우리 모두 알고 있듯이 파이프는 고체 물질이고, 물은 쉽게 흐를 수 있는 액체입니다. 파이프 내부의 물이 흐르면 에너지의 일부가 열에너지로 변환되어 "소비"되어야 합니다. 즉, 수압(또는 수두라고 함)의 일부가 손실됩니다. 이는 객관적인 사물의 반영이며 물의 흐름이 움직이는 필연적인 법칙이다. 일반적으로 우리는 이러한 에너지 변환 현상을 "에너지 손실"(또는 "유압 손실", "수두 손실")이라고 부릅니다. 미터 단위로 계산됩니다.
펌프
파이프라인 저항이 머리에 미치는 영향은 얼마나 중요합니까?
일부 사용자는 저수지나 급수탑에서 수원 표면까지의 수직 거리가 여전히 펌프의 양정보다 약간 작지만 물의 양은 여전히 적거나 물을 펌핑할 수 없다는 것을 측정했습니다. 일반적인 이유는 파이프라인이 너무 길고 수도관에 굴곡이 많아 파이프라인의 물 흐름에 과도한 저항 손실이 발생하기 때문입니다. 일반적으로 90도 굽힘은 120도 굽힘보다 저항력이 더 큽니다. 각 90도 굽힘의 저항 손실은 약 0.5-1m이며 파이프라인 20m당 저항으로 인해 약 1m의 양정 손실이 발생할 수 있습니다. 또한 일부 사용자는 펌프 입구 및 출구 파이프의 파이프 직경을 무작위로 변경하는데, 이는 헤드에도 일정한 영향을 미칩니다. 그렇다면 파이프라인 저항이 헤드에 얼마나 영향을 미칠까요? 다음으로 아래 표를 살펴보겠습니다.
배관 내 물의 흐름으로 인해 물이 손실되는 이유를 이해하셨나요? 질문 1: 거친 파이프 벽의 방해 효과 때문입니다.
2. 물 흐름의 서로 다른 층 사이의 상대적인 움직임입니다.. 3. 파이프 피팅 내부 물 흐름의 국부적인 급격한 변화에 의해 형성된 소용돌이입니다. 파이프라인(네트워크)의 유압 손실은 파이프라인을 따른 손실과 국부적 손실의 두 부분으로 구성됩니다. 엔지니어링에서는 펌프를 올바르게 선택하고 필요한 펌프 헤드를 결정하기 위해 이 손실량을 계산하고 알아야 합니다.
전체 흐름 경로에 따른 파이프라인 손실은 전체 흐름 과정에서 발생하는 마찰 저항입니다. 이는 파이프 벽 거칠기, 파이프 길이, 파이프 직경 및 유속과 같은 요소와 관련이 있습니다. 수력학의 원리를 바탕으로 그 관계를 확립할 수 있습니다.
파이프라인을 따른 손실은 파이프 벽의 거칠기와 관련된 파이프라인을 따른 마찰 계수에 정비례합니다. 파이프 재질에 따라 거칠기가 다르며 주철 파이프는 상대적으로 거칠기 때문에 파이프라인의 마찰 계수가 더 큽니다. 플라스틱 파이프는 상대적으로 매끄러우므로 파이프라인을 따라 마찰 계수가 더 작습니다. 이는 파이프 길이에도 비례합니다. 파이프 직경에 반비례합니다. 즉, 유속이 일정할 때 파이프 직경이 작을수록 유속이 빠를수록 파이프라인의 손실이 커집니다. 이는 또한 유속의 제곱 값에 정비례합니다. 물론 계산은 다소 복잡합니다. 추정에는 간단한 방법을 사용할 수 있습니다.
파이프라인의 국부적 손실은 물이 파이프라인의 바닥 밸브, 밸브, 엘보우 및 리듀서와 같은 피팅을 통해 흐를 때 발생합니다. 로컬 장치로 인해 흐름 패턴이 변경됩니다. 흐름의 방향과 속도도 바뀌고 흐름 중에 소용돌이가 나타나 물이 충돌하여 서로 영향을 미칩니다. 국부적인 저항에 의해 발생하는 이러한 종류의 수리적 손실을 국부적 손실이라고 합니다.
국부적 손실의 크기는 파이프 피팅을 통과하는 물 흐름 속도의 제곱에 정비례하며 피팅의 모양 및 수량과도 관련됩니다. 피팅의 단면 형태가-크게 변하고 피팅 수가 많으면 국부적 손실이 더 커집니다. 배관 배치 방식이 결정되면 계산 방법을 사용하여 배관 손실 수두를 계산한 다음 펌프장의 설계 수두를 결정해야 합니다. 그래야만 펌프 선택을 수행할 수 있습니다. 그러나 계산 절차가 비교적 복잡합니다. 단순화를 위해 계산 데이터를 빠른 참조를 위해 표로 정리할 수 있습니다. 또한 대략적인 추정이 가능합니다. 손실 수두는 실제 지형 물 리프팅 높이(측정)의 30% ~ 50%에 해당합니다. 파이프 직경이 더 작고 파이프라인이 더 짧은 경우에는 더 큰 값을 취해야 합니다. 파이프 직경이 더 크고 파이프라인이 길 경우에는 더 작은 값을 사용해야 합니다.
경로에 따른 파이프라인의 총 손실과 로컬 손실은 계산 프로세스를 용이하게 하기 위해 Yi Wei가 개발한 선택 소프트웨어 시스템과 같은 기존 소프트웨어를 사용하여 계산할 수 있습니다.
직선관에 액체가 흐를 때의 압력손실
직선관 내에서 액체가 흐를 때의 압력 손실은 액체가 이동하는 동안의 마찰에 의해 발생하며 이를 마찰 압력 손실이라고 합니다. 이는 주로 파이프라인의 길이, 내경, 액체의 유속, 액체의 점도 등에 따라 달라집니다. 압력 손실은 액체의 다양한 흐름 상태에 따라 다릅니다. 유압 변속기에서는 원형 파이프 내 액체의 층류 흐름이 가장 일반적이므로 유압 시스템을 설계할 때 파이프라인 내 액체 흐름을 층류 상태로 유지하려는 경우가 많습니다.
파이프라인의 유체 흐름 경로에 따른 압력 손실. 층류 중 압력 손실. 유압 변속기에서 액체 흐름 상태의 대부분은 층류입니다. 이 상태에서 직선관을 흐르는 액체의 압력손실을 이론적으로 계산할 수 있다.
원형 파이프의 층류 흐름 (1) 흐름 단면-에서 액체의 속도 분포 법칙. 위 그림에서 볼 수 있듯이, 액체는 직경 d의 원형 파이프 내에서 층류 방식으로 이동합니다. 파이프는 수평으로 배치되고 파이프 축과 축이 일치하는 작은 원통이 파이프 내부에 들어갑니다. 반경을 r, 길이를 l로 설정합니다. 파이프 축 방향을 따라 이 작은 원통에 작용하는 힘은 왼쪽 끝의 압력 p1, 오른쪽 끝의 압력 p2, 원통 표면의 마찰력 Ff입니다. 그러면 힘 균형 방정식은 다음과 같습니다.
방정식 (2-6)으로부터 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.
공식에서 μ는 동적 점도를 나타냅니다. 속도 증가분 du는 반경 dr의 증가분과 반대 부호를 갖기 때문에 공식에 음수 부호가 추가됩니다. 또한 Δp=p1 - p2입니다. Δp와 방정식(2-45)을 방정식(2-44)에 대체하면 다음을 얻습니다.
변수에 대한 적분은 다음과 같습니다.
r=R, u=0. 이를 식 (2-47)에 대입하면 다음과 같은 결과가 나옵니다.
그 다음에
공식으로부터 파이프 내부의 유속 u는 포물선 법칙에 따라 반경 방향을 따라 분포됨을 알 수 있습니다. 최대 유속은 축에서 발생하며 그 값은 다음과 같습니다.
(2) 파이프라인의 유량.
발사체의 그림 (b)에 표시된 부피는 단위 시간당 흐름 단면을 흐르는 액체의 부피, 즉 유량입니다. 부피를 계산하려면 반경 r에 두께가 dr인 얇은 원형 링을 사용할 수 있습니다. 이 환형 영역의 유량은 다음과 같습니다.
적분 계산을 위해 유량 q를 얻을 수 있습니다.
(3) 평균 유속. 파이프 내 평균 유속을 υ라고 하자.
비교해 보면 평균 유량과 최대 유량 사이의 관계를 얻을 수 있습니다.
(4) 경로에 따른 압력 손실. 층류 상태에서 직선 파이프를 통해 흐르는 액체의 경로에 따른 압력 손실은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
식으로부터, 층류상태에서 직선관을 흐르는 액체의 압력손실은 동점도, 관길이, 유속에 비례하고, 관직경의 제곱에 반비례함을 알 수 있다. 실제로 압력 손실을 계산할 때 계산을 단순화하기 위해 μ=υdρ/Re를 사용하고 μ=υdρ/Re를 대입하고 분자와 분모에 2g를 곱하면 다음과 같습니다.
공식에서: λ는 경로를 따른 마찰 계수를 나타냅니다. 이론적인 값은 λ= 64/Re이지만 실제로는 다양한 요인으로 인해 평활한 금속관의 경우 λ{2}}/Re, 고무관의 경우 λ{3}}/Re가 채택됩니다. 난류에서는 규칙적인 축 운동을 갖는 각 입자의 층류 흐름으로 인해 압력 손실이 발생합니다. 측면 움직임이 없습니다. 난류의 중요한 특징 중 하나는 액체 입자가 더 이상 규칙적인 축 운동을 하지 않고 대신 운동 중에 서로 섞이고 맥동한다는 것입니다. 이러한 극도로 불규칙한 움직임은 입자 간의 충돌을 일으키고 소용돌이를 형성하여 층류보다 난류에서 훨씬 더 큰 에너지 손실을 초래합니다. 난류현상은 그 복잡성으로 인해 지금까지 이론적 방법을 사용하여 완벽하게 연구하여도 만족스러운 결과를 얻지 못했습니다. 따라서 이론적 설명을 보완하는 실험은 여전히 연구에 사용됩니다. 따라서 난류 상태에서 액체 흐름의 압력 손실은 여전히 공식을 사용하여 계산되며 λ 값은 레이놀즈 수 Re뿐만 아니라 파이프 벽 표면의 거칠기와도 관련이 있습니다.
2. 국부적인 압력 손실
국부적인 압력 손실은 밸브 포트, 굴곡, 흐름 단면의 변화 등을 통과하는 액체의 흐름으로 인해 발생하는 압력 손실을 의미합니다. 이러한 영역을 액체가 흐를 때 액체 흐름의 방향과 속도의 변화로 인해 소용돌이가 형성되어 액체 입자가 서로 충돌하여 상당한 에너지 손실이 발생합니다.
급팽창 구간의 국부적인 압력 손실의 계산식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
공식에서: 는 액체가 갑자기 팽창된 단면을 통해 흐를 때 이론적 유도를 통해서만 값을 얻을 수 있는 국부 저항 계수입니다.- 그렇지 않으면 실험을 통해 결정해야 합니다. 는 액체의 평균 유속으로, 일반적으로 국부 저항 하류의 유속을 나타냅니다. 파이프라인 시스템의 총 압력 손실은 전체-코스- 압력 손실과 모든 국부적 압력 손실의 합과 같습니다. 즉, 다음과 같습니다.
