Der Einfluss des Rohrleitungswiderstands auf die Förderhöhe und die Berechnung des Rohrverlusts

Wie wir alle wissen, sind Rohre feste Stoffe und Wasser ist eine Flüssigkeit, die leicht fließen kann. Wenn das Wasser im Rohr fließt, muss ein Teil der Energie in Wärmeenergie umgewandelt und „verbraucht“ werden, d. h. ein Teil des Wasserdrucks (oder Förderhöhe genannt) geht verloren. Dies spiegelt objektive Dinge wider und ist ein unvermeidliches Gesetz der Wasserströmungsbewegung. Gewöhnlich nennen wir dieses Phänomen der Energieumwandlung „Energieverlust“ (oder „hydraulischer Verlust“, „Druckverlust“). Sie wird in Metern berechnet.

Pumpe

Wie groß ist der Einfluss des Rohrleitungswiderstands auf die Förderhöhe?

Einige Benutzer haben gemessen, dass der vertikale Abstand vom Reservoir oder Wasserturm zur Wasserquellenoberfläche zwar immer noch etwas geringer ist als die Förderhöhe der Pumpe, das Wasservolumen jedoch immer noch gering bleibt oder kein Wasser gepumpt werden kann. Der häufigste Grund ist, dass die Rohrleitung zu lang ist und die Wasserleitung viele Biegungen aufweist, was zu einem übermäßigen Widerstandsverlust des Wasserflusses in der Rohrleitung führt. Im Allgemeinen weist eine 90-Grad-Biegung einen größeren Widerstand auf als eine 120-Grad-Biegung. Der Widerstandsverlust jeder 90-Grad-Biegung beträgt etwa 0,5 bis 1 Meter, und der Widerstand aller 20 Meter der Rohrleitung kann einen Druckverlust von etwa 1 Meter verursachen. Darüber hinaus ändern einige Benutzer auch zufällig die Rohrdurchmesser der Einlass- und Auslassrohre der Pumpe, was auch einen gewissen Einfluss auf die Förderhöhe hat. Wie stark beeinflusst der Rohrleitungswiderstand die Förderhöhe? Schauen wir uns als Nächstes die folgende Tabelle an.

Verstehen Sie die Gründe für den Wasserverlust, der durch den Wasserfluss in der Leitung verursacht wird? Frage 1: Es liegt an der behindernden Wirkung der rauen Rohrwände.

2. Es handelt sich um die relative Bewegung zwischen verschiedenen Schichten des Wasserflusses.. 3. Es handelt sich um den Wirbel, der durch die lokale schnelle Änderung des Wasserflusses innerhalb der Rohrverbindungsstücke entsteht. Der hydraulische Verlust der Rohrleitung (Netz) besteht aus zwei Teilen: dem Verlust entlang der Rohrleitung und dem lokalen Verlust. Im Ingenieurwesen müssen wir die Höhe dieses Verlusts berechnen und kennen, um die Pumpe richtig auszuwählen und die erforderliche Pumpenförderhöhe zu bestimmen.

Der Rohrleitungsverlust entlang des gesamten Strömungswegs ist der Reibungswiderstand, der während des gesamten Strömungsprozesses auftritt. Sie hängt von Faktoren wie der Rauheit der Rohrwand, der Rohrlänge, dem Rohrdurchmesser und der Strömungsgeschwindigkeit ab. Basierend auf den Prinzipien der Hydraulik kann sein Zusammenhang festgestellt werden.

Der Verlust entlang der Rohrleitung ist direkt proportional zum Reibungskoeffizienten entlang der Rohrleitung, der von der Rauheit der Rohrwand abhängt. Unterschiedliche Rohrmaterialien weisen unterschiedliche Rauheiten auf, und Gussrohre sind relativ rau, sodass der Reibungskoeffizient entlang der Rohrleitung größer ist. Kunststoffrohre sind relativ glatt, daher ist der Reibungskoeffizient entlang der Rohrleitung kleiner. Es ist auch proportional zur Länge des Rohrs; umgekehrt proportional zum Rohrdurchmesser. Das heißt, bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit ist der Verlust entlang der Rohrleitung umso größer, je kleiner der Rohrdurchmesser und je schneller die Strömungsgeschwindigkeit ist; es ist auch direkt proportional zum Quadratwert der Strömungsgeschwindigkeit. Natürlich ist die Berechnung ziemlich kompliziert. Zur Schätzung kann eine einfache Methode verwendet werden.

