Гідравлічний опір
У трубопроводах ( a. hydraulic resistance; н. hydraulischer Widerstand; ф. resistance hydraulique; в. perdida de presion por rozamiento) - опір руху рідин (і газів), що надається трубопроводом. Р. с. на ділянці трубопроводу оцінюється величиною "втраченого" тиску ∆p, що представляє собою ту частину питомої енергії потоку, яка незворотно витрачається на роботу сил опору. При перебігу рідини (газу) в трубопроводі круглого перерізу ∆p (н/м 2) визначається за формулою
Принцип Архімеда Тіло, повністю або частково занурене в рідину, висувається вгору силою форми, що дорівнює вазі рідини, що переміщується тілом. Відповідно до цього принципу тіло отримує поштовх вгору з модулем, що дорівнює вазі зміщеної маси рідини. Корисним додатком є те, коли ви хочете знайти, скільки об'єму тіла занурено, коли воно знаходиться в статичній рівновазі: просто порівняйте силу Архімеда та силу ваги.
Якщо тіло має силу Архімеда вище за свою вагову силу, тіло почне знову з'являтися; інакше він потоне. Перш ніж перейти до динаміки рідини, необхідно визначити внутрішнє тертя рідини, щоб відокремити ідеальні рідини від реальних рідин, тому що поведінка, яка їх характеризує, зовсім інша.
Де - коеф. гідравліч. опору трубопроводу; u - порівн. за перерізом швидкість потоку, м/с; D – внутр. діаметр трубопроводу, м; L – довжина трубопроводу, м; ρ - рідини, кг/м3.
Місцеві Р. с. оцінюються за формулою 
де ξ - коеф. місцевого опору.
У процесі експлуатації магістральних трубопроводів Р. с. зростає внаслідок парафіну (нафтопроводи), скупчень води, конденсату чи утворення гідратів вуглеводневих газів (газопроводи). Для зниження Р. с. виробляють періодич. очищення внутр. порожнини трубопроводів спец. скребками чи роздільниками. Див.також Гідравлічний транспорт. В. А. Юфін.
Де він представляє коефіцієнт в'язкості, який щодо ідеальних рідин завжди дорівнює нулю і може також набувати дуже великих значень реальних. Друга умова, типова для реальних рідин, досягається, як швидкість ковзання досягає більш високого або меншого значення. Для рідини зміни маси маси настільки незначні, що її можна вважати незрозумілою, навіть якщо вона не є ідеальною рідиною. В'язкість, яка може бути застосована до тертя твердого тіламає тенденцію перетворювати кінетичну енергію на внутрішню енергію. Рідина може бути обертальною або зміщеною.
- Режим течії може бути стаціонарним чи турбулентним.
- Рідина може бути стисливою або незрозумілою.
- Рідина може бути в'язкою або не в'язкою.
Гірська енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. За редакцією Є. А. Козловського. 1984-1991 .
Дивитись що таке "Гідравлічний опір" в інших словниках:
гідравлічний опір- Опір руху рідини, що веде до втрати механічної енергії потоку. [ГОСТ 15528 86] гідравлічний опір Опір, що з'являється в рідині, що рухається за рахунок дії сил зовнішнього або внутрішнього тертя, і виявляється … Довідник технічного перекладача
Де він визначає поверхню рідини, прийняту до уваги. Цей розмір щойно визначений, він також може бути виражений у масі шляхом множення першого масового обсягу. Найбільш важливою властивістю потоку є те, що він є інваріантом руху ідеальної рідини: беручи будь-які дві точки в каналі, потік завжди залишається незмінним!
Для тисків існує певний закон, який регулює збереження каналу, пройденому ідеальною рідиною: закон Бернуллі. Він каже нам, що сума трьох тисків зберігається, беручи будь-які дві точки каналу. Маса рідини, що обертається, має тенденцію приймати увігнуту форму з мінімальною точкою точки, що відповідає точці вільної поверхні на осі обертання.
Опір руху рідин (і газів) по трубах, каналах і т. д. зумовлений їхньою в'язкістю. Фізичний енциклопедичний словник. М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1983 р. … Фізична енциклопедія
Те саме, що гідродинамічний опір, але термін зазвичай вживається в гідравліці. Великий Енциклопедичний словник
Рідини, що обертаються, як правило, не обробляються, за винятком невеликого експерименту за розміром, тому просто майте на увазі рівноважну поверхню. Де він вказує відстань від осі обертання та глибину рідини щодо значення. Обертання також створює гідродинамічний тиск, який необхідно враховувати, щоб можна було визначити градієнт тиску.
Фактичні рідини - це ті рідини, де коефіцієнт в'язкості не дорівнює нулю: це завжди відбувається в природі, хоча воду можна розглядати з гарною апроксимацією як ідеали. Практичне застосування в'язкості відбувається, коли рідина тече у трубку круглого перерізу. Потік залишається ламінарним, незважаючи на те, що текучі шари є по суті циліндричними і мають різний радіус.
гідравлічний опір– 3.16. Гідравлічний опір: Втрати тиску в котлі, виміряні як різницю тисків в патрубках, що підводить і відводить, при об'ємній витраті, що відповідає номінальній теплопродуктивності [ЕН 303 1]. Джерело … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації
Важливим наслідком є те, що різні шари не рухаються з однаковою швидкістю: максимальне значення дорівнює осі труби, а мінімальне значення, яке ми припускаємо з хорошим наближенням, дорівнює нулю на стінках труби. З цими припущеннями легко знайти швидкість, яку рідина приймає як відстань від осі труби.
Де він вказує падіння тиску, довжину каналу, радіус циліндра та відстань від осі циліндра. Розглядаючи потік уздовж кожного з тонких циліндричних шарів, легко знайти, що загальна масова витрата дійсна. І легко можна визначити обсяг через знаменитий Закон Пуазейля.
Те саме, що гідродинамічний опір, але термін зазвичай вживається у гідравліці. * * * ГІДРАВЛІЧНИЙ ОПИР ГІДРАВЛІЧНИЙ ОПИР, те ж, що гідродинамічний опір (див. ГІДРОДИНАМІЧНИЙ ОПИР), але термін… … Енциклопедичний словник
гідравлічний опір- hidraulinis pasipriešinimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. flow resistance; hydraulic resistance vok. Strömungswiderstand, m rus. гідравлічний опір, m; опір потоку, n pranc. résistance hydraulique, f … Fizikos terminų žodynas
Цікавою особливістю реальних рідин є турбулентний режим. Він складається здебільшого з нерегулярного руху частинок, обумовленого в загальному випадку зіткненням з перешкодою. Через різні розрахунки ми можемо досягти формули, за якою зможемо знайти, яке значення, режим стає турбулентним.
Після певного значення режим стає турбулентним. Цікаво, що для циліндричних труб це число залишається більш менш фіксованим. Цікавим, але незвичайним є енергія розсіювання енергії на одиницю енергії на одиницю маси рідини в єдиному потоці текучого середовища в трубопроводі, наведеному законом Дарсі-Вейсбаха.
Опір руху рідин (і газів) по трубах, каналах і т.д., обумовлений їхньою в'язкістю. Докладніше див. Гідродинамічний опір … Велика Радянська Енциклопедія
При русі рідини в трубі між нею і стінками труби виникають додаткові сили опору, внаслідок чого частинки рідини, що прилягають до поверхні труби, гальмуються. Це гальмування завдяки в'язкості рідини передається наступним шарам, віддаленим далі поверхні труби, причому швидкість руху частинок у міру видалення їх від осі труби поступово зменшується.
Рівнодіюча сил опору Т спрямована у бік, протилежний руху рідини, і паралельна напрямку руху. Це і є сили гідравлічного тертя (Опір гідравлічного тертя).
Де він вказує на постійну рідину, яка не пов'язана з числом Рейнольдса, оскільки вона має. Нарешті ми можемо ввести падіння тиску на одиницю довжини в циліндричний трубопровід у турбулентних умовах; це виражається законом. Де – постійний коефіцієнт опору.
Тіло, що потрапляє в рідину, рухається з досить конкретним рухом: спочатку прискорюється рівномірно, а потім рівномірно. Це з тим, що сила опору пропорційна швидкості і коротко досягає сили, яка прагне скинути тіло; загалом, рух сфери аналізується у в'язкій рідині; сила спротиву визначається Законом Стокса.
Для подолання опору тертя та підтримки рівномірного поступального руху рідини необхідно, щоб на рідину діяла сила, спрямована у бік її руху та рівна силі опору, тобто необхідно витрачати енергію. Енергію чи натиск, необхідний подолання сил опору, називають втраченою енергією чи втраченим натиском.
Втрати напору, що витрачаються на подолання опору тертя, звуться втрат напору на тертяабо втрат напору за довжиною потоку (лінійні втрати напору)і позначаються зазвичай h тр.
Тіло, піддане такій силі опору, матиме, як зазначено вище, граничну швидкість, що визначається формулою. Де він вказує на радіус сфери. Цей останній абзац присвячений темі, яка часто недооцінюється, але має велике значення: ви коли-небудь замислювалися про те, чому маленькі об'єкти плавають на поверхні без мети Архімеда?
З визначення ясно, що робота зі зміни вільної поверхні рідини. Без в'язкості можна розрахувати різницю тисків через поверхню рідини рівнянням Юнга-Лапласа. Для плоскої поверхні різниця тисків явно нічого, а сферичної поверхні.
Однак тертя є не єдиною можливою причиною, що викликає втрату натиску. Різка зміна перерізу також чинить опір руху рідини (Так званий опір форми)та викликає втрати енергії. Існують і інші причини, що викликають втрати напору, наприклад, раптова зміна напрямку руху рідини.
Втрати напору, викликані різким зміною конфігурації меж потоку (витрачені на подолання опору форми), називають місцевими втратами напору або втратами напору на місцеві опорита позначаються через h м .
Однак правило уникає бульбашки мила, яке має подвійну різницю тисків по відношенню до нормальної сферичної поверхні. На закінчення, поверхня тороїда має різницю тисків, яка може бути обчислена за формулою. Завжди пов'язаний із поверхневим натягом, цікаво говорити про висоту, яку рідина повинна приймати в капілярній трубці, закон, що регулює це явище.
Де він вказує кут контакту між рідиною та капілярною трубкою, і стоїть тільки, якщо рідина розчиняє стінки. Теги: флюоростатична та рідинна динаміка - всі формули з рідин - формули фізики з рідин. Гідравлічні дроселі, регулятори витрати, клапани регулювання витрати.
Таким чином, втрати напору при русі рідини складаються із втрат напору на тертя та втрат на місцеві опори, тобто:
h S = h тр + h м .
Втрати напору при рівномірному русі рідини у трубах
Знайдемо загальний вираз для втрат натиску на тертя при рівномірному русі рідини в трубах, справедливе як ламінарного, так турбулентного режимів.
У багатьох застосуваннях необхідно змінювати швидкість гідравлічних приводів, що робиться шляхом зміни швидкості потоку на них. Серед методів контролю швидкості – використання регульованих насосів. Рішення підходить для гідравлічних систем з одним приводом, а також для систем з декількома механізмами, з яких тільки один працює будь-якої миті часу. Однак у більшості застосувань гідравлічні системи мають кілька приводів, деякі з яких працюють одночасно. У цих випадках контролю швидкості використовуються клапани регулювання витрати.
При рівномірному русі величина середньої швидкості та розподіл швидкостей перерізу залишаються незмінними по всій довжині трубопроводу. Тому рівномірний рух можливий лише в трубах постійного перерізу S , тому що в іншому випадку буде змінюватися середня швидкість відповідно до рівняння:
v= Q / S = const.
Рівномірний рух має місце в прямих трубах або трубах з дуже великим радіусом кривизни R (прямолінійний рух), тому що в іншому випадку середня швидкість може змінюватися у напрямку.
Крім того, умову незмінності характеру швидкостей рідини за живим перерізом можна записати у вигляді α
= const , де α
– коефіцієнт Коріолісу. Остання умова може бути дотримано лише при достатньому видаленні ділянки потоку, що розглядається, від входу в трубу.
Відомо, що в принципі швидкість потоку може змінюватись різними способами, у тому числі шляхом зміни проходу, зміни диференціального тиску в гідравлічному опорі або шляхом поділу потоку. Відповідно було розроблено кілька типів проточних клапанів, найбільш поширені з яких обговорюються в статті. Переваги клапанів потоку: елементарна конструкція, надійна робота, хороша динамічна стабільність та висока точність регулювання. Найсуттєвішим недоліком є відносно висока втрата енергії, що супроводжує їхню роботу.
Якщо виділити на ділянці труби з рівномірно поточною рідиною два довільні перерізи 1 і 2 , то втрати напору при переміщенні рідини між цими перерізами можна описати за допомогою рівняння Бернуллі :
z 1 + p 1 /γ = z 2 + p 2 /γ + h тр,
де:
z 1 та z 2 – перепад висот між центрами відповідних перерізів;
p 1 та p 2 – тиск рідини у відповідних перерізах;
γ – питома щільність рідини, γ = gρ;
h тр - величина втраченої енергії (втрати на тертя).
Гідравлічні дроселі - це пристрої, які змінюють прохід і, отже, гідравлічний опір у конкретному трубопроводі чи канавці гідравлічної системи. Вони є основними пристроями контролю швидкості для гідравлічних приводів. Гідравлічні дроселі є основним елементом конструкції більшості гідравлічних пристроїв управління. Дроселі діляться на дві основні групи - постійні та регульовані. Перманентні дроселі виконані у вигляді сумішей. Як видно з їх назв, вони мають отвори меншого діаметра, довгі отвори з малим діаметром, капілярні трубки, гвинтові канали і т.д. з регульованим дроселем змінюється прохід чи довжина каналу дросельної заслінки.
З цієї формули висловимо величину втраченої енергії h тр :
h тр = (z 1 + p 1 /γ) - (z 2 + p 2 /γ).
Цей вираз називають рівнянням рівномірного руху рідини у трубопроводі. Якщо труба розташована горизонтально, тобто перепад висот між її перерізами відсутня, то рівняння набуде спрощеного вигляду:
h тр = p 1 /γ - p 2 /γ = (p 1 - p 2)/γ.
Вони поділяються залежно від типу апертури чи в'язниці. Виходячи з цього критерію, існують такі типи дроселів, включаючи голку, плунжер, пластину, гвинт, паз, паз і т.д. відповідно до руху затвора - з паралельним переміщенням та поворотом.
Лінійні та нелінійні дроселі. Інша оцінка дроселів залежить від характеру потоку дросельної заслінки і гідравлічних втрат, що виникають. У лінійних дроселях втрати тиску переважно визначаються в'язкістю, тобто. гідравлічним тертям під час проходження через довгі канали. Втрати тиску є лінійною функцією витрати. Потік ламінарний, тому ці дроселі також називають ламінарними. Недоліком такого типу дроселів є те, що в'язкість і, отже, гідравлічні опори залежать від температури робочої рідини.
Формула Дарсі-Вейсбаха для рівномірного руху рідини у трубах
При рівномірному русі рідини в трубах втрати напору на тертя по довжині h л визначають за формулі Дарсі-Вейсбахаяка справедлива для круглих труб, як при турбулентному, так і при ламінарному режимі. 
Ця формула встановлює залежність між втратами напору h л діаметром труби d і середньою швидкістю потоку рідини v:
У нелінійних дроселях втрати тиску в основному визначаються деформацією потоку та утворенням вихорів відносно низькими залежно від в'язкості, тобто температури. При незначній втраті в'язкого тертя падіння тиску залежить від квадрата потоку. Такі дроселі називаються квадратичними чи турбулентними. Їхні характеристики практично не залежать від температури рідини. Дуже часто в їхній конструкції вбудований паралельний зворотний клапан потоку в протилежному напрямку без дроселювання.
Це так званий дросель із зворотним клапаном. Також виготовлений та з'єднаний дросель із зворотним клапаном. Вони можуть керувати потоком одночасно в двох каналах і представляти два симетрично розташовані дросельні клапани зі зворотним клапаном у загальному корпусі. На рис. 1 – сучасна конструкція дроселя зворотного клапана. Приклад типовий для гідравлічного клапана, призначений для установки безпосередньо на трубопроводі. У процесі дроселювання клапан 5 стискається тиском та пружиною до сідла.
h л = λ v 2/2gd,
де:
λ – коефіцієнт гідравлічного тертя (величина безрозмірна);
g – прискорення вільного падіння.
Для труб довільного перерізу у формулі Дарсі-Вейсбаха використовують поняття наведеного або еквівалентного діаметра перерізу труби по відношенню до круглого перерізу.
У деяких випадках використовують також формулу
h л = v 2 l/C 2 R ,
де:
v- Середня швидкість потоку в трубі або каналі;
l - Довжина ділянки труби або каналу;
R – гідравлічний радіус потоку рідини;
С – коефіцієнт Шезі, пов'язаний з коефіцієнтом гідравлічного тертя залежністю: С = √(8g/λ) або λ = 8g/С 2 . Розмірність коефіцієнта Шезі - м 1/2/с.
Для визначення коефіцієнта гідравлічного тертя при різних режимах та умовах руху рідини застосовують різні способита емпіричні залежності, зокрема, графік І. І. Нікурадзе, формули П. Блазіуса, Ф. А. Шевельова (для гладких труб) та Б. Л. Шифрінсона (Для шорстких труб). Всі ці способи та залежності спираються на критерій Рейнольдса Re та враховують стан поверхні труб.
Втрати напору через місцеві опори
Як уже зазначалося вище, місцеві втрати напору обумовлені подоланням місцевих опорів, створюваних фасонними частинами, арматурою та іншим обладнанням трубопровідних мереж, а також зміною напряму потоку рідини (вигини труб, коліна тощо).
Місцеві опори викликають зміну величини чи напрямку швидкості руху рідини окремих ділянках трубопроводу, що пов'язані з появою додаткових втрат напору.
Рух у трубопроводі за наявності місцевих опорів є нерівномірним.
Втрати напору у місцевих опорах h м (Місцеві втрати напору)обчислюють за формулою Вейсбаха:
h м = ξ v 2/2g,
де:
v– середня швидкість у перерізі, розташованому нижче за місцевим опором;
ξ – безрозмірний коефіцієнт місцевого опору, що визначається для кожного виду місцевого опору за довідковими таблицями або встановленими залежностями.
Втрати напору при раптовому розширенні трубопроводузнаходять за формулою Борда:
h вн.р. = ( v 1 – v 2) 2 \2g = ξ вн.р.1 v 1 2 /2g = ξ вн.р.2 v 2 2 /2g,
де v 1 та v 2 - середні швидкості течії до та після розширення.
При раптовому звуженні трубопроводукоефіцієнт місцевого опору визначається за такою формулою:
h вн.с. = (1/ε - 1) 2 ,
де ε - коефіцієнт стиснення струменя, який визначається, як відношення площі перерізу стисненого струменя у вузькому трубопроводі до площі перерізу вузької труби. Цей коефіцієнт залежить від ступеня стиснення потоку n = S 2 /S 1 і може бути знайдений за формулою А. Д. Альтшуля: ε = 0,57 + 0,043/(1,1 - n).
Значення коефіцієнта при розрахунках трубопроводів беруть з довідкових таблиць.
При різкому повороті трубикруглого поперечного перерізу на кут α коефіцієнт опору можна знайти за такою формулою:
ξ α = ξ 90˚ (1 – cos α),
де:
ξ 90˚ - значення коефіцієнта опору для кута 90˚, який для точних розрахунків приймається за довідковими таблицями, а для наближених розрахунків приймається рівним ξ 90˚ = 1.
Аналогічними методами здійснюють підбір або розрахунок коефіцієнтів опору для інших видів місцевих опорів - різке або поступове звуження (розширення) трубопроводу, повороти, входи та виходи з труби, діафрагми, запірні пристрої, зварювальні швиі т.п.
Наведені вище формули застосовуються для турбулентного режиму руху рідин з великими числами Рейнольдса, коли вплив в'язкості рідини незначний.
При русі рідини з малими числами Рейнольдса (ламінарний режим)величина місцевих опорів мало залежить від геометричних характеристикопору та швидкості потоку, на їх величину більший вплив має величина числа Рейнольдса.
У разі для розрахунку коефіцієнтів місцевих опорів застосовна формула А. Д. Альтшуля:
ξ = А/Re + ξ екв,
де:
А - нестеснений переріз трубопроводу;
? екв - значення коефіцієнта місцевого опору в квадратичній області;
Re – число Рейнольдса.
Значення параметра А та деяких місцевих опорів наводяться у довідкових таблицях та використовуються при практичних розрахунках трубопроводів, призначених для руху рідин у ламінарному режимі.
