Основни ревери
В първата част видяхме как потокът и налягането влияят, когато водата се прехвърля вътре в тръбите и връзката между потока и скоростта на флуида.
Във втората част започнахме да въвеждаме понятието енергия като работно колело за постигане на определен натиск в системата и също така за преодоляване на съпротивленията, които се противопоставяха на транспорта на течността. Тези съпротивления са идентифицирани главно от триенето на водата в нейния поток през вътрешността на тръбите и от височинните разлики между точката на подаване и точката на изпомпване.
В тази трета част ще видим видовете енергия, които има водата, която циркулира вътре в тръбите под налягане, което ще ни помогне да разберем връзката, която съществува между различните височини на налягане.
Видове енергия в течности
В хидравликата енергията се изразява, както ще видим по-долу в мерни единици, тоест в метри.
Уравнението на Бернуили обяснява закона за запазване на енергията, прехвърлена към потока от течности в тръба: ако няма триене, частиците се движат по тръбата без загуба на енергия, за неопределено време.
Общата енергия във всяка точка на флуида има три компонента и е равна на сумата от три енергии:
Реклама
1. Потенциална енергия поради височината над еталонната равнина и чиято стойност е
Eh = m · g · Z, където м е масата, ж ускорението на гравитацията и Z. геометричното измерение или височина.
две. Енергия поради натиск от течността:
Ep = p · m · g където стр е налягането, упражнявано от течността.
3. Кинетична енергия поради скоростта на течността, v
Следователно общата енергия във всяка точка на тока би била сбор от тези три енергии: потенциал, енергия на налягане и кинетика.
Ei = Eh + Ep + Ec
Казахме, че в хидравликата енергията се изразява в мерни единици, тоест в метри. Следователно трите компонента на уравнението на Бернуили Има три вида енергия, които в хидравлично наименование се отнасят до три вида височини, които са следните:
- Геометрична височина Z. или височина, поради положението на течността върху референтната равнина, в метри.
- Височина поради натиск стр и което представлява височината на колона с течност, способна да предизвика налягане от теглото си стр в метри воден стълб.
- Кинетична височина поради скоростта което, преобразено, би изглеждало v2/2g, и това представлява височина з от която течността при свободно падане би достигнала скорост v.
Коментираният се показва на следната схема:
Фиг. 6 Представяне на трите вида енергия на течност под налягане.
Фигура 6 представя видовете енергия, когато водата циркулира вътре в тръбата при определено налягане. Ако инсталирахме прозрачна тръба в точка от тръбата, както е показано на горната фигура, водата ще достигне определена височина. Тази глава е енергията на налягане, осигурена от помпеното оборудване и ще остане постоянна, докато условията не се променят. Ако токът спре внезапно след преминаване на прозрачната тръба, енергията на водата, дължаща се на скоростта, ще доведе до покачване на колоната, достигайки горната граница на тръбата.
Съгласно закона за запазване на енергията, ако измерим общата енергия между два много близки участъка на тръба, през които циркулира течност, ще имаме:
Eh1 + Ep1 + Ec1 = Eh2 + Ep2 + Ec2
(m · g · Z1) + (p1 · m · g) + (m · v12/2) = (m · g · Z2) + (p2 · m · g) + (m · v22/2)
И разделяне на m g най-накрая ще бъде:
Z1 + p1 + (v12/2g) = Z2 + p2 + (v22/2g) = константа
Уравнението на Бернуили ни казва, че през целия поток трите термина могат да претърпят модификации поради обмен на някои стойности с други, но общата сума винаги трябва да се поддържа.
Това уравнение е валидно само за две много близки точки. Както ще видим по-долу, при всяка енергийна трансформация има деградация, която в настоящия случай се причинява от триенето на водния ток върху вътрешните стени на тръбата и следователно променя равенството.
Пиезометрична линия и електропровод
Водните частици вътре в тръбата се движат по пътища, наречени потоци. Както видяхме в предишния раздел, следните специфични заряди или енергии могат да бъдат определени по отношение на всяка точка на текуща линия:
Пиезометрично-статично натоварване (Еп), която групира енергията на позиция Z плюс енергията на налягането p, което помпеното оборудване предава на водата:
Кинетично-динамично натоварване (Ек), поради кинетичната енергия или скоростта на флуида и чийто израз е:
The общо натоварване (Et) тогава ще бъде сумата от двете натоварвания, статичното плюс динамичното:
Сега нека разгледаме следната диаграма, която представлява участък от тръба, който носи вода под налягане. Посочени са две секции, за да се визуализира във всяка от тях как варира общата енергия на течността.
Фиг. 7 Загуба на енергия в напорен тръбопровод.
Позиционна енергия Z. тя не се променя, тъй като участъкът на тръбата остава на същата кота по отношение на референтната равнина. Линията на кинетична енергия и пиезометричната линия се различават, тъй като има триене, произведено от движението на водата вътре в тръбата, което причинява загуба на глава или налягане. з. Кинетичното натоварване всъщност не се променя, тъй като водата в тръбата поддържа еднаква скорост и в двете секции. Спад на налягането з засяга изключително пиезометричните.
След горното уравнението на Бернуи трябва да изглежда така:
Z1 + p1 + (v12/2g) = Z2 + p2 + (v22/2g) + h1-2
И опростяване, като Z1 е равно на Z2 Y. v1 е равно на v2:
p1 = p2 + h1-2
p2 = p1 - h1-2
Новият термин h1-2 представлява енергийните загуби, които възникват при проводимост между участъци 1 и 2. Този термин също се изразява в mca и е известен, както вече знаем, като загуба на глава или загуба на налягане и се дължи на триенето на течността със стените на тръбата.
Всички практически формули за потока на флуида са извлечени от теоремата на Бернули, с модификации, за да се отчетат загубите поради триене.
Следващата седмица ще се върнем, за да подчертаем връзката на потока, налягането и скоростта на водата, термини, които са склонни да се смесват, понякога пораждайки погрешни интерпретации.