Lokale Verluste in Rohrleitungen treten auf, wenn Wasser durch Armaturen wie Bodenventile, Ventile, Winkelstücke und Reduzierstücke in der Rohrleitung fließt. Aufgrund der lokalen Geräte verändert sich das Strömungsbild; Auch Richtung und Geschwindigkeit der Strömung ändern sich, und während der Strömung entstehen Wirbel, die dazu führen, dass das Wasser kollidiert und aufeinander prallt. Diese Art von hydraulischem Verlust, der durch lokalen Widerstand verursacht wird, wird lokaler Verlust genannt.

Die Größe des lokalen Verlusts ist direkt proportional zum Quadrat der Wasserströmungsgeschwindigkeit, die durch die Rohrformstücke fließt, und hängt auch von der Form und Menge der Formstücke ab. Wenn sich die Querschnittsform der Formstücke erheblich ändert und eine große Anzahl von Formstücken vorhanden ist, ist der lokale Verlust größer. Sobald das Pipeline-Layout festgelegt ist, muss die Pipeline-Verlusthöhe mithilfe der Berechnungsmethode berechnet und anschließend die Auslegungshöhe der Pumpstation bestimmt werden. Erst dann kann die Pumpenauswahl durchgeführt werden. Allerdings ist das Berechnungsverfahren relativ komplex. Der Einfachheit halber können die Berechnungsdaten zum schnellen Nachschlagen in einer Tabelle zusammengestellt werden. Darüber hinaus lässt sich eine grobe Abschätzung vornehmen: Die Verlustfallhöhe entspricht 30 % bis 50 % der tatsächlichen Geländewasserhebehöhe (gemessen). Bei kleineren Rohrdurchmessern und kürzeren Rohrleitungen sollte ein größerer Wert angesetzt werden; Bei größeren Rohrdurchmessern und längeren Rohrleitungen sollte ein kleinerer Wert angesetzt werden.

Um den Berechnungsprozess zu erleichtern, können der Gesamtverlust der Pipeline entlang der Route und lokale Verluste mithilfe vorhandener Software berechnet werden, beispielsweise mit dem von Yi Wei entwickelten Auswahlsoftwaresystem.

Druckverlust, wenn eine Flüssigkeit in einem geraden Rohr fließt

Der Druckverlust beim Fließen einer Flüssigkeit in einem geraden Rohr wird durch die Reibung während der Flüssigkeitsbewegung verursacht und wird Reibungsdruckverlust genannt. Er hängt hauptsächlich von der Länge der Rohrleitung, dem Innendurchmesser, der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, der Viskosität der Flüssigkeit usw. ab. Der Druckverlust variiert mit den verschiedenen Strömungszuständen der Flüssigkeit. Bei der hydraulischen Übertragung kommt die laminare Strömung der Flüssigkeit in einem kreisförmigen Rohr am häufigsten vor. Daher ist es beim Entwurf eines hydraulischen Systems häufig wünschenswert, die Flüssigkeitsströmung in der Rohrleitung in einem laminaren Zustand zu halten.

Druckverlust entlang des Strömungswegs von Flüssigkeiten in Rohrleitungen. Druckverlust bei laminarer Strömung. Bei der hydraulischen Übertragung ist der Flüssigkeitsströmungszustand größtenteils eine laminare Strömung. In diesem Zustand kann der Druckverlust der durch ein gerades Rohr fließenden Flüssigkeit theoretisch berechnet werden.

Laminare Strömung in einem kreisförmigen Rohr (1) Das Geschwindigkeitsverteilungsgesetz der Flüssigkeit auf dem Strömungsquerschnitt. Wie in der obigen Abbildung dargestellt, bewegt sich die Flüssigkeit laminar in einem kreisförmigen Rohr mit einem Durchmesser von d. Das Rohr wird horizontal platziert und ein kleiner Zylinder, dessen Achse mit der Rohrachse übereinstimmt, wird in das Rohr eingesetzt. Sein Radius sei r und seine Länge sei l. Die auf diesen kleinen Zylinder entlang der Rohrachsenrichtung wirkenden Kräfte sind: der Druck am linken Ende p1, der Druck am rechten Ende p2 und die Reibungskraft auf der Zylinderoberfläche Ff. Dann lautet die Kräftegleichgewichtsgleichung:

Aus Gleichung (2-6) können wir schließen:

In der Formel steht μ für die dynamische Viskosität. Da die Geschwindigkeitszunahme du das entgegengesetzte Vorzeichen zur Radiuszunahme dr hat, wird in der Formel ein negatives Vorzeichen hinzugefügt. Zusätzlich gilt Δp=p1 - p2. Wenn wir Δp und Gleichung (2-45) in Gleichung (2-44) einsetzen, erhalten wir:

Das Integral bezüglich der Variablen ist:

Wenn r=R, u=0. Das Einsetzen in Gleichung (2-47) ergibt:

Dann

Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Strömungsgeschwindigkeit u im Rohrinneren nach einem Parabelgesetz entlang der Radiusrichtung verteilt ist. Auf der Achse tritt die maximale Strömungsgeschwindigkeit auf und ihr Wert beträgt:

(2) Die Durchflussrate in der Rohrleitung.

