什么是主要水头损失-摩擦损失-定义

主要头部损耗,与每条管道长度摩擦能量损耗相关的主要头部损耗在液压系统设计中具有重要性。管道摩擦损失。优德app热工程学
液压头
一般来说,液压头,或总头,是一个测量潜在的在测量点的流体。它可以用来确定两个或多个点之间的水力梯度。
伯努利定理-方程

在流体优德体育w88官网手机版动力学中,头部是将不可压缩液体中的能量相关的概念等效静柱的高度的液体。所有不同形式能量的单位88top优德官网中文版 能测还在吗距离单位,因此这些术语有时被称为“水头”(压力水头、速度水头和海拔水头)。扬程也被定义为泵。这个头通常被称为静压头并且代表了这一点最大高度(压力)它可以提供。因此,所有泵的特征通常可以从其读取Q-H曲线(流量-高度)。

有四种类型的潜力(头):

  • 压力电位-压力头:压力水头表示一柱流体的流动能量,柱的重量等于流体的压力。压头ρw:假定与压力无关的水的密度
  • 海拔潜力 - 海拔头:高度水头表示流体由于其高度高于参考水位而产生的势能。海拔的头
  • 动能-动能头:动力学头代表流体的动能。如果将所有动能转换为潜在能量,则流动的流体在柱中升高的高度。动压头

液体的高度,动力学头和压力头的总和称为总头。因此,伯努利方程表明流体的总扬程是恒定的。

总水头

考虑一个包含理想流体的管道。如果这根管子的直径逐渐膨胀,则连续性方程式告诉我们管直径增加,流速一定会减小为了保持相同的质量流量。由于出口速度小于进口速度,流动的动力水头必须从进口到出口减小。如果标高扬程没有变化(管道处于水平位置),动力扬程的减少必须由压力扬程的增加来补偿。

水头损失的分类
头部损失管道,管或管道系统的含义与直管或管道中产生的相同,其长度等于原始系统的管道加上系统中所有组件的等同长度的总和。

可以看出,管道系统的头部损失分为两个主要类别“重大损失“与每长时间的能量损失相关联,”轻微损失与弯管、管件、阀门等有关。

  • 主要的水头损失-由于管道和管道的摩擦。
  • 轻微的压头损失- 由于阀门,配件,弯曲和发球部件。

然后可以表示头部损失为:

h失利=σhmajor_losses.+σhminor_losses

主要水头损失-摩擦损失

主要损失,与之相关联摩擦能量损失每长时间的管道取决于流速、管道长度、管径和摩擦因数根据管道的粗糙度,以及流量是否层流动荡不安的(即雷诺数流的)。

虽然头部损失代表了能量的损失,它不代表总能量损失的液体。流体的总能量由于能量保护规律。实际上,由于摩擦导致的头部损失导致等同物增加内部能量(液体的增加)。

通过观察,主要头部损耗大致与流速的平方成比例在大多数工程流(完全发育,湍流的管道流动)中。

最常用的公式用来计算主要水头损失的管道或管道是达西-韦史巴赫方程

达西 - 威斯巴赫方程式

在流体优德体育w88官网手机版力学中,达西 - 威斯巴赫方程式是一种现象学等式,与之相关主要的水头损失或由于损失的压力损失流体摩擦沿着给定长度的管道到平均速度。此等式有效完全开发,稳定,不可压缩的单相流量

Darcy-Weisbach方程可以用两种形式写入(压力损失形式水头损失形式)。在头部损失表格中可以写作:

主要水头损失-水头形式

地点:

  • Δh =摩擦水头损失(m)
  • fD=达西摩擦因子(无单位)
  • l =管道长度(m)
  • d =液压直径D (m)
  • g =引力常数(m / s2)
  • v =平均流速v(m / s)
压力损失形式
达西 - Weisbach方程压力损失形式可以写作:
主要头部损失 - 压力损失形式

地点:

  • Δp=由于摩擦引起的压力损失(PA)
  • fD=达西摩擦因子(无单位)
  • l =管道长度(m)
  • D =管道水力直径D (m)
  • g =引力常数(m / s2)
  • v =平均流速v(m / s)

___________

压力损失系数- PLC
有时,工程师使用压力损失系数,PLC)。标注K或ξ(发音为“xi”)。这个系数表示某一液压系统或液压系统某一部分的压力损失。它可以很容易地在液压回路中测量。压力损失系数可以定义或测量直管,特别是直管当地(未成年人)损失

PLC  - 压力损耗系数 - 方程式

示例 - 压力损失系数

概括:

  • 液压系统的水头损失分为两个主要类别:
    • 主要的水头损失- 由于直管摩擦
    • 轻微的压头损失- 由于阀门的组件,弯曲......
  • 达西的方程可用于计算重大损失
  • 摩擦因子对于流体流量可以使用喜怒无常的图表穆迪chart-min
  • 摩擦因子对于层流是独立于粗糙度管道的内表面。f = 64 / Re
  • 摩擦因子对于湍流,强烈取决于相对粗糙度。它由Colebrook方程决定。必须指出,在非常大的雷诺数,摩擦因子与雷诺数无关。

为什么水头损失很重要?

从图中可以看出,水头损失是多种形式的关键特征任何液压系统。在系统中,必须保持一定的流量(例如,提供足够的冷却或热传递w88优德备用网址 微博反应堆核心),平衡头部损失头补充说通过泵通过系统确定流量。

离心泵和管道的Q-H特征图
离心泵和管道的Q-H特征图
液压头-液压等级线
液压等级线和恒定直径管摩擦的总头线。在真正的管道中,由于摩擦,有能量损失 - 这些必须考虑它们非常显着。
评估达西 - 威斯巴赫方程式提供对影响管道磁头损失的因素的洞察。
  • 考虑到管道或频道是加倍, 所结果的摩擦头部损失将翻倍
  • 在恒定的流量和管道长度下头部损耗与直径的第4个功率成反比(对于层流),因此减少管道直径一半,水头损失增加了16倍。这是一个非常显著的水头损失增加,并表明了为什么更大直径的管道导致更小的泵功率需求。
  • 由于头部损耗大致与流速的平方成比例,因此如果流量翻倍,水头损失增加了四倍
  • 水头损失减少一半(对于层流)液体的粘度降低了一半
资料来源:donebysecondlaw在英文维基百科,CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4681366
资料来源:Donebythesecondlaw在英语Wikipedia,CC By-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4681366

除了达西摩擦因素,这些术语(流速,液压直径,管的长度)可以容易地测量。达西摩擦因子考虑了密度和粘度的流体性质,以及管道粗糙度。这个因素可以用各种经验关系来评价,也可以从已发表的图表(例如:喜怒无常的图表)。

示例:摩擦头部损失
20°C的水通过光滑的12厘米直径的管道泵送10公里长,以一种流速75米3./H。入口由泵以绝对压力供给2.4 MPA
出口处于标准气压(101千帕),为200米

计算摩擦头部损失hf,并将其与其进行比较速度头流量v的2/ (2 g)。

解决方案:

由于管径是恒定的,所以平均速度和速度扬程处处相同:

v出去=Q / A.= 75 [m3./h] * 3600 [s/h] / 0.0113 [m2]=1.84米/秒

速度:

速度头= v出去2/(2g)= 1.842/ 2 * 9.81 =0.173米

为了找到摩擦头部损失,我们必须使用扩展的Bernoulli等式:

扩展Bernoulli方程式

头部损失:

2 400 000 [Pa] / 1000 [kg/m3.* 9.81 [m/s .2+ 0.173 [m] + 0 [m] = 101 000 [Pa] / 1000 [kg/m3.* 9.81 [m/s .2+ 0.173 [m]+ 200 [m]+ Hf

Hf= 244.6 - 10.3 - 200 =34.3米

达西摩擦系数

使用中有两个常见的摩擦因素,达西和范宁摩擦因数

扇动摩擦因子
扇动摩擦因子,以约翰托马斯扇动命名,是一种无量纲数,即达西摩擦因子的四分之一,所以必须注意的是,其中哪一个被用作摩擦因子。这是这两个因素之间的唯一区别。在所有其他方面,它们是相同的,并且通过应用4,摩擦因子可以互换使用。
fDf = 4.F
达西摩擦系数是达西 - Weisbach方程中使用的无量纲量,用于描述管道或管道中的摩擦损失以及开放通道流。这也被称为达西-韦史巴赫摩擦系数,阻力系数,或者只是摩擦因子

摩擦因数是由雷诺数对于管道内表面的流动和粗糙度(特别是湍流)。层流的摩擦因数与管道内表面粗糙度无关。
达西摩擦因素
管道截面也很重要,偏离圆形截面会引起二次流,增加水头损失。非圆管和管道一般采用使用来处理液压直径

相对粗糙度

用来测量…的量管道内表面粗糙度被称为相对粗糙度,并且它等于除管径(D)的表面不规则性(ε)的平均高度。

相对粗糙度 - 方程

,其平均高度、表面不规则度和管径均以毫米为单位。

如果我们知道管道内表面的相对粗糙度,那么我们可以得到摩擦因子来自穆迪图表

穆迪图表(也称为穆迪图)是以非维度形式的图表相关达西摩擦因素,雷诺数,而且相对粗糙度用于完全发育的圆形管道流动。

相对粗糙度-绝对粗糙度

示例:穆迪图表
确定摩擦系数(fD),用于流体在直径为700毫米、雷诺数为50 000 000和an的管道中流动绝对粗糙度0.035毫米。

解决方案:

相对粗糙度等于ε = 0.035 / 700 = 5 × 105。使用穆迪图,雷诺数为50 000 000与相对粗糙度为5 x 10的曲线相交5在摩擦因子0.011

穆迪图表,喜怒无常的图
示例:穆迪图表。
资料来源:donebysecondlaw在英文维基百科,CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4681366

不同流型的达西摩擦系数

最常见的分类流动制度是根据雷诺数。雷诺数是由流量的物理特征组成的无量纲数字,它决定了流量是否是层流和紊流。雷诺数的增加表明流动湍流度的增加。从穆迪图可以看出,达西摩擦系数也高度依赖于流动状态(即雷诺数)。

层流的达西摩擦系数
出于实际目的,如果雷诺数小于2000,流量是层流。在圆管内流动的公认转捩雷诺数为ReD,休息= 2300。对于层流,水头损失与速度成正比而不是速度的平方,因此摩擦因子与速度成反比

达西摩擦系数对于层流(慢速)流动是一种结果泊肃叶定律这是通过以下等式给出的:

层流的达西摩擦系数

过渡流程的达西摩擦因素
在Reynolds号码关于2000年和4000年由于湍流开始,流动不稳定。这些流量有时被称为过渡流。达西摩擦系数含有很大的不确定性在这个流动方案中,并不顺利。
湍流流动的达西摩擦因素
如果雷诺数大于3500,流量是多少动荡不安的。核设施中的大多数流体系统运营湍流。在这个流动制度流动阻力跟随达西-韦史巴赫方程:它与平均流速的平方成比例。达西摩擦因子强烈取决于相对粗糙度管道的内表面。

确定湍流摩擦系数最常用的方法是使用喜怒无常的图表。穆迪图表(也称为穆迪图)是一个日志日志图胚胎相关达西摩擦系数、雷诺数和在圆形管道中充分发展流动的相对粗糙度之间的关系。胚胎白色方程式:

达西摩擦系数的湍流

这也被称为毛皮毛棉式方程式,表达达西摩擦因素f作为一个函数管道相对粗糙度ε/Dh和雷诺数。

1939年,Colebrook通过拟合在光滑和粗管中湍流的实验研究数据来发现圆形管道中的摩擦系数的隐含相关性。

适用于液压光滑管和紊流(Re < 105)摩擦因子可以近似Blasius公式:

f = 100.(重新)-

达西摩擦因子 - 相对粗糙度必须注意的是,在大雷诺数,摩擦因数与雷诺数无关。这是因为层流亚层(粘性亚层)的厚度随着雷诺数的增加而减小。当雷诺数很大时,层流亚层的厚度与表面粗糙度相当,直接影响流动。层流亚层变得如此薄以至于表面粗糙度凸出到流动中。这种情况下的摩擦损失主要是由突出的粗糙元在主流中产生的,而层流亚层的贡献可以忽略。

例子

例:主管道一个回路的压头损失
典型的主要电路PWRS.分为4个独立的回路(管径约700mm),每个回路由一个蒸汽发生器和一个主冷却剂泵

假设(此数据不代表任何反应堆设计):

  • 在初级管道内部在恒定温度下流动水290°C(⍴〜720 kg / m3.)。
  • 运动粘度等于0.12 x 10.62/ s.
  • 主要管道流速可能是关于17米/秒
  • 一个回路的主管道大约是20米长
  • 雷诺数在主要管道内等于:RED= 17 [m/s] x 0.7 [m] / 0.12×106[M.2/ s] =99 000 000
  • 达西摩擦因素等于fD= 0.01

计算水头损失对于初级管道的一个环(没有配件,肘部,泵等)。

解决方案:

因为我们知道达西 - 威斯巴赫方程式,我们可以直接计算水头损失:

水头损失形式:

ΔH.1 x 1/ 2 x 20 x 172/ 0.7 =4.2米

压力损失形式:

ΔP.= 0.01 x 1 / 2 x 720 x 20 x 172/ 0.7 = 29 725 Pa≈0.03 mpa.

示例:由于粘度的降低,由于粘度的降低而变化。
在充分发展层流量在圆形管道中,头部损耗由:
主要水头损失-水头形式地点:

达西摩擦系数-层流

雷诺数与粘度成反比,那么导致头部损耗变得与粘度成比例。因此,当流动速率下降一半时,当流体的粘度减小时,头部损耗减小了一半,因此平均速度保持恒定。

引用:
反应堆物理与热水力学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
  3. 《核反应堆物理》,北京:清华大学出版社,2001年。
  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第4版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. TODREAS NEIL E.,Kazimi Mujid S.核系统卷I:热水基础,第二版。CRC压力;2版,2012年,ISBN:978-0415802871
  6. 李永强,王永强,王永强。核电厂热力系统的热力学w88优德app分析。施普林格;2015年,ISBN: 978-3-319-13419-2
  7. MORAN MICHAL J.,Shapiro Howard N.工程热力学的基础,第五版,John Wiley&Sons,2w88优德app006,ISBN:978-0-470-03037-0
  8. 现代流体力学。优德体育w88官网手机版施普林格,2010,ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,卷1,2和3。1992年6月。
  10. 《流体力学》,第7版,2010年2月,ISBN: 978-0077422417

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