula: λ representa o coeficiente de atrito ao longo do caminho. Seu valor teórico é λ=64/Re, enquanto na prática, devido a vários fatores, para tubos de metal liso, λ=75/Re é considerado, e para tubos de borracha, λ=80/Re é adotado. No fluxo turbulento, a perda de pressão é causada pelo fluxo laminar de cada partícula com movimento axial regular. Não há movimento lateral. Uma das características importantes do fluxo turbulento é que as partículas do líquido não têm mais movimento axial regular, mas em vez disso se misturam e pulsam umas com as outras durante o movimento. Este movimento extremamente irregular causa colisões entre partículas e forma vórtices, resultando em perda de energia muito maior no fluxo turbulento do que no fluxo laminar. Devido à complexidade do fenômeno do fluxo turbulento, até o momento, nenhum resultado satisfatório foi alcançado através do seu estudo completo por meio de métodos teóricos. Portanto, experimentos ainda são utilizados para pesquisas, complementados por explicações teóricas. Assim, a perda de pressão do fluxo líquido no estado turbulento ainda é calculada usando a fórmula, e o valor de λ não está relacionado apenas ao número de Reynolds Re, mas também à rugosidade da superfície da parede do tubo.
2. Perda de pressão local
A perda de pressão local refere-se à perda de pressão causada pelo fluxo de líquido que passa pelas portas da válvula, curvas, mudanças na seção transversal-do fluxo, etc. Quando o líquido flui através dessas áreas, devido às mudanças na direção e velocidade do fluxo do líquido, vórtices são formados, fazendo com que as partículas do líquido colidam umas com as outras, resultando em perda significativa de energia.
A fórmula de cálculo para a perda de pressão local na seção expandida repentinamente pode ser expressa da seguinte forma:
Na fórmula: é o coeficiente de resistência local, cujo valor só pode ser obtido através de derivação teórica quando o líquido flui através de uma seção transversal-subitamente expandida; caso contrário, deve ser determinado através de experimentos. é a velocidade média do fluxo do líquido, geralmente referindo-se à velocidade do fluxo a jusante da resistência local. A perda de pressão total do sistema de tubulação é igual à soma de todas-as perdas de pressão-ao longo do curso e de todas as perdas de pressão locais, ou seja:
