head_emailsales@tkflow.com
Kérdése van? Hívjon minket: 0086-13817768896

A folyadékmozgás alapkoncepciója – Melyek a folyadékdinamika alapelvei?

Bevezetés

Az előző fejezetben bemutattuk, hogy a nyugalmi folyadékok által kifejtett erőkre vonatkozóan könnyen elérhetők pontos matematikai helyzetek. Ez azért van, mert hidrosztatikában csak egyszerű nyomáserők vesznek részt. Amikor egy mozgó folyadékot vizsgálunk, az elemzés problémája azonnal sokkal nehezebbé válik. Nemcsak a részecskesebesség nagyságát és irányát kell figyelembe venni, hanem a viszkozitás összetett hatását is, amely nyíró- vagy súrlódási feszültséget okoz a mozgó folyadékrészecskék között és a határfelületeken. A folyadéktest különböző elemei között lehetséges relatív mozgás miatt a nyomás és a nyírófeszültség az áramlási viszonyoktól függően jelentősen eltérhet az egyik pontról a másikra. Az áramlási jelenséggel kapcsolatos összetettség miatt a pontos matematikai elemzés csak néhány, és mérnöki szempontból néhány esetben nem praktikus. Ezért az áramlási problémákat kísérletezéssel vagy bizonyos egyszerűsítő feltételezésekkel kell megoldani, amelyek elegendőek az elméleti megoldás eléréséhez. A két megközelítés nem zárja ki egymást, mivel a mechanika alaptörvényei mindig érvényesek, és lehetővé teszik részben elméleti módszerek alkalmazását számos fontos esetben. Fontos kísérletileg megállapítani azt is, hogy egy egyszerűsített elemzés eredményeként milyen mértékben tér el a valós feltételektől.

A leggyakoribb egyszerűsítő feltételezés az, hogy a folyadék ideális vagy tökéletes, így kiküszöbölve a bonyolító viszkózus hatásokat. Ez a klasszikus hidrodinamika alapja, az alkalmazott matematika egy ága, amely olyan kiváló tudósok figyelmét keltette fel, mint Stokes, Rayleigh, Rankine, Kelvin és Lamb. A klasszikus elméletben komoly inherens korlátok vannak, de mivel a víz viszonylag alacsony viszkozitással rendelkezik, sok helyzetben valódi folyadékként viselkedik. Emiatt a klasszikus hidrodinamika a folyadékmozgás jellemzőinek tanulmányozásának rendkívül értékes háttéranyagának tekinthető. A jelen fejezet a folyadékmozgás alapvető dinamikájával foglalkozik, és alapvető bevezetést nyújt a következő fejezetekhez, amelyek az építőmérnöki hidraulikában előforduló konkrétabb problémákkal foglalkoznak. A folyadékmozgás három fontos alapegyenletét, nevezetesen a folytonossági, a Bernoulli- és a lendületegyenletet vezeti le, és ismerteti azok jelentőségét. Később a klasszikus elmélet korlátait vizsgálja, és egy valódi folyadék viselkedését írja le. Végig egy összenyomhatatlan folyadékot feltételez.

Az áramlás típusai

A folyadékmozgás különböző típusai a következőképpen osztályozhatók:

1. Turbulens és lamináris

2. Rotációs és irrotációs

3. Állandó és bizonytalan

4. Egyenletes és nem egyenletes.

Merülő szennyvízszivattyú

MVS sorozatú axiális áramlású szivattyúk Az AVS sorozatú vegyes áramlású szivattyúk (függőleges axiális áramlású és vegyes áramlású merülő szennyvízszivattyúk) modern termékek, amelyeket sikeresen terveztek a külföldi modern technológiák átvételével. Az új szivattyúk kapacitása 20%-kal nagyobb, mint a régieké. A hatásfok 3~5%-kal magasabb, mint a régieké.

asd (1)

Turbulens és lamináris áramlás.

Ezek a kifejezések az áramlás fizikai természetét írják le.

Turbulens áramlás esetén a folyadékrészecskék mozgása szabálytalan, és a helyzetük látszólag véletlenszerű módon cserélődik. Az egyes részecskék ingadozó keresztirányú sebességnek vannak kitéve, így a mozgás örvénylő és kanyargós, nem pedig egyenes vonalú. Ha egy bizonyos ponton festéket fecskendeznek be, az gyorsan szétszóródik az áramlásban. Turbulens áramlás esetén például egy csőben a sebesség pillanatnyi rögzítése egy adott szakaszon egy hozzávetőleges eloszlást mutatna, ahogyan az az 1(a) ábrán látható. Az állandó sebességet, ahogyan azt a normál mérőeszközök is rögzítenék, szaggatott vonallal jelöltük, és nyilvánvaló, hogy a turbulens áramlást egy stacionárius, ingadozó sebesség jellemzi, amely egy időbeli állandó átlagra vetül rá.

asd (2)

1. ábra (a) Turbulens áramlás

asd (3)

1. ábra (b) Lamináris áramlás

Lamináris áramlásban az összes folyadékrészecske párhuzamos pályán halad, és nincs transzverzális sebességkomponens. A rendezett haladás olyan, hogy minden részecske pontosan követi az előtte haladó részecske útját eltérés nélkül. Így egy vékony festékszál diffúzió nélkül is megmarad. A lamináris áramlásban sokkal nagyobb a transzverzális sebességgradiens (1b. ábra), mint a turbulens áramlásban. Például egy cső esetében az átlagos sebesség (V) és a maximális sebesség (V max) aránya turbulens áramlás esetén 0,5, lamináris áramlás esetén pedig 0,05.

A lamináris áramlás alacsony sebességekkel és viszkózus, lassú folyadékokkal jár. A csővezetékes és nyíltcsatornás hidraulikában a sebességek szinte mindig elég magasak a turbulens áramlás biztosításához, bár egy vékony lamináris réteg továbbra is fennáll egy szilárd határ közelében. A lamináris áramlás törvényei teljes mértékben ismertek, és egyszerű peremfeltételek esetén a sebességeloszlás matematikailag elemezhető. Szabálytalan pulzáló jellege miatt a turbulens áramlás dacolt a szigorú matematikai kezeléssel, és a gyakorlati problémák megoldásához nagyrészt empirikus vagy félempirikus összefüggésekre kell támaszkodni.

asd (4)

Függőleges turbina tűzoltó szivattyú

Modellszám:XBC-VTP

Az XBC-VTP sorozatú függőleges hosszútengelyű tűzoltó szivattyúk egyfokozatú, többfokozatú diffúzor szivattyúk, amelyeket a legújabb GB6245-2006 nemzeti szabvány szerint gyártottak. A konstrukciót az Egyesült Államok Tűzvédelmi Szövetségének szabványára is tekintettel fejlesztettük. Főként petrolkémiai, földgáz-, erőmű-, pamut-textil-, rakpart-, repülési, raktározási, toronyház- és egyéb iparágakban használják tűzivíz-ellátásra. Hajókon, tengeri tartályokon, tűzoltóhajókon és egyéb ellátási esetekben is alkalmazhatók.

Rotációs és irrotációs áramlás.

A folyadék áramlását forgónak nevezzük, ha minden részecske szögsebességgel rendelkezik a saját tömegközéppontja körül.

A 2a. ábra egy tipikus sebességeloszlást mutat, amely egy egyenes határvonalon átívelő turbulens áramláshoz kapcsolódik. A nem egyenletes sebességeloszlás miatt egy részecske, amelynek két tengelye eredetileg merőleges egymásra, kis mértékű elfordulással deformálódik. A 2a. ábrán egy kör alakú áramlás látható

A pálya ábrázolva van, ahol a sebesség egyenesen arányos a sugárral. A részecske két tengelye ugyanabba az irányba forog, így az áramlás ismét forgó.

asd (5)

2. ábra (a) Forgó áramlás

Ahhoz, hogy az áramlás irrotációs legyen, a sebességeloszlásnak az egyenes határvonal mellett egyenletesnek kell lennie (2b. ábra). Kör alakú áramlás esetén kimutatható, hogy irrotációs áramlás csak akkor áll fenn, ha a sebesség fordítottan arányos a sugárral. A 3. ábra első pillantásra tévesnek tűnhet, de közelebbről megvizsgálva kiderül, hogy a két tengely ellentétes irányban forog, így kompenzáló hatás lép fel, amely a tengelyek átlagos orientációját eredményezi, amely változatlan a kezdeti állapothoz képest.

asd (6)

2. ábra (b) Irrotációs áramlás

Mivel minden folyadéknak van viszkozitása, egy valódi folyadék alsó határa soha nem igazi irrotáció, és a lamináris áramlás természetesen erősen forgó. Így az irrotációs áramlás egy hipotetikus állapot, amely csak tudományos szempontból lenne érdekes, ha nem lenne az a tény, hogy a turbulens áramlás számos esetében a forgási jellemzők annyira jelentéktelenek, hogy elhanyagolhatók. Ez azért kényelmes, mert az irrotációs áramlást a korábban említett klasszikus hidrodinamika matematikai fogalmai segítségével lehet elemezni.

Centrifugális tengervíz célszivattyú

Modellszám:ASN ASNV

Az ASN és ASNV típusú szivattyúk egyfokozatú, kettős szívású, osztott spirálházas centrifugálszivattyúk, amelyeket folyadékszállításra használnak vízművekben, légkondicionáló keringtetésben, épületekben, öntözésben, vízelvezető szivattyútelepeken, elektromos erőművekben, ipari vízellátó rendszerekben, tűzoltó rendszerekben, hajókon, épületekben és így tovább.

asd (7)

Egyenletes és egyenetlen áramlás.

Az áramlást állandónak nevezzük, ha a feltételek bármely pontban időben állandóak. E definíció szigorú értelmezése arra a következtetésre vezetne, hogy a turbulens áramlás soha nem volt igazán állandó. A jelenlegi célra azonban célszerű az általános folyadékmozgást tekinteni kritériumnak, és a turbulenciával kapcsolatos szabálytalan ingadozásokat csak másodlagos hatásnak. Az állandó áramlás nyilvánvaló példája az állandó kiáramlás egy vezetékben vagy nyílt csatornában.

Következésképpen az áramlás nem állandósult, ha a feltételek időben változnak. Az nem állandósult áramlás egyik példája a változó vízhozam egy vezetékben vagy nyílt csatornában; ez általában egy átmeneti jelenség, amely egy állandó vízhozamot követ, vagy azt követi. Más ismert jelenségek

a periodikusabb jellegű példák a hullámmozgás és a nagy víztestek ciklikus mozgása az árapály áramlásában.

A vízépítészet gyakorlati problémáinak nagy része az állandósult áramlással kapcsolatos. Ez szerencsés, mivel az ingadozó áramlás időbeli változója jelentősen bonyolítja az elemzést. Ennek megfelelően ebben a fejezetben az ingadozó áramlás vizsgálata néhány viszonylag egyszerű esetre korlátozódik. Fontos azonban szem előtt tartani, hogy az ingadozó áramlás számos gyakori esete a relatív mozgás elve alapján állandósult állapotra redukálható.

Így egy állóvízen mozgó hajóval kapcsolatos probléma átfogalmazható úgy, hogy a hajó álló, a víz pedig mozgásban van; a folyadékviselkedés hasonlóságának egyetlen kritériuma, hogy a relatív sebesség azonos legyen. Ismét, a mély vízben a hullámmozgás a következőre redukálható:

stacionárius állapotot úgy érhetünk el, hogy feltételezzük, hogy a megfigyelő azonos sebességgel halad a hullámokkal.

asd (8)

Függőleges turbina szivattyú

Dízelmotoros függőleges turbinás többfokozatú centrifugális soros tengelyű vízelvezető szivattyú Ez a fajta függőleges vízelvezető szivattyú elsősorban korróziómentes, 60 °C alatti hőmérsékletű, 150 mg/l-nél kevesebb szuszpendált szilárd anyagot (a rostok és a szemcsék kivételével) tartalmazó szennyvíz vagy szennyvíz szivattyúzására szolgál. A VTP típusú függőleges vízelvezető szivattyú a VTP típusú függőleges vízszivattyúk közé tartozik, és a növekedés és a gallér alapján a cső olajkenése víz. 60 °C alatti hőmérsékleten képes bizonyos szilárd szemcséket (például vashulladékot és finom homokot, szennyvizet stb.) tárolni szennyvíz vagy szennyvíz esetén.

Egyenletes és nem egyenletes áramlás.

Az áramlást egyenletesnek nevezzük, ha a sebességvektor nagysága és iránya nem változik az áramlási útvonal mentén egyik pontról a másikra. Ahhoz, hogy ez a definíció teljesüljön, mind az áramlási területnek, mind a sebességnek minden keresztmetszetben azonosnak kell lennie. Nem egyenletes áramlásról akkor beszélünk, ha a sebességvektor a helyszíntől függően változik, tipikus példa erre az áramlás a konvergáló vagy divergáló határok között.

Mindkét alternatív áramlási feltétel gyakori a nyíltcsatornás hidraulikában, bár szigorúan véve, mivel az egyenletes áramlást mindig aszimptotikusan közelítjük meg, ez egy ideális állapot, amelyet csak közelítünk, és soha nem érünk el ténylegesen. Meg kell jegyezni, hogy a feltételek inkább térre, mint időre vonatkoznak, ezért zárt áramlás esetén (pl. nyomás alatt lévő csövek) teljesen függetlenek az áramlás állandó vagy ingadozó jellegétől.


Közzététel ideje: 2024. márc. 29.