Das in Abbildung (b) dargestellte Volumen des Projektils ist das Volumen der Flüssigkeit, das pro Zeiteinheit durch den Strömungsquerschnitt fließt, also die Strömungsgeschwindigkeit. Um sein Volumen zu berechnen, kann man einen dünnen Kreisring mit der Dicke dr und dem Radius r nehmen. Die Strömungsgeschwindigkeit dieses ringförmigen Bereichs beträgt:

Für die Integralrechnung erhalten wir den Durchfluss q:

(3) Durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit. Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit im Rohr sei υ

Durch Vergleich können wir den Zusammenhang zwischen der durchschnittlichen Durchflussrate und der maximalen Durchflussrate ermitteln:

(4) Druckverlust entlang des Pfades. Im laminaren Strömungszustand kann der Druckverlust entlang des Weges der Flüssigkeit, die durch ein gerades Rohr fließt, mit der Formel berechnet werden:

Aus der Gleichung ist ersichtlich, dass im laminaren Strömungszustand der Druckverlust der durch ein gerades Rohr fließenden Flüssigkeit proportional zur dynamischen Viskosität, der Rohrlänge und der Strömungsgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zum Quadrat des Rohrdurchmessers ist. Wenn wir den Druckverlust in der Praxis berechnen, verwenden wir zur Vereinfachung der Berechnung μ=υdρ/Re, ersetzen μ=υdρ/Re und multiplizieren sowohl den Zähler als auch den Nenner mit 2g, um Folgendes zu erhalten:

In der Formel: λ stellt den Reibungskoeffizienten entlang der Strecke dar. Sein theoretischer Wert beträgt λ=64/Re, während in der Praxis aufgrund verschiedener Faktoren für glatte Metallrohre λ=75/Re und für Gummirohre λ=80/Re angenommen wird. Bei turbulenter Strömung wird der Druckverlust durch die laminare Strömung jedes Partikels mit regelmäßiger axialer Bewegung verursacht. Es gibt keine seitliche Bewegung. Eines der wichtigen Merkmale turbulenter Strömungen besteht darin, dass die Flüssigkeitspartikel sich nicht mehr regelmäßig axial bewegen, sondern sich während der Bewegung miteinander vermischen und pulsieren. Diese extrem unregelmäßige Bewegung führt zu Kollisionen zwischen Partikeln und bildet Wirbel, was bei turbulenten Strömungen zu einem viel größeren Energieverlust führt als bei laminaren Strömungen. Aufgrund der Komplexität des turbulenten Strömungsphänomens konnten bisher keine zufriedenstellenden Ergebnisse bei der vollständigen Untersuchung mit theoretischen Methoden erzielt werden. Daher werden zur Forschung immer noch Experimente herangezogen, ergänzt durch theoretische Erklärungen. Somit wird der Druckverlust der Flüssigkeitsströmung im turbulenten Zustand immer noch mit der Formel berechnet, und der Wert von λ hängt nicht nur von der Reynolds-Zahl Re ab, sondern auch von der Rauheit der Rohrwandoberfläche.

2. Lokaler Druckverlust
Unter lokalem Druckverlust versteht man den Druckverlust, der durch den Flüssigkeitsfluss durch Ventilöffnungen, Biegungen, Änderungen des Strömungsquerschnitts usw. verursacht wird. Wenn die Flüssigkeit durch diese Bereiche fließt, bilden sich aufgrund der Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen des Flüssigkeitsflusses Wirbel, die dazu führen, dass die Flüssigkeitspartikel miteinander kollidieren, was zu einem erheblichen Energieverlust führt.

Die Berechnungsformel für den lokalen Druckverlust im plötzlich erweiterten Abschnitt kann wie folgt ausgedrückt werden:

In der Formel: ist der lokale Widerstandskoeffizient, dessen Wert nur durch theoretische Ableitung ermittelt werden kann, wenn die Flüssigkeit durch einen plötzlich erweiterten Querschnitt fließt; andernfalls muss sie durch Experimente ermittelt werden. ist die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und bezieht sich im Allgemeinen auf die Strömungsgeschwindigkeit stromabwärts des lokalen Widerstands. Der Gesamtdruckverlust des Rohrleitungssystems ist gleich der Summe aller Druckverluste entlang-des-Verlaufs und aller lokalen Druckverluste, d. h.: