Зависимость скорости от давления воды: вопрос про зависимость скорости жидкости от давления — Даром преподаватели…

Разное

Содержание

ЧАРУЮЩИЕ ТАЙНЫ ЖИДКОСТИ | Наука и жизнь

Существует поразительная возможность овладеть предметом математически,
не понимая существа дела.

А. Эйнштейн

Эксперимент остается навсегда.
П. Л. Капица

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Тысячи лет люди наблюдают вечно изменчивое течение воды и пытаются разгадать ее тайну. Первоклассные физики и математики ломали и продолжают ломать головы, стараясь понять природу и прихотливое поведение потока воды. Но вступив в XXI век, мы с сожалением должны констатировать, что с конца XIX столетия — времени наивысшего расцвета науки о движении сплошных сред (гидродинамики в случае жидкости и аэродинамики в случае газа) — мы очень мало продвинулись в понимании природы этого вечно меняющегося течения. Все основные законы течения жидкости (для краткости везде будет говориться о жидкости, хотя, за некоторым исключением, те же закономерности присущи и газу) были открыты до первой половины XIX столетия. Перечислим их.

ПОСТОЯНСТВО ПОТОКА МАССЫ ЖИДКОСТИ

Его еще называют законом неразрывности, законом непрерывности, уравнением сплошности жидкости или законом сохранения вещества в гидродинамике. По существу, этот закон был открыт Б. Кастелли в 1628 году. Он установил, что скорость течения жидкости в трубах обратно пропорциональна площади их поперечного сечения. Другими словами, чем уже сечение канала, тем с большей скоростью движется в нем жидкость.

ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ

И. Ньютон (конец XVII века) экспериментально установил, что любой жидкости свойственна вязкость, то есть внутреннее трение. Вязкость приводит к возникновению сил трения между движущимися с различными скоростями слоями жидкости, а также между жидкостью и омываемым ею телом. Им же было установлено, что сила трения пропорциональна коэффициенту вязкости жидкости и градиенту (перепаду) скорости потока в направлении, перпендикулярном его движению. Жидкости, подчиняющиеся этому закону, называют ньютоновскими в отличие от неньютоновских жидкостей, у которых зависимость между силой вязкого трения и скоростью жидкости имеет более сложный характер.

В силу вязкого трения скорость жидкости на поверхности омываемого ею тела всегда равна нулю. Это совсем не очевидно, но тем не менее подтверждается во множестве экспериментов.

Опыт. Убедимся, что скорость газа на поверхности обдуваемого им тела равна нулю.

Возьмем вентилятор и припудрим его лопасти пылью. Включим вентилятор в сеть и через несколько минут выключим. Пыль на лопастях как была, так и осталась, хотя вентилятор вращался с довольно большой скоростью и она должна была бы слететь.

Омывая лопасти вентилятора с большой скоростью, поток воздуха на их поверхности имеет нулевую скорость, то есть неподвижен. Поэтому пыль на них и остается. По этой же причине с гладкой поверхности стола легко можно сдуть крошки, а пыль приходится вытирать.

#1#
ИЗМЕНЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ ЕЕ ДВИЖЕНИЯ.

Д. Бернулли в своей книге «Гидродинамика» (1738) получил для идеальной жидкости, не обладающей вязкостью, математическую формулировку закона сохранения энергии в жидкости, который носит теперь название уравнения Бернулли. Оно связывает давление в потоке жидкости с ее скоростью и утверждает, что давление жидкости при ее движении меньше там, где сечение потока S меньше, а скорость жидкости соответственно больше. Вдоль трубки тока, которую можно мысленно выделить в спокойном безвихревом потоке, сумма статического давления , динамического ρV2/2, вызванного движением жидкости плотностью ρ, и давления ρgh столба жидкости высотой h остается постоянной:

#13#

Это уравнение играет фундаментальную роль в гидродинамике, несмотря на то, что оно, строго говоря, справедливо только для идеальной, то есть не имеющей вязкости, жидкости.

#2#

Опыт 1. Убедимся, что чем выше скорость воздуха, тем меньше давление в нем.

Зажжем свечу и через тонкую трубочку, например для коктейля, сильно дунем в нее так, чтобы струйка воздуха прошла примерно на расстоянии 2 см от пламени. Пламя свечи отклонится по направлению к трубочке, хотя на первый взгляд кажется, что воздух должен если и не задуть его, то по крайней мере отклонить в противоположную сторону.

#3#
Лабораторный водоструйный насос. В струе воды из крана создается разрежение, которое выкачивает воздух из колбы.

Почему? Согласно уравнению Бернулли, чем выше скорость потока, тем меньше давление в нем. Воздух выходит из трубочки с большой скоростью, так что давление в струе воздуха меньше, чем в окружающем свечу неподвижном воздухе. Перепад давления при этом направлен в сторону выходящего из трубочки воздуха, что и отклоняет к ней пламя свечи.

#4#
Принцип работы пульверизатора: атмосферное давление выжимает жидкость в струю воздуха, где давление ниже.

На этом принципе работают пульверизаторы, струйные насосы и автомобильные карбюраторы: жидкость втягивается в поток воздуха, давление в котором ниже атмосферного.

Опыт 2. Возьмем лист писчей бумаги за верхние края, поднесем его к стене и удержим на расстоянии примерно 3-5 см от стены. Подуем в промежуток между стеной и листом. Вместо того, чтобы отклониться от стенки, лист прижимается к ней за счет силы, которую может создавать только возникший перепад давления, направленный к стене. Значит, давление в струе воздуха между листом и стеной меньше, чем в неподвижном воздухе снаружи. Чем сильнее дуть в промежуток, тем плотнее будет прижиматься листок к стене.

#5#

Уравнение Бернулли объясняет также классический опыт с трубой переменного сечения. В силу закона неразрывности для сохранения потока массы жидкости в суженной части трубы ее скорость должна быть выше, чем в широкой. Следовательно, давление выше там, где труба шире, и ниже там, где она уже. На этом принципе работает устройство для измерения скорости или расхода жидкости — трубка Вентури.

Падение внутреннего давления в потоке — хорошо проверенный экспериментальный факт, тем не менее он, вообще говоря, парадоксален. Действительно, интуитивно ясно, что жидкость, «протискиваясь» из широкой части трубы в узкую, «сжимается», а это должно привести к росту давления в ней. Такому поведению жидкости в настоящее время нет объяснения даже на молекулярном уровне, по крайней мере, автор его нигде не обнаружил.

#6#
СОПРОТИВЛЕНИЕ, ИСПЫТЫВАЕМОЕ ТЕЛОМ ПРИ ДВИЖЕНИИ В ЖИДКОСТИ

Существование сопротивления среды было обнаружено еще Леонардо да Винчи в XV столетии. Мысль, что сопротивление жидкости движению тела пропорционально скорости тела, впервые высказал английский ученый Дж. Уиллис. Ньютон во втором издании своей знаменитой книги «Математические начала натуральной философии» установил, что сопротивление состоит из двух членов, одного — пропорционального квадрату скорости и другого — пропорционального скорости. Там же Ньютон сформулировал теорему о пропорциональности сопротивления максимальной площади сечения тела, перпендикулярного направлению потока. Силу сопротивления тела, медленно движущегося в вязкой жидкости, рассчитал в 1851 году Дж. Стокс. Она оказалась пропорциональной коэффициенту вязкости жидкости, первой степени скорости тела и его линейным размерам.

Необходимо отметить, что сопротивление жидкости движущемуся в нем телу в значительной мере обусловливается именно наличием вязкости. В идеальной жидкости, в которой вязкость отсутствует, сопротивление вообще не возникает.

Опыт 1. Посмотрим, как возникает сопротивление движущегося в жидкости тела. Хотя в опыте тело неподвижно, а движется воздух, результата это не меняет. Какая разница, что движется — тело в воздухе или воздух относительно неподвижного тела?

#7#

Возьмем свечу и коробок спичек. Зажжем свечу, поставим перед ней на расстоянии примерно 3 см коробок и сильно дунем на него. Пламя свечи отклоняется к коробку. Это означает, что позади коробка давление стало меньше, чем позади свечи, и разность давлений направлена по движению потока воздуха. Следовательно, тело при движении в воздухе или жидкости испытывает торможение.

Поток воздуха набегает на переднюю поверхность коробка, огибает его по краям и не смыкается позади, а отрывается от препятствия. Поскольку давление воздуха меньше там, где его скорость выше, давление по краям коробка меньше, чем позади него, где воздух неподвижен. Позади коробка возникает разность давлений, направленная от центра к его краям. В результате воздух за коробком устремляется к его краям, образуя завихрения, что и приводит к уменьшению давления.

Сопротивление зависит от скорости движения тела в жидкости, свойств жидкости, формы тела и его размеров. Важную роль в создании сопротивления играет форма задней стороны движущегося тела. Позади плоского тела возникает пониженное давление, поэтому сопротивление можно уменьшить, предотвратив срыв потока. Для этого телу придают обтекаемую форму. Поток плавно огибает тело и смыкается непосредственно за ним, не создавая области пониженного давления.

Опыт 2. Чтобы продемонстрировать различный характер обтекания, а следовательно, и сопротивле ния тел различной формы, возьмем шар, например мяч для пинг-понга или тенниса, приклеим к нему бумажный конус и поставим за ним горящую свечу.

#8#

Повернем тело шариком к себе и подуем на него. Пламя отклонится от тела. Теперь повернем тело к себе острым концом и снова подуем. Пламя отклоняется к телу. Этот опыт показывает, что форма задней поверхности тела определяет направление перепада давления позади нее, а следовательно , и сопротивление тела в потоке воздуха.

В первом опыте пламя отклоняется от тела; это означает, что перепад давления направлен по потоку. Струя воздуха плавно обтекает тело, смыкается за ним и далее движется обычной струей, которая отклоняет пламя свечи назад и может даже задуть его. Во втором опыте пламя отклоняется к телу — как и в эксперименте с коробком, позади тела создается разрежение, перепад давления направлен против потока. Следовательно, в первом опыте сопротивление тела меньше, чем во втором.

ПАДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ЕЕ ДВИЖЕНИИ В ТРУБЕ ПОСТОЯННОГО СЕЧЕНИЯ

Опыт показывает, что давление в жидкости, текущей по трубе постоянного сечения, падает вдоль трубы по течению: чем дальше от начала трубы, тем оно ниже. Чем уже труба, тем сильнее падает давление. Это объясняется наличием вязкой силы трения между потоком жидкости и стенками трубы.

Опыт. Возьмем резиновую или пластиковую трубку постоянного сечения и такого диаметра, чтобы ее можно было насадить на носик водопроводного крана. Сделаем в трубке два отверстия и откроем воду. Из отверстий начнут бить фонтанчики, причем высота ближнего к крану фонтанчика будет заметно выше, чем расположенного дальше по потоку. Это показывает, что давление воды в ближайшем к крану отверстии выше, чем в дальнем: оно падает вдоль трубы в направлении потока.

#9#

Объяснение этого явления на молекулярном уровне автору не известно. Поэтому приведем классическое объяснение. Выделим в жидкости маленький объем, ограниченный стенками трубки и двумя сечениями слева и справа. Так как жидкость течет по трубке равномерно, то разность давлений слева и справа от выделенного объема должна быть уравновешена силами трения между жидкостью и стенками трубки. Следовательно, давление справа, в направлении потока жидкости, будет меньше давления слева. Отсюда заключаем, что давление жидкости уменьшается в направлении течения воды.

На первый взгляд приведенное объяснение удовлетворительно. Однако возникают вопросы, ответа на которые пока нет.

1. Согласно уравнению Бернулли, уменьшение давления в жидкости при ее движении вдоль трубы должно означать, что скорость ее, наоборот, должна расти вдоль потока, то есть течение жидкости должно ускоряться. Но этого не может быть в силу закона неразрывности.

2. Силы трения между стенками трубы и жидкостью должны в принципе тормозить ее. Если это так, то при торможении скорость жидкости вдоль канала должна падать, что в свою очередь приведет к росту давления в ней по потоку. Однако внешнее давление, прокачивающее жидкость по трубе, компенсирует силы трения, заставляя жидкость течь равномерно с одинаковой по всему каналу скоростью. А раз так, то и давление жидкости вдоль канала должно быть везде одинаковым.

Итак, налицо экспериментальный факт, который легко проверить, однако объяснение его остается открытым.

ЭФФЕКТ МАГНУСА

Речь идет о возникновении силы, перпендикулярной потоку жидкости при обтекании ею вращающегося тела. Этот эффект был обнаружен и объяснен Г. Г. Магнусом (около середины XIX столетия) при изучении полета вращающихся артиллерийских снарядов и их отклонения от цели. Эффект Магнуса состоит в следующем. При вращении летящего тела близлежащие слои жидкости (воздуха) увлекаются им и также получают вращение вокруг тела, то есть начинают циркулировать вокруг него. Встречный поток рассекается телом на две части. Одна часть направлена в ту же сторону, что и циркулирующий вокруг тела поток; при этом происходит сложение скоростей набегающего и циркулирующего потоков, значит, давление в этой части потока уменьшается. Другая часть потока направлена в сторону, противоположную циркуляции, и здесь результирующая скорость потока падает, что приводит к увеличению давления. Разность давлений с обеих сторон вращающегося тела и создает силу, которая перпендикулярна к направлению встречного, набегающего потока жидкости (воздуха).

#10#

Опыт. Склеим из листа плотной бумаги цилиндр. Из доски, положенной одним краем на стопку книг, сделаем на столе наклонную плоскость и положим на нее цилиндр. Скатившись, он вроде бы должен дальше двигаться по параболе и упасть дальше от края. Однако вопреки ожидаемому траектория его движения загибается в другую сторону, и цилиндр залетает под стол. Все дело в том, что он не просто падает, а еще и вращается, создавая вокруг себя циркуляцию воздуха. Возникает избыточное давление, направленное в сторону, противоположную поступательному движению цилиндра.

#11#

Эффект Магнуса позволяет игрокам в пинг-понг и теннис отбивать «крученые» мячи, а футболистам — посылать «сухой лист», ударяя мяч по краю.

ЛАМИНАРНЫЙ И ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОКИ

Опыт обнаруживает две совершенно разные картины движения жидкости. При низких скоростях наблюдается спокойное, слоистое течение, которое называется ламинарным. При больших скоростях течение становится хаотическим, частицы и отдельные области жидкости движутся беспорядочно, закручиваясь в вихри; такое течение называется турбулентным. Переход от ламинарного течения к турбулентному и обратно осуществляется при определенной скорости жидкости и зависит также от вязкости и плотности жидкости и характерного размера обтекаемого жидкостью тела. До сих пор не ясно, возникают ли вихри с самого начала и имеют просто очень малые размеры, не видимые нами, или вихри возникают начиная с некоторой скорости движения жидкости.

Опыт. Посмотрим, как происходит переход ламинарного потока в турбулентный. Откроем кран и пустим воду сначала тоненькой струйкой, а потом все сильнее и сильнее (конечно, так, чтобы не затопить соседей). Тоненькая струйка движется плавно и спокойно. По мере того, как увеличивается напор воды, скорость струи растет, и, начиная с некоторого момента, вода в ней начинает закручиваться — возникают вихри. Появляясь сначала только в ограниченной области струи, с ростом напора вихри в конце концов охватывают все течение — оно становится турбулентным.

#12#
Струя воды падает в поле тяжести, испытывая ускорение. Как только скорость течения возрастает настолько, что число Рейнольдса превышает критическое значение, ламинарное течение (вверху) переходит в турбулентное. Для данного течения Re»2300.

Оценить скорость течения жидкости или газа, при которой возникает турбулентность, можно при помощи так называемого числа Рейнольдса Re = ρvl/μ, где ρ — плотность жидкости или газа, μ — их вязкость (вязкость воздуха, например, 18,5.10-6 Па.с; воды — 8,2.10-2 Па.с), v — скорость потока, l — характерный линейный размер (диаметр трубы, длина обтекаемого тела и пр.). Для каждого вида течений существует такая критическая величина Reкр, что при Re<Reкр возможно только ламинарное течение, а при Re>Reкр оно может стать турбулентым. Если измерить скорость течения воды из крана или вдоль желоба, то, исходя из приведенных значений, можно самим определить, при каком значении Reкр в потоке начинает развиваться турбулентность. Оно должно быть порядка 2000.

Пересчет скорости жидкости в круглой трубе в объемный расход в зависимости от внутреннего диаметра трубопровода.







Пересчет скорости жидкости в круглой трубе в объемный расход в зависимости от внутреннего диаметра трубопровода.

Естественно (для зануд 😉 ) , имеется в виду несжимаемая жидкость, средняя по сечению скорость и ламинарный поток.

Таблица: Объемный расход в м

3/час в зависимости от скорости жидкости в круглой трубе и внутреннего диаметра трубопровода.




















Внутренний

диаметр

трубопровода, мм

Скорость потока, м/с


Это

пересчет

в м3/час

Это

пересчет

в м3/час

Это

пересчет

в м3/час

Это

пересчет

в м3/час

0,1

0,5

1

2

3

5

10

5

0,007 0,035 0,071 0,141 0,212 0,353 0,707

10

0,028 0,141 0,283 0,565 0,848 1,413 2,826

15

0,064 0,318 0,636 1,272 1,908 3,179 6,359

20

0,113 0,565 1,130 2,261 3,391 5,652 11,304

30

0,254 1,272 2,543 5,087 7,630 12,717 25,434

40

0,452 2,261 4,522 9,043 13,565 22,608 45,216

50

0,707 3,533 7,065 14,130 21,195 35,325 70,650

60

1,017 5,087 10,174 20,347 30,521 50,868 101,736

70

1,385 6,924 13,847 27,695 41,542 69,237 138,474

80

1,809 9,043 18,086 36,173 54,259 90,432 180,864

90

2,289 11,445 22,891 45,781 68,672 114,453 228,906

100

2,826 14,130 28,260 56,520 84,780 141,300 282,600

110

3,419 17,097 34,195 68,389 102,584 170,973 341,946

120

4,069 20,347 40,694 81,389 122,083 203,472 406,944

130

4,776 23,880 47,759 95,519 143,278 238,797 477,594

140

5,539 27,695 55,390 110,779 166,169 276,948 553,896

150

6,359 31,793 63,585 127,170 190,755 317,925 635,850




















Внутренний

диаметр

трубопровода, мм

Скорость потока, м/с


Это

пересчет

в м3/час

Это

пересчет

в м3/час

Это

пересчет

в м3/час

Это

пересчет

в м3/час

0,1

0,5

1

2

3

5

10

200

11,3 56,5 113,0 226,1 339,1 565,2 1130,4

250

17,7 88,3 176,6 353,3 529,9 883,1 1766,3

300

25,4 127,2 254,3 508,7 763,0 1271,7 2543,4

350

34,6 173,1 346,2 692,4 1038,6 1730,9 3461,9

400

45,2 226,1 452,2 904,3 1356,6 2260,8 4521,6

450

57,2 286,1 572,3 1144,5 1716,8 2861,3 5722,7

500

70,7 353,3 706,5 1413,0 2119,5 3532,5 7065,0

600

101,7 508,7 1017,4 2034,7 3052,1 5086,8 10173,6

700

138,5 692,4 1384,7 2769,5 4154,2 6923,7 13847,4

800

180,9 904,3 1808,6 3617,3 5425,9 9043,2 18086,4

900

228,9 1144,5 2289,1 4578,1 6867,2 11445,3 22890,6

1000

282,6 1413,0 2826,0 5652,0 8478,0 14130,0 28260,0

1200

406,9 2034,7 4069,4 8138,9 12208,3 20347,2 40694,4

1400

553,9 2769,5 5539,0 11077,9 16616,9 27694,8 55389,6

1600

723,5 3617,3 7234,6 14469,1 21703,7 36172,8 72345,6

1800

915,6 4578,1 9156,2 18312,5 27468,7 45781,2 91562,4

2000

1130,4 5652 11304 22608 33912 56520 113040

Таблица: Объемный расход в л/с в зависимости от скорости жидкости в круглой трубе и внутреннего диаметра трубопровода.




















Внутренний

диаметр

трубопровода, мм

Скорость потока, м/с


Это

пересчет

в литры

в секунду

Это

пересчет

в литры

в секунду

Это

пересчет

в литры

в секунду

Это

пересчет

в литры

в секунду

0,1

0,5

1

2

3

5

10

5

0,002 0,010 0,020 0,039 0,059 0,098 0,196

10

0,008 0,039 0,079 0,157 0,236 0,393 0,785

15

0,018 0,088 0,177 0,353 0,530 0,883 1,766

20

0,031 0,157 0,314 0,628 0,942 1,570 3,140

30

0,071 0,353 0,707 1,413 2,120 3,533 7,065

40

0,126 0,628 1,256 2,512 3,768 6,280 12,560

50

0,196 0,981 1,963 3,925 5,888 9,813 19,625

60

0,283 1,413 2,826 5,652 8,478 14,130 28,260

70

0,385 1,923 3,847 7,693 11,540 19,233 38,465

80

0,502 2,512 5,024 10,048 15,072 25,120 50,240

90

0,636 3,179 6,359 12,717 19,076 31,793 63,585

100

0,785 3,925 7,850 15,700 23,550 39,250 78,500

110

0,950 4,749 9,499 18,997 28,496 47,493 94,985

120

1,130 5,652 11,304 22,608 33,912 56,520 113,040

130

1,327 6,633 13,267 26,533 39,800 66,333 132,665

140

1,539 7,693 15,386 30,772 46,158 76,930 153,860

150

1,766 8,831 17,663 35,325 52,988 88,313 176,625




















Внутренний

диаметр

трубопровода, мм

Скорость потока, м/с


Это

пересчет

в литры

в секунду

Это

пересчет

в литры

в секунду

Это

пересчет

в литры

в секунду

Это

пересчет

в литры

в секунду

0,1

0,5

1

2

3

5

10

200

3,1 15,7 31,4 62,8 94,2 157,0 314,0

250

4,9 24,5 49,1 98,1 147,2 245,3 490,6

300

7,1 35,3 70,7 141,3 212,0 353,3 706,5

350

9,6 48,1 96,2 192,3 288,5 480,8 961,6

400

12,6 62,8 125,6 251,2 376,8 628,0 1256,0

450

15,9 79,5 159,0 317,9 476,9 794,8 1589,6

500

19,6 98,1 196,3 392,5 588,8 981,3 1962,5

600

28,3 141,6 282,6 565,2 847,8 1413,0 2826,0

700

38,5 192,3 384,7 769,3 1154,0 1923,3 3846,5

800

50,2 251,2 502,4 1004,8 1507,2 2512,0 5024,0

900

63,6 317,9 635,9 1271,7 1907,6 3179,3 6358,5

1000

78,5 392,5 785,0 1570,0 2355,0 3925,0 7850,0

1200

113,0 565,2 1130,4 2260,8 3391,2 5652,0 11304

1400

153,9 769,3 1538,6 3077,2 4615,8 7693,0 15386

1600

201,0 1004,8 2009,6 4019,2 6028,8 10048 20096

1800

254,3 1271,7 2543,4 5086,8 7630,2 12717 25434

2000

314,0 1570 3140 6280 9420 15700 31400


Вопросы и ответы на них по насосному оборудованию

Вопрос-ответ

Почему насос слишком громко работает?

Существует множество причин, вот лишь некоторые из них:

• Неверное направление вращения насоса (только для 3-х фазных моторов)

• Повреждение рабочего колеса по причине его абразивного износа и коррозии.

• Забита подающая линия насоса или его рабочее колесо

• Забита вентиляционная труба

• Слишком низкий уровень жидкости в резервуаре

• Причина звуков — колебания трубопроводов

• Работу насоса в шахте слышно даже в здании. Возможно шахта не звукоизолирована от здания; установить звукоизоляционные перегородки в прямых жестких каналах, соединяющих дом и шахту

• Установку слышно по всему зданию. Установка не изолирована от пола/стены, необходимы изолирующие прокладки.

Почему шумит обратный клапан насоса?

Клапан слишком медленно закрывается и после выключения насоса ударяет по посадочному гнезду.

Замена на быстрозапорный клапан, использование клапана с резиновым уплотнением, с плавающим шаром, настройка быстродействия на приборе управления насоса.

Почему возникают гидравлические удары насоса?

• Перемещение большого объема жидкости через небольшое сечение трубы в момент запуска насоса

Проверить рабочую точку насоса и диаметр трубопровода на предмет их соответствия скорости жидкости

• Образование воздушных пробок в трубопроводе

Установка вентиляционных и воздухоспускных клапанов за обратным клапаном или в верхних точках трубопровода

• Быстрый выход насоса на режим

Заменить 2-х полюсный мотор на 4-х полюсный или использовать устройство плавного пуска/преобразователь частоты

• Запуск водяного насоса производится очень часто

Настроить быстродействие на приборе управления

• На некоторых участках трубопровода установлена быстрозапорная арматура

Заменить арматуру на обычную.

Почему насос и напорный трубопровод забиваются отложениями?

• Образование отложений происходит при пониженной подаче по причине снижения скорости жидкости

Проверить рабочую точку насоса и диаметр трубопровода на их соответствие скорости жидкости

• Слишком частое включение для перекачки небольших объемов

Произвести перерасчет высоты уровня жидкости для включения насоса (увеличить объем перекачки за один цикл работы насоса), при необходимости увеличить быстродействие на приборе управления.

Почему прибор управления насосом подает сигнал перегрузка?

• Падение напряжения в сети. Проверить напряжение в сети

• Слишком высокая вязкость перекачиваемой жидкости, что вызывает перегрузку мотора

Установить рабочее колесо меньшего диаметра или другой мотор

• Работа насоса в правой части характеристики. Ограничить производительность насоса с помощью запорной арматуры на напорном трубопроводе

• Слишком сильное повышение температуры мотора. Проверить количество запусков и остановок и при необходимости ограничить прибором управления через настройку частоты включений

• Неверное направление вращения насоса (только для 3-х фазных моторов).

Для установки правильного направления поменять местами две фазы (жилы кабеля питания насоса)

• Выпадение одной из фаз

Проверить контакты подключения кабеля, а при необходимости — заменить неисправные предохранители.

Почему насос не развивает необходимой мощности?

• Неверное направление вращения насоса (только для 3-х фазных насосов)

Для установки правильного направления поменять местами две фазы (жилы кабеля питания насоса)

• Повреждение рабочего колеса по причине его абразивного износа и коррозии

Заменить поврежденные детали (например ржавое рабочее колесо)

• Забита подающая линия насоса или рабочее колесо

Очистить их

• Забился или заклинил обратный клапан

Очистить клапан

• Не полностью открыта задвижка на напорном трубопроводе

Полностью открыть задвижку

• Частицы воздуха или газа в перекачиваемой жидкости

Обеспечить глубокое погружение насоса в воду или установить отбойные щитки с целью исключить попадания струи воды на участок вблизи насоса

• Забита вентиляционная труба

Проверить и при необходимости прочистить.

В каких случаях возникает кавитация насоса и каковы способы ее устранения?

• Забита вентиляционная труба (или ее диаметр слишком мал) при высокой температуре перекачиваемой жидкости

Прочистить или установить новую трубу большего диаметра

• Длинный всасывающий трубопровод для насосов при монтаже «Сухая установка»

Подобрать другой подходящий насос

• Частицы воздуха или газа в перекачиваемой жидкости

Обеспечить глубокое погружение насоса в воду или установить отбойные щитки с целью исключить попадания струи воды на участок вблизи насоса

• Забит или зашлакован подводящий трубопровод

Очистить подводящий трубопровод насоса или шахту; очистить гидравлическую часть насоса

• Высокая температура перекачиваемой жидкости

Подобрать другой насос

• Насос работает в правой части характеристики

Подобрать другой насос; повысить сопротивление на напорном трубопроводе путем установки искусственных сопротивлений таких, как дополнительные колена, трубопровод малого диаметра.

Как самостоятельно обустроить канализационную насосную станцию на даче?

Лучше всего воспользоваться готовым решением, и приобрести модульную канализационную насосную станцию, которая представляет собой полностью герметичный пластиковый колодец, внутри которого расположена арматура для монтажа фекального насоса. Сам фекальный насос подбирается отдельно, в зависимости от необходимой производительности и напора. Также Вам потребуется купить шкаф управления для канализационной насосной станции, который обеспечивает автоматическое включение фекальных насосов в зависимости от уровня воды и работает от поплавковых или пневматических датчиков уровня воды. Обычно готовые колодцы для канализационной насосной станции имеют глубину порядка 2 метров и 1 метр диаметр. Для его установки потребуется соответствующий котлован, в который вы также должны вывести подающую канализационную магистраль от вашего дома и в последующем подключить ее к пластиковой емкости канализационной насосной станции. Обычно стоки подаются в накопительный колодец самотеком, но также возможен сброс стоков под напором, если в доме установлены канализационные насосные установки. Модульная схема позволяет легко смонтировать и демонтировать фекальные насосы внутри резервуара, вам останется только проложить напорный коллектор, который надежно фиксируется с пластиковой емкостью резьбовыми соединениями. За счет использования фекальных насосов с измельчителем, напорный канализационный коллектор может быть выполнен трубами малого диаметра. Остается только установить датчики уровня внутри канализационной насосной станции и подключить фекальные насосы к шкафу управления при помощи специальных разъемов. Шкаф управления модульной канализационной насосной станцией не требует никаких дополнительных настроек и лучше всего оставить заводские настройки. Осталось только плотно закрыть канализационный колодец специальной крышкой идущей в комплекте поставки и канализационная насосная станция для вашего дома готова.

Затопило подвал в доме, как откачать воду, если нет приямка для дренажного насоса?

Есть дренажные насосы, в которых охлаждение двигателя происходит за счет перекачиваемой жидкости проходящей внутри корпуса насоса. Для автоматической работы дренажного насоса вместо стандартного поплавкового датчика уровня лучше использовать сенсорный датчик, который срабатывает при минимальном уровне воды на поверхности пола. Посмотрите дренажный насос HOMA C237WF.

Как самостоятельно разобрать и почистить фекальный насос?

Фекальные насосы это сложные технические устройства и без специализированной подготовки лучше их не разбирать. Внутри фекального насоса для герметизации электродвигателя используется специальное масло, и при попытке вскрыть корпус насоса, это масло скорее всего вытечет, давая возможность находящейся в насосе влаге попасть на обмотку электродвигателя, что повлечет выход насоса из строя. Вам лучше всего обратиться в специализированный сервисный центр, где профессионалы прочистят и заменят неисправные детали вашего фекального насоса.

Через сколько времени необходимо проводить сервисное обслуживание фекального насоса?

Все зависит от количества времени, которое проработал насос. Обычно для промышленных фекальных насосов используют панели управления, которые самостоятельно отслеживают циклы включения и отключения насосов, выдавая сигнал для производства сервисного обслуживания. Для маломощных фекальных насосов лучше всего проводить сервисное обслуживание раз в год перед началом сезона, которое заключается в замене или доливе масла, а также чистке рабочей камеры. Также производиться осмотр рабочих колес, и в случае их износа они заменяются.

Для чего в системе управления канализационной насосной станции используются 4 датчика уровня?

Речь скорее всего идет о канализационной насосной станции с двумя фекальными насосами. Давайте рассмотрим работу датчиков уровня снизу вверх.

• Отвечает за отключение фекальных насосов в случае падения уровня жидкости ниже уровня установленных насосов, защита фекального насоса от работы в сухую.

• Включает фекальный насос на откачку.

• Подключает одновременно второй фекальный, так как происходит аварийный сброс, превышающий расчетную производительность фекального насоса.

• Переполнение накопительной емкости канализационной насосной станции, датчик включает аварийный сигнал в шкафу управления.

Какое давление воздуха нужно накачать в бак насосной станции?

В насосных станциях оснащенных гидробаком обычно используется давление воздуха между корпусом и мембранной равное 1,2 — 1,4 атмосферам. Чтобы проверить давление воздуха внутри насосной станции достаточно снять кожух с обычного ниппеля, установленного на корпусе баке, и в случае падения давления подкачать туда воздух при помощи обычного автомобильного насоса.

Как удлинить кабель для погружного скважинного насоса?

Погружные скважинные насосы поставляются с коротким кабелем выведенным из насоса, так как длина кабеля подбирается исходя из глубины скважины и отметки на которую будет погружен скважинный насос. Подключение водостойкого кабеля производят при помощи специальной термомуфты, состоящей из клейм и гидростойкой обмотки, которая после соединения концов кабеля от насоса при помощи клейм надевается сверху и заваривается тепловым феном, обеспечивая надежное и герметичное соединение.

Насос при включении страшно трещит, что делать?

Скорее всего в рабочую камеру насоса попал посторонний предмет, постарайтесь его извлечь. Также шум при включении насоса может быть связан с неисправностями ходовой части насоса (поломка рабочего колеса, смещение вала электродвигателя и т.п.) потребуется отсоединить насос и отправить его в сервисный центр для устранения неисправностей. В некоторых бытовых насосах и насосных станциях звуковой эффект служит для подачи сигнала тревоги при работе насоса в сухую, проверьте свободное поступление воды к всасывающему патрубку насоса.

Чем смазать подшипник у фекального насоса?

В современных моделях фекальных насосов используются подшипники не требующие смазки на весь период эксплуатации. Единственное, где используются смазочные материалы, это масляная камера для герметизации электродвигателя фекального насоса.

Как самостоятельно установить и настроить фекальный насос?

Обычно фекальные насосы устанавливаются внутри канализационного колодца при помощи специальной автосцепки, которая жестко крепиться к стенке колодца. К ней уже подводят напорный трубопровод, по которому и происходит откачка канализационных стоков, у ней же и крепятся направляющие, по которым фекальный насос как по рельсам можно поднимать и опускать для обслуживания. Более простой способ, это купить фекальный насос со встроенной подставкой. Для монтажа такого фекального насоса достаточно просто подключить в нему напорный коллектор и опустить на дно колодца. Обычно все фекальные насосы поставляются с системой автоматического управления канализационной насосной станцией, состоящей из шкафа управления и датчика уровня. После монтажа фекального насоса, необходимо зафиксировать в колодце поплавковый датчик уровня на необходимой глубине и при помощи специального разъема подсоединить фекальный насос к шкафу управления. Сложности в самостоятельной установке фекального насоса никакой нет, вся автоматика поставляется полностью готовой к эксплуатации, и не требующей дополнительных настроек.

Как отвести канализационные стоки из подвала?

Для откачки канализационных стоков из помещений расположенных ниже уровня канализационного коллектора применяются компактные канализационные насосные установки. Обычно такая канализационная насосная установка состоит из пластикового резервуара и встроенного в него фекального насоса, обеспечивающего измельчение и подачу под напором фекальных стоков в общий канализационный коллектор.

Что делать если затопило подвал?

Для откачки воды из подвала подойдет любой дренажный насос. Если у Вас есть приямок на полу подвала, то используйте для откачки воды дренажные насосы со встроенными поплавковыми датчиками уровня, а если приямка для насоса нет, тогда купите дренажный насос с сенсорным датчиком уровня. Помните, дренажный насос лишь временная мера, позволяющая откачать воду из подвала, после осушения подвала сделайте гидроизоляцию фундамента вашего дома, чтобы избежать повторных подтоплений подвала.

Почему насосная станция не всасывает воду из колодца?

Для того чтобы насосная станция всасывала воду из колодца необходимо, чтобы шланг опущенный в колодец и рабочая камера насосной станции были полностью заполнены водой. На всех насосных станциях сверху рабочей камеры, там где подключается всасывающий шланг или труба, находится винт, который служит для заполнения всасывающего трубопровода водой. Аккуратно отверните его и в отверстие заливайте воду пока она не будет изливаться наружу. Чтобы вода из насосной станции не уходила по всасывающему трубопроводу обратно в колодец, на конце трубопровода, опущенного в колодец, обязательно установите обратный клапан.

Как избавиться от вони из канализационной насосной станции?

Современные канализационные насосные станции и установки имеют полностью герметичные конструкции, которые исключают попадание неприятных запахов в окружающую среду. Вам следует заказать герметичную крышку для вашей канализационной насосной станции и позаботиться о маленьком вентиляционном отверстии (поступление воздуха в канализационную насосную станцию необходимо для нормальной работы фекальных насосов). После установки герметичной крышки на канализационную насосную станцию сделайте воздуховод из трубы маленького диаметра и отведите его к границе участка, где запах не будет никого раздражать.

Зачем нужен режущий механизм в фекальном насосе?

Режущий механизм или измельчитель используется в фекальных насосов для механического разрушения всех фракций попадающих в насос вместе с канализационными стоками. Обычно фекальные насосы с режущим механизмом используются в канализационных насосных станциях первого подъема, когда необходимо собрать канализационные стоки и подать их на большое расстояние в большой канализационный отстойник или канализационный коллектор. Обычно фекальные насосы с измельчителем создают большой напор и перекачивают канализационные стоки на сотни метров, а также способный продавливать канализационные коллекторы находящиеся под давлением. Еще одной важной особенностью фекальных насосов с режущим механизмом является применение в качестве напорного коллектора труб малого диаметра.

При включении автомата в шкафу управления насос не работает, что делать?

Нужно проверить подачу электропитания на насос. Если в шкафу управления насосом не горит световая индикация, то электрический ток не подается на шкаф управления, проверьте подключение шкафа управления насосом к электросети. Если в шкафу управления насосом горит световая индикация, а насос не работает, то скорее всего произошел обрыв кабеля между насосом и панелью управления или неисправно электрическое соединение термомуфты, при помощи которой обычно подключают насос. Также можно снять лицевую панель в шкафу управления и проверить соединение разъемов внутри, все разъемы должны быть жестко фиксированы.

Насос работает, но не качает воду, что делать?

Это может быть связано с завоздушиванием подающей магистрали к насосу, обычно происходит при неработающем обратном клапане для насосных станций и погружных скважинных насосов. Потребуется отсоединить насос и спустить воздух. Но скорее всего причина в падении уровня жидкости ниже насоса, особенно актуальная такая неисправность для погружных насосов. Потребуется опустить насос ниже уровня перекачиваемой жидкости. Также такое поведение насоса может быть связано с отсутствием подачи жидкости к насосу.

Мы планируем приобрести несколько шламовых насосов и понимаю, что эта служба считается тяжелой обязанностью. То, что руководящие принципы должны соблюдаться в отношении подбора насоса основан на хорошей износостойкостью?

Износ насоса зависит от конструкции насоса, абразивный характер суспензии, специфики применения или обязанность условиях, то, как насос, примененного или выбран для долга и реальных условий эксплуатации. Носите внутри насоса значительно варьируется в зависимости от скорости, концентрации и влияние угла частиц. Как правило, самые тяжелые в лице рабочего колеса печать площадь всасывания лайнер, а затем лопасти входе и выходе. Сумма износа корпуса и расположение также изменяются в зависимости от формы коллектора и в процентах от реальных условиях эксплуатации по сравнению с лучшими поток точка эффективности.

Только с текущего ремонта, во многих частях шламовых насосов износ может длиться годами. Услуг, таких, как транспорт высокой концентрации и очень абразивных или крупных твердых частиц, иногда может сократить срок часть на несколько месяцев. Большие насосы с более толстыми разделов, больше износ материала и медленнее скорость работы может улучшить жизнь во всех приложениях, хотя значительное связанное с этим увеличение себестоимости продукции не может быть оправдано в некоторых случаях.

Аналитические и численные модели доступны для изготовления качественных прогнозов износа. Их ограничения и изменчивости услуг суспензии таковы, что контактирующие прогноз срока службы компонентов до сих пор только хорошие оценки и не должны использоваться для гарантии. Эти оценки, как правило, на основе указанного рабочее состояние насоса и могут значительно варьироваться, если насос работает при существенно различных условиях. Использование такого анализа, стоимость жизненного цикла (LCC) оценки капитала, власть, износа и других расходов, связанных с насосом может быть использована для оценки оптимального баланса между различными конструкции насоса. Такой анализ в значительной степени теоретическим, однако, как одежда может быть непредсказуемой на действительную службу.

Ранжирование суспензии в свет (класс 1), средний (класс 2), тяжелые (класс 3) и очень тяжелый (класс 4) услуги, как показано на рисунке 12.3.4.2a, обеспечивает практический инструмент для подбора насоса и, в сочетании с таблицей 12. 3.5a, средства рекомендовать предельный главы насоса.

Линии границы между классом обслуживания районов графика приблизительно пределы постоянного ношения модифицированы для практическими соображениями и опытом. Соображения капитальные и эксплуатационные затраты таковы, что различные (более высокой удельной скорости) конструкции могут быть использованы для более легкого класса обслуживания.

Рейтинг суспензии службы показано на рисунке 12.3.4.2a основан на водных растворов диоксида кремния на основе твердых накачки (Ss = 2,65). Она также может быть использована в качестве руководства для минеральных растворов, если эквивалентный удельный вес в минеральной суспензии используется для определения класса обслуживания.

Дополнительная информация о шламовые насосы могут быть найдены в ANSI / HI 12.1-12.6, центробежные (центробежные) шламовые насосы для номенклатуры, определения, приложения и операции.

Помимо очевидных финансовых выгод, получаемых от экономии энергии, то какие другие важные экономические выгоды от насоса для оптимизации системы, которые влияют на общую стоимость владения?

При проведении оптимизации насоса системного анализа, необходимо выйти за рамки экономии энергии, чтобы захватить менее очевидными экономическими факторами, которые могут оказать положительное влияние на прибыль. Завод и стимулов корпоративных менеджеров, как правило, чтобы свести к минимуму первоначальные затраты в качестве средства для увеличения прибыли компании при рассмотрении инвестиций в основные фонды.

Лица, принимающие решения исторически были более настроены на инвестирование в проекты, которые переводят непосредственно к нижней линии, такие как расширение мощностей по сравнению с снижением спроса на энергоносители. Большинство проектов в области энергоэффективности имеют дополнительные экономические выгоды, которые остаются без должного внимания, в том числе следующие:

· Повышение производительности и качества продукции

· Высокая надежность и низкое обслуживание

· Лучшее соблюдение экологических норм

· Снижение побочных отходов

· Повышенная емкость и пропускную способность

· Улучшение безопасности труда

Какие типы соединений могут быть использованы на насосы, и каковы их функции?

Основная функция насоса муфты является обеспечение гибкого механического соединения между двумя в линию концах вала. По сути, муфты соединения двух частей вращающегося оборудования. Их функция заключается в передаче власти, позволяя той или иной степени движение смещения, ни конца.

Три основных типа муфты: механический, эластомерных и металлических. Механические типов элементов вообще получить их гибкости от сочетания свободно облегающие частей и качения или скольжения сопряженных деталей. Как правило, они требуют смазки, если только одна движущаяся часть выполнена из материала, который обеспечивает собственную смазку.

Типы эластомерных элементов получить их гибкости растяжения или сжатия материала. Металлические типов элементов получить их способность выдерживать смещение и расширение от изгиба тонких металлических дисков или диафрагмы.

Тип насоса муфты, которые должны быть использованы связан с властью требуется насос. Небольшой насос можно считать насос до 100 лошадиных сил. Так как эти насосы требуют относительно низкой мощности, они могут использовать соединения, где гибкого элемента могут быть легко проверены и заменены в случае необходимости.

Если есть связи в связи с недостаточностью с высоким крутящим моментом нагрузки или чрезмерное смещение элемент гибкого соединительного обычно заменяется. Однако, как правило, не в ущерб другим компонентам. Типы муфт для небольших насосов включают гибкую сетку, диск и эластомеров. В некоторых небольших конструкций связи передач, смазка не нужна, потому что гильза изготовлена ​​из нейлона или пластика.

Средняя мощность насосов использовать гибкие сетки передач, дисковые и эластомерных муфт. Эти соединения будут обладать хорошей долговечностью, с преждевременного выхода из строя происходит только тогда, когда неправильное применение или установка, отсутствие надлежащей смазки или чрезмерного смещения является одним из факторов. Эластичные соединения часто используется для приложений, в которых очень высокие пики циклического происходить, поскольку они снижают крутящие нагрузки на оборудование.

Высокой мощности насосов имеют важное значение для обеспечения непрерывной работы на большинстве объектов, и, следовательно, выбор и установка их соединения имеют решающее значение. Для высокой скоростью и высоким крутящим моментом, высокой производительности передачи, диск или мембранных муфт часто, указанные пользователем.

Муфты высокотехнологичных проектов, которые производятся и сбалансированы специально для приложений. Многие из этих соединений используются специальные сплавы и крепеж.

При покупке нового центробежные насосы, какой тип приемо-сдаточных испытаний рекомендуется?

Покупатели центробежные насосы следует указать приемо-сдаточных испытаний, которая будет проверять скорость течения, руководитель производства и необходимую мощность. Расходы, связанные с приемо-сдаточных испытаний и специальных испытаний должны быть четко прописаны в договоре. Задание более жесткие допуски принятие может привести к повышению тестирования расходы и повысить сроки. Когда NPSH тестирования указано, тест расходы будут выше, так как испытания насоса должен пройти другой, более трудоемкий тест, часто выступал с различными тест установка требует дополнительного монтажа и слез вниз время.

Для снижение толерантности пропускной способностью, более жесткие допуски изготовления требуется, что значительно увеличивает стоимость и увеличивает срок поставки. Песчано-литой формы являются самыми дорогими, но в наибольшей степени толерантности. Методы Литье обеспечит превосходное качество поверхности и наиболее последовательных измерений.

Формовочного оборудования затраты на литье может быть в два-четыре раза больше, чем литья песка. Высокий объем производства необходимо, чтобы оправдать дополнительные затраты на это оборудование. Много часов ручного труда может потребоваться для получения отливок песка в сжатые, повторяемые допусков.

Обработка частей меньшими допусками может увеличить затраты на рабочую силу на 50 процентов и увеличить время для изготовления части до необходимого допуска. Уменьшение допуска к росту издержек из-за необходимости дополнительного ухода в процессе производства и потенциал увеличения скорости лома. Рабочее колесо, возможно, потребуется ручной работы для получения требуемой производительности. Рабочие колеса должны быть аксиально позиционируется для оптимального согласования с корпусом для создания требуемого напора и высокой эффективностью.

Следует использовать в качестве ориентира. Для обычно изготавливаются насосы, пользователи могут рассматривать сертификат соответствия, а не фактического тестирования.

Что такое характеристики насоса?

Создание кривой насоса требуется измерение скорости потока, головы и власти. На основе этой информации, КПД насоса может быть вычислена. КПД насоса кривой, как правило, связана с властью входного вала. Опубликованные эффективность гидравлической мощности производства насосов, деленная на механическую мощность на валу насоса. Эффективность опубликованы только то, что в насосе. С точки зрения тестирования, наиболее точный способ получить власть данных путем прямого измерения крутящего момента и оборотов вала. Это делается с помощью преобразователя крутящего момента и тахометр. Эти значения используются при расчете мощности к насосу.

Менее точный метод, но он может быть указано, является строкой тест с использованием полной сборки двигателя, насоса и привода (например, коробка передач, ременным приводом и т.д.). Точность этого теста будет ниже, чем когда насос только тестируется. В этом случае мощность измеряется мощность двигателя. Мощность на валу насоса рассчитывается по опубликованным двигателя и привода эффективности. Так как эти эффективность точно не известны, этот метод является менее точным.

Когда VFD используется как часть строки, то становится трудно получить точное значение входной мощности на валу насоса. Ваттметра не может точно измерить мощность от VFD на двигатель из-за несинусоидального сигнала ПЧ. Ваттметр может измерять мощность в ПФО. Однако, когда потребляемая мощность в ПФО измеряется эффективность VFD должны быть известны для расчета ПЧ мощности двигателя. Эта информация может быть доступна, но это добавляет еще один уровень ошибку, так как КПД двигателя будет изменяться в зависимости от несинусоидального сигнала на выходной мощностью от ПФО. (Хотя многие VFD, обеспечивают измерение выходной мощности, значение этого измерения является лишь приблизительным и не достаточно точны для приемо-сдаточных испытаний. Это чтение не считает снижение КПД двигателя при работе на VFD власти.)

Строка тест с VFD может потребоваться, если заказчик указывает, что VFD быть использован для строк теста. Он также может быть необходимо, когда клиент хочет иметь кривые в ряде скорости. В обоих случаях предлагаемые процедуры проведения одного теста без VFD, запуск двигателя непосредственно через линию. Это позволяет полностью головы создания кривой эффективности будет производиться при номинальной скорости. VFD может быть подключен к двигателю, и голова кривые мощности могут быть произведены в необходимых скоростях без каких-либо измерений мощности.

Влияние факторов для расчета КПД насоса для различных конфигураций. Содержит факторы, необходимые для расчета КПД насоса для различных конфигураций. Строка тест не может измерить эффективность двигателя насоса. В этом случае, насос должны быть проверены отдельно, если точные измерения вала отбора мощности не требуется. Кривые насос производителя зачастую только обеспечить конечному пользователю необходимую мощность на валу насоса. Дальнейшее исследование может показать, что эта информация предоставлена ​​с насосом быть опечатаны упаковки, а не механическое уплотнение, которое может поглотить дополнительную мощность. С точки зрения потребления энергии, эти данные не предоставляют пользователю реальную стоимость для работы насоса.

Провод-вода кривые эффективности и энергопотребления являются более полезными, но редко просили. Провод-вода производительность может быть измерена со всеми конфигурациями на рисунке 2, поставив ваттметра на входе в двигатель или VFD. Эти данные позволят конечному пользователю знать истинную потребляемая мощность насоса системы и оценить истинную стоимость эксплуатации.

Некоторые приложения включают раствор пены в жидкости, которая влияет на производительность насоса. Что нужно сделать при выборе центробежные насосы для таких приложений?

Пена представляет собой пористый средний жидкость (суспензия), которая встречается в природе или созданы с определенной целью. Природные появление может быть связано с характером переработки руды в добывающей промышленности, создания общей неприятностью во многих случаях.

Пена создается для разделения минералов, плавающие продукт из отходов, и наоборот. Он создан на аэрацию суспензии через нагнетания воздуха во время агитации с добавлением полимеров увеличить поверхностное натяжение. Это создает пузырьки которого продукт или отходы придерживается, который позволяет для разделения и сбора востребованных минеральные для дальнейшей переработки.

Передача пены с центробежных шламовых насосов является специальное приложение цели, часто встречающихся в желоба флотационных схем. Очень большая часть воздуха в пене обрабатывается нарушает нормальные отношения, которые используются для прогнозирования накачки производительность и требует уникального подхода при выборе и применении насосов для этой услуги.

В зависимости от процесса, типа суспензии или пенообразователей используются, определенное количество воздуха или газа будут отделяться от пены и может привести к проблемам с производительностью насоса. Изменения в работе из-за этого воздух или газ может быть определена количественно на основе различных факторов, таких как насос геометрии, определенной скорости и давления всасывания.

Тем не менее, определение с достаточной степенью точности, что количество свободного воздуха или газа будут отделяться от пены на входе рабочего колеса практически невозможно. Эта проблема требует выбора насоса, который может успешно справиться с пеной приложения.

Обычный подход к негабаритных насос для приложения с помощью «пены фактор». Пена фактором является множителем, что повышает производительность процесса проектирования, чтобы обеспечить увеличение объема проходящего вызвано газа в пену.

Пена фактор, как правило, указанный покупателем насоса и на основе предыдущего опыта завода. Факторы, как правило, в диапазоне от 1,5 до 4, но может быть выше, чем 8. Многие факторы влияют на размер пены фактор. Они могут включать вязкость жидкости, размер помола минеральных и химии, используемые в этом процессе. Тип насоса выбран также будет иметь влияние на пену фактор используется, и насос производитель должен провести консультации для определения размеров рекомендации. Некоторые типичные вертикальный насос пена факторов общих процессов приведены в таблице 12.3.3. Это лишь приблизительные значения. Самый надежный факторов будет исходить от конечных пользователей.

ANSI / HI 12.1-12.6 центробежные (центробежные) шламовых насосов, раздел 12.3.3 включает в себя дополнительную информацию о пене насосных которые будут отвечать и другие вопросы. Новая редакция этого стандарта, как ожидается, будет выпущен этим летом.

Есть ли стандартная процедура для измерения бортового звука, излучаемого из промышленных насосов?

Да. ANSI / HI 9.1-9.5 Общие рекомендации для насосов включает в себя раздел 9. 4: Измерение воздушно-десантной звук. Целью настоящего стандарта является обеспечение единых процедур испытания для измерения в воздухе звук от насосного оборудования.

Настоящий стандарт распространяется на центробежные, роторные и поршневые насосы и насосное оборудование. Это указывает на приемлемых и целесообразных условий эксплуатации и процедуры для использования неспециалистами, а также акустических инженеров.

Настоящий стандарт не распространяется на вертикальные насосы погруженные мокрой яме. В этом стандарте, уровень звукового давления 20 мкПа (0,0002 μbar) используется в качестве ссылки.

Какой уровень шума насоса и какие параметры должны быть рассмотрены при выборе насоса или насосной станции?

Начнем с того, что выясним, отчего возникает шум. Причин несколько:

1.Имеющийся дисбаланс вращающихся частей насоса и электродвигателя.

2.Кавитация (схлопывания воздушных пузырьков в воде).

3.Гидроудары.

4.Движение воды по трубопроводам.

Как видим, уровень шума напрямую зависит от совершенства конструкции как самого скважинного насоса или насосной станции, так и от других элементов водоснабжения. Как правило, уровень шума от работающего насоса или насосной станции достигает 60 — 90 дБ, а иногда и более. Даже в таких совершенных насосах, как Grundfos SQ или SQE, а также насосных станциях Grundfos MQ уровень шума достигает 55 дБ. В итальянских насосных станциях Uni-Jet уже 70 дБ, а в отечественной технике эти показатели подбираются к отметке 80-90 дБ. И это притом, что согласно санитарным нормам, максимальный уровень шума не должен превышать 30 дБ!

Какие факторы вызывают вибрации насоса, и как причину вибраций можно определить?

Факторами, влияющими на колебания, являются:

Механические — дисбаланс вращающихся частей

Механические — дисбаланс с абразивными жидкостями

Насос и двигатель, собственная частота и резонанс

Разные механические проблемы

Гидравлические нарушения

Гидравлические — резонанс в трубопроводе

Что такое дожимные насосы для котлов и для чего эти насосы?

Служат для котельной для бесперебойного обеспечения оптимального напора сырой воды непосредственно перед химической водоочисткой и для подачи химически очищенной воды в емкость с горячей водой (бак горячей воды), а также — в деаэратор.

Этот насос способствует поддержанию необходимого уровня жидкости в баке горячей воды. Выбирать его нужно тоже с учетом реальных условий, в которых он должен работать. Способность перекачивания определенного объема жидкости за единицу времени — один из основных критериев.

Для чего применяется герметизация подшипников и как она устроена?

Важное условие надежной работы подшипников — обоснованный выбор уплотнений, которые защищают полость подшипника от проникновения в нее из окружающей среды пыли, влаги, абразивных частиц и препятствуют вытеканию смазочного материала. Конструкция выбранного уплотнения зависит от вида смазочного материала, условий и режима работы узла подшипника, а также степени его герметичности.

По принципу действия уплотнения разделяют на контактные, в которых герметизация осуществляется за счет плотного прилегания уплотняющих элементов к подвижной поверхности вала; бесконтактные — герметизация в которых осуществляется за счет малых зазоров сопряженных элементов; комбинированные, состоящие из комбинации контактных и бесконтактных уплотнений.

Основными типами контактных уплотнений являются сальниковые и манжетные.

Зачем контролировать давление в центробежных насосах?

Неполадки в центробежных насосах возникают в результате несоблюдения условий входа жидкости в насос. Если в отдельных областях насоса давление понизится до давления насыщенных паров, то в этих областях начнется вскипание жидкости с образованием в канале воздушных карманов, нарушающих плавность потока.

Это явление называется кавитацией, которая может возникнуть как в стационарной, так и в движущейся части насоса.

Кавитация сопровождается сильным шумом, треском, вибрацией насоса, вызывает разрушение металла, понижает напор, производительность и КПД насоса. Кроме механического разрушения металла, кавитация вызывает его коррозию. Особенно быстро разрушается чугун. Разрушаются и более стойкие металлы — бронза, нержавеющая сталь. Поэтому в работе насоса нельзя допускать кавитацию, а высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

При эксплуатации центробежных насосов кавитация может возникнуть при понижении уровня жидкости во всасывающем резервуаре ниже расчетного, повышении температуры перекачиваемой жидкости, неправильной установке и неправильном монтаже насоса. С целью уменьшения потерь во всасывающем трубопроводе уменьшают, по возможности, его длину, делают его более прямым, устанавливают минимальное количество арматуры, избегают воздушных мешков.

Что такое сбалансированное механическое уплотнение и где оно используется?

Механическое уплотнение — это уплотнительное устройство, которое образует вращающееся уплотнение между подвижной и неподвижной частями. Они были разработаны для устранения недостатков сальниковой набивки. Утечка может быть снижена до уровня соблюдения экологических стандартов государственных

регулирующих органов и затраты на техническое обслуживание и ремонт также могут быть снижены.

Преимущества механического уплотнения по сравнению с обычной сальниковой набивкой:

1. Отсутствие или ограниченная утечка продукта (отвечает нормированию состава автотранспортных выбросов).

2. Уменьшение трения и потери мощности.

3. Элимирование вала или втулки износа.

4. Сокращение расходов на обслуживание.

5. Возможность использования при более высоких давлениях и более агрессивных средах.

6. Широкое разнообразие конструкций позволяет использовать механические уплотнения почти во всех насосах.

Сбалансированное механическое уплотнение включает в себя простое изменение конструкции, которое снижает гидравлические силы, пытающиеся закрыть торцевое уплотнение. Сбалансированные уплотнения имеют более высокий предел давления, низкую нагрузку на уплотнительные поверхности и выделяют меньше тепла. Это делает их наиболее подходящими при перекачивании жидкостей с низкой смазывающей способностью и высоким давлением насыщенных паров, таких как лёгкие углеводороды.

Какие требования предъявляются для всасывающих трубопроводов центробежного насоса?

Всасывающий трубопровод является одним из ответственных элементов насосной станции. К нему предъявляются следующие требования: он должен быть герметичным, возможно меньшей длины с наименьшим числом фасонных частей (колен, отводов, тройников, переходов и др.), не должен иметь мест для образования воздушных мешков. Герметичность всасывающего трубопровода достигается путем тщательного соединения труб и фасонных частей, устанавливаемых на трубопроводе. Материалом для всасывающего трубопровода могут служить стальные, а иногда и чугунные трубы. Деревянные, асбестоцементные и железобетонные трубы не обеспечивают полной герметичности, поэтому их применение не допускается.

Стальные трубы могут быть соединены при помощи сварки или фланцевого соединения. Сварка обеспечивает достаточную герметичность трубопровода. Применение фланцевого соединения возможно при условии, если всасывающий трубопровод не засыпается землей. Трубы, уложенные в землю, должны быть покрыты антикоррозийными материалами. В лессах и других просадочных грунтах трубы следует укладывать без засыпки. Только после окончания просадок траншею можно засыпать.

Смонтированный всасывающий трубопровод должен иметь постепенный подъем к насосу (уклон не менее 0,005), чтобы воздух, попавший во всасывающие трубы, мог свободно двигаться с водой к насосу. С целью уменьшения потерь напора всасывающий трубопровод должен быть возможно меньшей длины, не иметь резких поворотов, расширений, сужений и лишних фасонных частей.

Для обеспечения правильной работы всасывающего трубопровода необходимо избегать образования воздушных мешков. Эти мешки могут возникать в повышенных местах и резких поворотах трубопровода.

На всасывающих трубопроводах могут быть установлены всасывающие или приемные клапаны, всасывающие воронки, сетки, задвижки, колена, тройники и переходы.

Как рассчитать давление гидравлического удара и избежать его?

В зависимости от времени распространения ударной волны и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:

Полный (прямой) гидравлический удар, если t <

Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t >

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь — длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, — скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н. Е. Жуковского, м/с:

де E — модуль объемной упругости жидкости,

ρ— плотность жидкости,

— скорость распространения звука в жидкости,

Etr — модуль упругости материала стенок трубы,

D — диаметр трубы,

h — толщина стенок трубы.

Для воды отношение зависит от материала труб и может быть принято: для стальных — 0,01; чугунных — 0,02; ж/б — 0,1-0,14; асбестоцементных — 0,11; полиэтиленовых — 1-1,45

Коэффициент k для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

коэффициент армирования кольцевой арматурой (f — площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно . Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

где Vo — скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (tз>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом ударе

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов:

• Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.

• Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора

• Установка демпфирующих устройств

Как далеко от поверхности воды должен быть установлен насос в колодце?

Насос в колодце устанавливают на такой глубине, чтобы нижний край насоса находился от дна вверх на 25 — 30 см, такое расстояние необходимо чтобы насос при заборе воды не захватывал также песок со дна колодца.

Как влияет растворенный в жидкости газ на производительность центробежных насосов?

Растворенные в жидкости газы могут спровоцировать появление кавитации. Кавитация в центробежных насосах является гидродинамическим явлением и зависит от гидродинамических качеств рабочих органов машины и физических свойств жидкости. Кавитация в насосах обычно начинается при падении давления до значения, равного или меньшего давления упругости насыщенного пара и сопровождается нарушением сплошности потока с образованием полостей, насыщенных паром и растворенными в жидкости газами.

Явление кавитации в насосах сопровождается вскипанием жидкости и является термодинамическим процессом, определяемым свойствами жидкости: давлением, температурой, скрытой теплотой парообразования, теплоемкостью.

Последствия кавитации в насосах сопровождается признаками, отрицательно сказывающимися на работе насоса.

Шум и вибрация возникают при разрушении кавитационных пузырьков в зоне повышенного давления. Уровень шума зависит от размеров насоса. Кавитационный шум проявляется в виде характерного потрескивания в зоне выхода в рабочее колесо.

Снижение параметров насоса при наличии развитой кавитации по-разному сказывается для насосов с разными коэффициентами быстроходности и зависит от значения и влияния кавитационной зоны. При низкой быстроходности параметры снижаются резко. Для насосов с высоким коэффициентом быстроходности характерно постепенное снижение параметров. Если кавитационная зона занимает все сечение канала, то происходит срыв (прекращение) подачи насоса.

Кавитационное разрушение материалов (питтинг) происходит при длительной работе насоса в условиях кавитации в местах захлопывания пузырьков. Питтинг имеет место как при начальной, так и при развитой кавитации.

Что такое балансировка ротора насоса, и для чего ее производят?

Вал с посаженными на него деталями носит название ротора насоса. Роторы центробежных насосов балансируют, причем у мелких насосов производится статическая балансировка, а у крупных — статическая и динамическая.

В процессе круглосуточной эксплуатации происходит непрерывное изнашивание основных узлов центробежных насосов (валов, подшипников, сальников и торцовых уплотнений), увеличивается осевой разбег роторов, нарушается балансировка, изнашиваются соединительные элементы полумуфт.

Балансировке должны подвергаться все вращающиеся детали или узлы, неуравновешенность которых может вызвать нарушения в работе механизмов, вибрацию их, преждевременный износ и т. п. Статическая балансировка применяется для уравновешивания тел вращения с большим отношением диаметра к ширине — нешироких шкивов, зубчатых колес, отдельных дисков центробежных насосов и турбомашин и т. п Статическая балансировка длинных тел вращения (широких шкивов барабанов центрифуг, роторов электромашин, роторов многоколесные центробежных насосов и турбомашин, валов и т. п.) не дает удовлетворительных результатов, и для таких деталей необходима динамическая балансировка.

Что такое эффективность насосной системы и как ее повысить?

Насос всегда работает в системе, поэтому основным методом повышения энергоэффективности насосов является оптимизация всей системы на основе качественного обследования.

Насосное оборудование — наиболее энергопотребляющее из используемых в экономике.

Финский научно-исследовательский центр провел обследование 1690 насосов на 20 предприятиях Финляндии, результаты которого показали, что средний КПД насосов составил в среднем 40%, при этом 10% насосов работали с КПД ниже 10%!

Основными причинами неэффективного использования насосного оборудования были признаны: переразмеривание (выбор насосов с большей подачей и напором) и регулирование режимов работы насосов при помощи задвижек.

Мировой опыт основной причиной определяет неверный подбор насосов под требования системы. Так, по данным пяти ведущих компаний-производителей насосного оборудования США, более 60% проданных насосов эксплуатируются вне рабочего диапазона, и в 95% случаев в этом виноваты потребители, которые предоставили неверные исходные данные.

Основные причины работы насосного оборудования не в оптимальном режиме:

1. Проектировщики закладывают насосное оборудование с запасом, на случай непредвиденных обстоятельств или перспектив развития, что приводит впоследствии при эксплуатации к снижению напора, дросселированию и потере эффективности.

2. Изменение параметров гидравлической сети со временем (коррозия труб, замена трубопроводов и т. п.).

3. Износ арматуры, износ насосов.

4. Изменение водопотребления в связи с ростом или сокращением численности населения (перестают существовать предприятия, устанавливаются счетчики, и спроектированные в советские времена системы не соответствуют новой реальности).

5. Замена и установка новых элементов в системе с другими гидравлическими характеристиками.

6. Регулирование режимов работы насосов.

Методы снижения энергопотребления в насосных системах:

→ замена насосов на более эффективные — 2%;

→ замена электродвигателей — 1–3%;

→ подрезка рабочего колеса — до 20%, в среднем 10%;

→ каскадное регулирование при параллельной установке насосов — до 10–30%;

→ использование дополнительных резервуаров для работы во время пиковых нагрузок — 10–20%;

→ простое снижение частоты вращения насосов при неизменных параметрах сети — до 40%;

→ замена регулирования подачи задвижкой на регулирование частотным преобразователем позволяет снизить до 60% энергопотребления;

Мы хотим проверить технические характеристики насоса. Как это можно сделать?

Основной характеристикой считается зависимость подачи насоса от его напора, так называемую Q-H характеристику. Расход мощности и КПД являются уже следствием работы насоса по созданию подачи Q и напора H, которые и являются целью приобретения насоса.

Характеристика каждого насоса определяется только путем его испытания. Аналитические способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов.

Технические характеристики насоса получают при проведении испытаний.

При испытании насоса жидкость совершает замкнутый цикл. Забираемая насосом из резервуара, жидкость подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар.

При этом вся энергия, получаемая жидкостью в насосе, поглощается преимущественно в дроссельной задвижке. Закрывая и открывая задвижку, можно изменять подачу насоса с нуля от нуля до некоторого максимального значения. Число оборотов насоса в течение одного опыта сохраняется постоянным.

При разных открытиях дроссельной задвижки производят замеры: подачи, напора, давления нагнетания, давления всасывания, температуры жидкости и мощности, потребляемой насосом.

Как обеспечивается износостойкость шламового насоса?

Существует несколько вариантов для выбора защиты шламовых насосов от износа:

• Рабочее колесо и корпус из твердого металла с различными сплавами белого чугуна и стали.

• Рабочее колесо из эластомеров и корпус, защищенный эластомерными футеровками. Эластомерами являются обычно каучуки различного качества или полиуретан.

• Сочетание рабочего колеса из твердого металла и корпусов, футерованных эластомером.

Выбор материала износостойких частей — это баланс между стойкостью к износу и стоимостью изнашиваемых частей.

Существуют две стратегии в отношении защиты от износа:

1. Износостойкий материал должен быть достаточно твердым, чтобы выдерживать режущее действие ударяющих частиц!

2. Износостойкий материал должен быть эластичным и способнымгасить удары и отталкивать частицы!

Выбор износостойких частей обычно основывается на следующих параметрах:

• Размер твердой частицы (удельный вес твердых частиц, форма и твердость)

• Температура пульпы

• pH и химикаты

• Частота вращения рабочего колеса

Основными износостойкими материалами в шламовых насосах являются твердый металл и мягкие эластомеры.

Керамические материалы представлены как вариант для некоторых типов насосов.

Каковы требования к насосам для котлов, которые будут использоваться в котельных?

Питание котлов может быть групповым с общим для подключенных котлов питательным трубопроводом или индивидуальным — только для одного котла.

Включение котлов в одну группу по питанию допускается при условии, что разница рабочих давлений в разных котлах не превышает 15%.

Питательные насосы, присоединяемые к общей магистрали, должны иметь характеристики, допускающие параллельную работу насосов.

Для питания котлов водой допускается применение:

а) центробежных и поршневых насосов с электрическим приводом;

б) центробежных и поршневых насосов с паровым приводом;

в) паровых инжекторов;

г) насосов с ручным приводом;

д) водопроводной сети.

Использование водопровода допускается только в качестве резервного источника питания котлов при условии, что минимальное давление воды в водопроводе перед регулирующим органом питания котла превышает расчетное или разрешенное давление в котле не менее чем на 0,15 МПа (1,5 кгс/см2).

Пароструйный инжектор приравнивается к насосу с паровым приводом.

На корпусе каждого питательного насоса или инжектора должна быть прикреплена табличка, в которой указываются следующие данные:

а) наименование организации-изготовителя или ее товарный знак;

б) заводской номер;

в) номинальная подача при номинальной температуре воды;

г) число оборотов в минуту для центробежных насосов или число ходов в минуту для поршневых насосов;

д) номинальная температура воды перед насосом;

е) максимальный напор при номинальной подаче.

После каждого капитального ремонта насоса должно быть проведено его испытание для определения подачи и напора. Результаты испытаний должны быть оформлены актом.

Напор, создаваемый насосом, должен обеспечивать питание котла водой при рабочем давлении за котлом с учетом гидростатической высоты и потерь давления в тракте котла, регулирующем устройстве и в тракте питательной воды.

Характеристика насоса должна также обеспечивать отсутствие перерывов в питании котла при срабатывании предохранительных клапанов с учетом наибольшего повышения давления при их полном открытии.

При групповом питании котлов напор насоса должен выбираться с учетом указанных выше требований, а также исходя из условия обеспечения питания котла с наибольшим рабочим давлением или с наибольшей потерей напора в питательном трубопроводе.

Подача питательных устройств должна определяться по номинальной паропроизводительности котлов с учетом расхода воды на непрерывную или периодическую продувку, на пароохлаждение, на редукционно-охладительные и охладительные устройства и на возможность потери воды или пара.

Тип, характеристика, количество и схема включения питательных устройств должны выбираться специализированной организацией по проектированию котельных в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации котла на всех режимах, включая аварийные остановки. Допускается работа котлов паропроизводительностью не более 1 т/ч с одним питательным насосом с электроприводом, если котлы снабжены автоматикой безопасности, исключающей возможность понижения уровня воды и повышения давления сверх допустимого.

На питательном трубопроводе между запорным органом и поршневым насосом, у которого нет предохранительного клапана и создаваемый напор превышает расчетное давление трубопровода, должен быть установлен предохранительный клапан.

Для перекачки суспензии мы заметили, что центробежные насосы, ограничены в своей производительности. Есть ли поршневые насосы, используемые для перекачки суспензии?

Центробежные насосы лучше приспособлены для перекачки суспензий и загрязненных жидкостей. В таких насосах допускаются большие зазоры и отсутствуют клапаны, в результате чего эти насосы менее подвержены износу от действия взвешенных частиц.

Какой самый эффективный способ снизить потребление энергии в существующих установках центробежного насоса?

Применение частотно-регулируемых приводов и ликвидации задвижки для управления потоком, как правило, наиболее эффективные способы уменьшить потребление энергии насосом. Даже тогда, когда задвижки широко открыты, это обычно приводит к значительному перерасходу электроэнергии.

Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения насоса, чтобы соответствовать напору, необходимому системе. Это снижение скорости сопровождается снижением мощности, которая способствует сокращению потребления электроэнергии.

Что такое атмосферное давление для насоса?

Это сила, которая оказывает давление на единицу площади весом атмосферного давления. На уровне моря и при температуре 15С стандартное атмосферное давление 14.7 p.s.i. или 750 мм ртутного столба или 1013 м бар.

Что такое манометрическое давление насоса?

Если брать атмосферное давление за отправную точку, манометрическое давление считается путем деления единицы силы на единицу площади, вызываемую жидкостью (-750 Нg).

Что такое абсолютное давление насоса?

Это общее давление, измеряемое путем деления единицы площади на единицу площади, вызываемой жидкостью. Оно равно сумме атмосферного и манометрического давления.

Что такое вакуумметрическое, или давление всасывания насоса?

Существуют общепринятые условия для определения давления внутри насоса, которое ниже атмосферного давления. Такое давление обычно измеряется путем вычитания из значения атмосферного давления значения измеряемого давления в насосе.

Что такое давление на выходе насоса или давление нагнетания насоса?

Это среднее давление на выходе насоса в ходе работы.

Что такое давление на входе насоса?

Это среднее давление, измеряемое около входного отверстия насоса в ходе его работы.

Что такое перепад давления в насосе?

Это разница в абсолютном давлении на входе и выходе насоса в ходе его работы.

Что такое плотность жидкости?

Плотность жидкости — это ее вес на единицу объема, часто выражается в фунтах на кубический фут или граммах на кубический сантиметр. (Плотность жидкости меняется с изменением температуры).

Что такое давление насыщенного пара?

Давление насыщенного пара жидкости равно абсолютному давлению (при определенной температуре), при котором жидкость превращается в пар. У каждого типа жидкости свое давление насыщенного пара. При этом учитывается температура.

Что такое коэффициент вязкости жидкости для насоса?

Коэффициент вязкости жидкости — это единица связанная с ее способностью выдерживать поперечную силу. Веществам с высоким коэффициентом вязкости требуется большая поперечная сила для сдвигания жидкостей, чем веществам с меньшим коэффициентом вязкости.

САНТИПУАЗ (cPo) наиболее удобная единица измерения коэффициента вязкости. Узнать абсолютную вязкость можно таким прибором, как вискозиметр. Им измеряется сила, необходимая для вращения микрометрического винта/ валика/ оси.

Другие единицы измерения вязкости, такие, как сантистокс (cs) Salbolt Second Universal (SSU) — единицы измерения кинематической вязкости, при которой определенная сила тяжести жидкости влияет на измеряемую вязкость. Кинематические вискозиметры обычно измеряют силу тяжести жидкости, стекающей по калиброванной трубке, учитывается время течения потока.

К сожалению, вязкость не является постоянным, фиксированным свойством жидкости. Эта характеристика, изменяющаяся в зависимости от плотности жидкости и типа насоса.

В работе насоса естественным считается снижение вязкости при увеличении температуры.

Что такое эффективная вязкость для насоса?

Эффективная вязкость — это наблюдение за поведением вязких жидкостей при влиянии поперечных сил. Существует несколько видов поведения вязких жидкостей:

Ньютоновая жидкость: вязкость остается постоянной при изменении скорости течения или атмосферного давления.

Ньютоновые жидкости это вода, минеральные масла, сиропы, углеводород, смолы.

Тиксотропные жидкости: вязкость уменьшается при увеличении скорости течения потока или изменения атмосферного давления.

Тиксотропными жидкостями являются мыло, асфальтовый битум, растительные масла, клей, чернильные пасты, смолы, лаки, и некоторые суспензии.

Что такое NPSH насоса?

Общепринятый термин, используемый для описания необходимого состояния на входе насоса в насос с принудительной подачей жидкости (несамовсасывающем).

Имеем NPSH=(P+ha*d) —tv-J

P: абсолютное давление в жидкости

ha: высота столба жидкости на входе насоса

ha < 0 если площадь, занимаемая жидкостью, ниже входного отверстия насоса

ha > 0 если площадь, занимаемая жидкостью, выше отверстия насоса

d: плотность жидкости

J: потери во входной системе

tv: давление насыщенного пара

Что такое необходимое NPSH для насоса?

Необходимое NPSH — это характеристика насоса, которая показывает, какое давление столба жидкости необходимо на входе, чтобы обеспечить работающий насос. Показатель варьируется в зависимости от изменения скорости работы насоса и вязкости жидкости. Для удовлетворительной работы при ряде условий необходимо чтобы существующее значение NPSH было больше или равно NPSH необходимого.Когда внутри насоса абсолютное давление жидкости становится ниже давления насыщенного пара, жидкость начнет превращаться в пар, так называемое явление кавитации. В насосе объемного действия кавитация происходит, когда скорость жидкости недостаточна для заполнения полости насоса.

Что такое кавитация насоса?

Результат неэффективной работы насоса, который может привести к выходу насоса из строя, сопровождается характерным шумом.

Чтобы избежать кавитации и гарантировать, что NPSH существующее выше NPSH необходимого, нужно принять следующие меры по обеспечению подачи жидкости в насос:

— снизить скорость работы насоса (снизить скорость потока)

— увеличить размер диаметр входного отверстия

— уменьшить длину входного трубопровода. Изменить количество фитингов

— увеличить размер насоса для данного потока, это снижает требуемый N.P.S.H.

Принятые меры, с учетом условий работы насоса, обеспечат подачу жидкости к насосу и его заполнение, предотвращая кавитацию.

Что такое гидростатический напор насоса?

Гидравлическое давление в том месте, где жидкость неподвижна.

Что такое фрикционный напор насоса?

Потери давления или энергии из-за потерь при трении веществ.

Что такое асинхронный электродвигатель насоса?

Обороты ротора зависят от нагрузки и не совпадают с частотой вращения магнитного поля статора. В результате обеспечивается, например, плавный пуск электродвигателя насоса.

Что такое вал насоса?

Вал насоса — деталь, передающая крутящий момент и поддерживающая вращение других деталей. В случае насоса это металлический цилиндр, на котором крепятся рабочие колеса насоса.

Что такое высота всасывания насоса?

Высота всасывания — разность высот между местом установки насоса и точкой водозабора.

Что такое гидроаккумулятор (мембранный или накопительный бак)?

Гидроаккумулятор (мембранный или накопительный бак) — герметичная емкость, перегороженная внутри специальной резиновой или каучуковой мембраной. В одной, отделенной таким способом части этого устройства находится воздух под определенным давлением, а другая в процессе работы насоса заполняется водой.

Что такое крыльчатка насоса?

Крыльчатка насоса — совокупность лопастей, расположенных по окружности рабочего колеса и представляющих собой пластины, изогнутые в противоположном водотоку направлении.

Что такое многоступенчатая система всасывания насоса?

Многоступенчатая система всасывания насоса — последовательное использование нескольких рабочих колес внутри насоса.

Что такое напор насоса?

Напор насоса — высота, на которую насос способен доставить перекачиваемую жидкость.

Для чего нужен обратный клапан в насосе?

Обратный клапан — клапан, предотвращающий отток воды из всасывающей магистрали (шланга, трубы и т.п.).

Что такое патрубок насоса?

Патрубок насоса — короткая труба на корпусе насоса, предназначенная для ввода или вывода перекачиваемой жидкости.

Что такое ротор насоса?

Ротор насоса — вращающаяся деталь, в данном случае электродвигателя насоса, расположенная внутри статора насоса.

Что такое статор насоса?

Статор насоса — часть электродвигателя, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Состоит из сердечника с обмоткой и станины корпуса насоса.

Что такое термореле насоса?

Термореле насоса — устройство для автоматического управления электрической цепью насоса. Состоит из релейного элемента, имеющего два положения устойчивого равновесия, и нескольких электрических контактов. Последние замыкаются или размыкаются при изменении состояния релейного элемента (соответственно «нормальная температура» или «перегрев»).

Что такое объемный насос?

Объемный насос — насос, в котором жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Что такое дозировочный насос?

Дозировочный насос — насос, обеспечивающий подачу с заданной точностью.

Что такое герметичный насос?

Герметичный насос — насос, у которого полностью исключен контакт подаваемой жидкой среды с окружающей атмосферой.

Что такое плунжерный насос?

Плунжерный насос — возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде плунжеров.

Что такое насос одностороннего действия?

Насос одностороннего действия — возвратно-поступательный насос, у которого жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении рабочего органа в одну сторону.

Что такое насос двустороннего действия?

Насос двустороннего действия — возвратно-поступательный насос, у которого жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении рабочего органа в обе стороны.

Что такое электронасосный агрегат?

Электронасосный агрегат — насосный агрегат, в котором приводящем двигателем является электродвигатель.

Что такое объемная подача насоса?

Объемная подача насоса — отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени

Что такое идеальная подача насоса?

Идеальная подача насоса — сумма подачи и объемных потерь насоса.

Что такое точность дозирования насоса?

Точность дозирования насоса — отношение разности подач фактической и установленной по шкале к подаче, установленной по шкале.

Что такое отклонение подачи насоса?

Отклонение подачи насоса — разность фактической подачи насоса и подачи, заданной для данного давления.

Что такое категория точности дозирования насоса?

Категория точности дозирования — разность между выраженными в процентах значениями коэффициентов подачи насоса, определёнными на номинальном режиме (при максимальной длине хода плунжера) и при заданном изменении номинального режима (при уменьшении длины хода на 10%).

Что такое коэффициент подачи насоса?

Коэффициент подачи насоса — отношение подачи насоса к его идеальной подачи.

Что такое допускаемая вакуумметрическая высота всасывания насоса?

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания — вакуумметрическая высота всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей.

Что такое кавитация?

Кавитация — нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или зон, заполненных газом или паром.

Что такое климатическое исполнение насоса?

Климатическое исполнение насоса — исполнение насоса в зависимости от макроклиматического района (одного или нескольких) в котором он эксплуатируется, хранится и транспортируется.

Что такое категория размещения насоса?

Категория размещения насоса — категория насоса в зависимости от места его размещения при эксплуатации в воздушной среде на высотах до 4300 м.

Что представляет из себя взрывозащита насоса?

Взрывозащита — меры, предотвращающие воздействие на людей опасных и вредных факторов взрыва и обеспечивающие сохранение материальных ценностей. Характеристика взрывозащиты насоса определяется степенью взрывозащиты электродвигателя насоса.

В некоторых инструкциях на насос упоминается ньютоновская жидкость. Что значит ньютоновская жидкость?

Ньютоновская жидкость (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость.

Из определения, в частности, следует, что ньютоновская жидкость продолжает течь, даже если внешние силы очень малы, лишь бы они не были строго нулевыми. Например, вода является ньютоновской жидкостью, потому что она продолжает демонстрировать свойства жидкости вне зависимости от скорости перемешивания, в противоположность Неньютоновским жидкостям, вязкость которых изменяется в зависимости от скорости тока жидкости — к примеру, перемешивание может оставлять «дыру» позади (которая понемногу заполняется со временем — такое поведение наблюдается в таких веществах, как пудинг, суспензия крахмала в холодной воде и, в менее строгих рамках — песок), а при уменьшении толщины слоя жидкости происходит скачок вязкости из-за изменения скорости течения жидкости (это наблюдается у некоторых неподтекающих красок, которые легко наносятся, но становятся очень вязкими на поверхности сразу после нанесения и не стекают даже если поверхность вертикальная).

Для ньютоновской жидкости вязкость, по определению, зависит только от температуры и давления (а также от химического состава, если жидкость не является беспримесной) и не зависит от сил, действующих на неё.

Насос в скважине бесперебойно работал 3 года, и вдруг стал часто включаться и выключаться. Система работает рывками, и автоматика все время щелкает у гидробака.

Очевидно в гидроаккумуляторе (гидробаке) порвалась мембрана. Срок ее службы 3-5 лет (в зависимости от качества воды). Щелкает — реле давления, постоянно включая и отключая насос, т.к. нет запаса воды. Целостность мембраны легко проверить, надавив острым предметом на ниппель гидроаккумулятора (как в автомобильном колесе). Если из ниппеля идет вода — нужно заменить мембрану. Стоимость услуги по замене мембраны зависит от емкости и марки гидроаккумулятора.

Мне пробурили скважину 23 метра. Воды в ней всего 4 метра от дна. Обращался в разные фирмы с вопросом как подобрать оптимальный насос, предлагают разные варианты насосов: советуют на такую скважину насос малыш, советует водомет, советуют установить немецкий насос Grundfos. Как выбрать насос?

Чтобы выбрать насос необходимо учитывать следующее: если дебет (производительность) скважины очень мал, то воду нужно сначала накопить, а затем уже качать центробежным насосом в систему водоснабжения. Для накапливания воды подойдет насос малыш, накопительная емкость с поплавковым выключателем. А для автоматического водоснабжения — насосная станция с гидроаккумулятором и автоматикой.

Что такое вертикальная осевая нагрузка и как она возникает?

Вертикальная осевая нагрузка — это сила, действующая вертикально вниз на рабочее колесо с валом в сборе при работе насоса, воспринимаемая нижним упорным подшипником электродвигателя.

Большинство насосов и электродвигателей предназначены для эксплуатации в условиях постоянно действующей вертикальной нагрузки, однако тем не менее очень часто она может создавать трудности при работе насоса и электродвигателя. Осевая нагрузка возникает при работе насоса с очень низкой подачей, что обуславливает повышенные значения давления нагнетания. Непрерывная эксплуатация в этом диапазоне может вызвать повреждение упорного подшипника электродвигателя, к тому же могут возникнуть проблемы с перегревом электродвигателя и насоса из-за недостаточного охлаждения потоком жидкости. Чтобы свести к минимуму связанные с осевой нагрузкой трудности, насос должен эксплуатироваться в определенном диапазоне минимального и максимального значений подачи.

Поэтому на графиках рабочих характеристик скважинных насосов фирмы Grundfos допустимый диапазон значений подачи отмечен сплошной, а недопустимый диапазон эксплуатации — пунктирной линией.

Мне необходим насос погружной, глубина скважины 9 метров, насос 1куб/метр за час. Прошу помочь мне с выбором насоса.

Необходимо уточнить:

1. Дебет скважины.

2. Внутренний диаметр обсадной трубы.

3. Уровень зеркала воды.

В чем отличие насосов «Малыш» и «Водолей»?

«Малыш» — насос клапанного типа, а «Водолей» — роторного. «Малыш» рассчитан на производительность скважины до 500 л/час. «Водолей» — до 1000 л/час

В чем отличие насосов «GRUNDFOS» и «PEDROLLO»?

Насосы Grundfos имеют встроенные системы защиты, а Pedrollo — нет. Насосы Pedrollo 4-х дюймовые — подходят не для всех типов скважин. Насосы Grundfos 3-х дюймовые — подходят для всех типов скважин.

Где лучше устанавливать автоматику водоподъёмного оборудования?

Если в доме есть свободная площадь 1 м², то лучше в доме — более удобно для обслуживания.

Можно ли временно установить насос «Малыш» (например, для ремонтных работ), а потом уже более «серьёзное» водоподъёмное оборудование? Для скважин какой глубины это приемлемо?

Насос «Малыш» — до 30 метров

Какая разница между двухпроводным и трехпроводным погружным насосом?

Разница между «двухпроводным» и «трехпроводным» погружным насосом связана с типом применяемого однофазного электродвигателя. Трехпроводный однофазный электродвигатель требует наличия электрошкафа управления с пусковым конденсатором.

Пусковой конденсатор применяется для пуска электродвигателя и отключается после того, как электродвигатель закончит разгон. Из-за этого пускового устройства три подключенных к питанию провода (плюс один провод для подключения на землю), откуда и пошло название «трехпроводный насос». Для двухпроводного электродвигателя не требуется электрошкафа управления.

Вместо использования пускового конденсатора двухпроводный электродвигатель имеет встроенное в него электрическое устройство, которое используется для пуска электродвигателя. Из-за этого пускового устройства требуется только два подключенных к питанию провода (плюс один провод для подключения на землю), откуда и пошло название «двухпроводный насос».

Как правило, трехпроводный электродвигатель будет иметь несколько больший по сравнению с двухпроводным пусковой крутящий момент (несмотря на то, что в большинство областей применения дополнительный пусковой крутящий момент не нужен), однако двухпроводный электродвигатель, как правило, устанавливается и подключается несколько проще и с меньшими затратами.

Может ли насос работать всухую?

Работа насоса всухую может привести к выходу из строя механического уплотнения вала и электродвигателя. Установленные в Вашей гидросистеме поплавковые выключатели (датчики уровня) должны быть настроены таким образом, чтобы поддерживать минимальный уровень воды, необходимый для работы насоса.

Прежде чем приступать к эксплуатации насоса, обязательно проверьте соответствие выбранной области применения Вашего насоса нашим указаниям в проспекте с техническими данными и в «Руководстве по монтажу и эксплуатации» для данного насоса.

Каково максимально допустимое значение температуры перекачиваемой жидкости?

Максимально допустимое значение температуры эксплуатации водоотливного, канализационного или грязевого насоса определяет, может ли насос в полностью погруженном положении эксплуатироваться постоянно или он должен работать с перерывами. Для справки просим Вас обращаться к «Руководству по монтажу и эксплуатации» для Вашего насоса.

Мой напорный трубопровод продолжает забиваться, почему?

Закупорка может быть отнесена к одной из двух причин. Во-первых, правильно ли рассчитана скорость перекачивания через трубопровода? Если для перекачивания шлама с твердыми частицами неправильно выбрана скорость перекачивания, то частицы шлама могут оседать на дне трубопровода и со временем закупорить его. Во-вторых, достаточный ли размер трубопровода выбран для перекачиваемого шлама? В зависимости от количества перекачиваемых твердых частиц, для обеспечения прохождения всего количества шлама через трубу, необходимо выбирать размер трубы с запасом.

Можно ли использовать насос для перекачивания морской воды?

В мире погружные дренажные насосы уже долгое время используются для перекачивания морской воды. Тем не менее, если насосы выполнены из такого легкого материала как алюминий, их срок эксплуатации для перекачивания морской воды сильно ограничен. Продлить срок службы насосам помогут цинковые аноды (цинковые аноды защищают насос от электрохимической коррозии), но они должны быть регулярно проверены и заменены. Как альтернатива, компания Grindex предлагает линейку дренажных и шламовых насосов, выполненных из нержавеющей стали марки 316 SS, которая обладает стойкостью к негативному воздействию морской воды.

Действительно ли работает воздушный клапан?

Все насосы Grindex снабжены воздушным клапаном. Воздушный клапан необходим для того, чтобы в случае работы насоса «всухую», он не перегревался, охлаждаясь при помощи потока воздуха. Воздушный клапан это простое механическое устройство, которое остается закрытым посредством давления перекачиваемой жидкости. К примеру, когда опустошается отстойник, в котором находится насос, давление воды падает и пружина освобождается, открывая тем самым клапан. Это позволяет крыльчатке насоса работать так же, как вентилятор стандарта IP55 двигатель насоса обдувает воздух вокруг и выдувает через клапан наружу. Насосы могут работать в таком режиме несколько часов без вреда. Затем, когда вода начинает поступать в отстойник снова, давление воды, которое создается вокруг корпуса насоса, закрывает воздушный клапан и насос начинает работать в нормальном режиме. На одной из выставок была проведена демонстрация воздушного клапана. Насос Minex 220В включили работать на целый день под светом огней и насос не вышел из строя. Продолжая работать как демонстрационный экземпляр и по сей день.

Как часто следует проводить плановое сервисное обслуживание погружного насоса?

Производители всегда указывают рекомендованный интервал сервисного обслуживания. В случае с насосами Grindex, данный интервал составляет порядка 2000 часов работы, в то время как насосам японской марки Toyo производитель рекомендует не более 500 часов между предыдущим и следующим сервисным обслуживанием. Почему такая разница?

Ответ в том, что сервисный интервал должен быть связан с временем проведенным насосом в своем рабочем состоянии. Поэтому насос Grindex, например Major N, работающий в среде, где вода чистая и не вызывает коррозии, должен проработать не менее 2000 часов, не создавая никаких проблем для владельца. А насос Toya, работающий в своей обычной среде, например, в окалине, которая весьма абразивная и коррозийная, требует гораздо более частого сервисного обслуживания.

Сервисные интервалы для насосов сравнимы с с сервисными интервалами для автомобилей, если относится к ним пренебрежительно, то повышается риск серьезной поломки насоса.

Можно ли использовать погружные насосы Grindex тандемно?

Да, насосы Grindex можно использовать для последовательной работы. Нет никаких особых линеек насосов. Несколько обычных дренажных насосов могут быть подключены в так называемое «тандемное соединение». На дно насоса устанавливается специальный фланец для подключения напорного шланга предыдущего насоса. Это очень эффективно в ситуациях, когда необходимо значительно увеличить поток перекачиваемой жидкости при сохранении стандарта IP68 для используемого электрооборудования. Это особенно полезно в многих подземных работах, например на шахтах или строительстве тоннелей, где требуется перекачивание воды на большие расстояния и вероятность затопления очень высока. Переоборудование тандемного соединения в стандартную конфигурацию не представляет особых затруднений, так что, впоследствии, эти насосы можно будет использовать для их стандартной задачи.

Что подразумевается под шламом?

Шлам (от нем. Schlamm — грязь) — отходы при инженерной разработке горного продукта, составляющие пылевые и мельчайшие его части, получаемые в виде осадка при промывке какого-либо рудного материала.

Шламом также может быть:

• Порошкообразная субстанция, обычно содержащая благородные металлы, выпадающие в осадок при электролизе меди, цинка и других металлов.

• Нерастворимые отложения в паровых котлах в виде ила и твёрдого осадка. Для удаления шлама котёл продувают или проводят термосифонное удаление шлама.

• Илистый осадок каменного угля или руды при мокром обогащении.

• Осадок в виде мелких частиц, образующийся при отстаивании или фильтрации жидкости.

• Продукт мокрого помола кварцевого песка — песчаный шлам.

• Разбуренная порода, выносимая буровым раствором с забоя скважины на дневную поверхность.

• Отходы при шлифовании на металлообрабатывающих шлифовальных станках, состоящие из мелкой (до 1 мкм) стружки металла, абразивного материала шлифовального инструмента и эмульсии, если таковая используется в качестве СОЖ (смазывающе-охлаждающая жидкость). Обычно попадает в дренажную систему СОЖ станка и требует периодического удаления.

Перекачиваемый шлам в своей простейшей форме можно разделить на три типа; легкий, средний, и тяжелый. Ниже приведены грубые признаки этих типов.

Легкий:

Наличие твердых частиц в основном случайное

Размер твердых частиц обычно < 200 микронов

Тип шлама — неоседающий

Удельный вес взвеси < 1.05

Менее 5% твердых веществ в общей массе

Средний:

Размер твердых частиц от 200 микронов до 5 мм

Тип шлама — неоседающий и оседающий

Удельный вес взвеси < 1.15

От 5% до 20% твердых веществ в общей массе

Тяжелый:

Основной состав перекачиваемого шлама — это песок или гравий

Частицы > 5 мм

Тип шлама — неоседающий и оседающий

Удельный вес взвеси > 1.15

Более 20% твердых веществ в общей массе

что это и как с ним бороться? — журнал За рулем

Даже с новыми шинами от именитого производителя при толщине слоя воды на асфальте сантиметров в десять машина может потерять контакт с дорогой на скорости и до 80 км/ч.

Golf на грани срыва в аквапланирование: водяной клин уже сформировался перед передними колесами.

Golf на грани срыва в аквапланирование: водяной клин уже сформировался перед передними колесами.

Аквапланирование — это возникновение гидродинамического клина в пятне контакта шины. То есть полная или частичная потеря сцепления, вызванная присутствием водяного слоя, отделяющего шины движущегося автомобиля от дороги. С точки зрения физики, объяснение следующее: когда колесо попадает на залитую водой поверхность, в зоне контакта увеличивается давление воды, когда же его величина становится больше, чем давление шины на опорную поверхность, шина всплывает.

Этапы возникновения эффекта аквапланирования: а — сухой, б — мокрый, в — при сильном дожде, 1 — участок контакта, 2 — участок водяного клина.

Этапы возникновения эффекта аквапланирования: а — сухой, б — мокрый, в — при сильном дожде, 1 — участок контакта, 2 — участок водяного клина.

Электронная энциклопедии «За рулем» наглядно иллюстрирует процесс. Взгляните на рисунок. На сухой дороге (а) пятно контакта шины с покрытием составляет величину 1. На мокрой дороге этот участок уменьшается из-за появления водяного клина (участок 2, рис. б). По мере увеличения скорости движения и количества воды шина все больше всплывает над дорогой подобно мчащемуся катеру, поскольку возрастает подъемная сила клина и ей приходится выдавливать больше воды из зоны контакта за меньший промежуток времени. Наконец, когда скорость достигнет определенной величины, называемой критической, и между шиной и покрытием останется слой воды (рис. в), автомобиль, потеряв контакт с дорогой, станет неуправляемым. Опасность очевидна, поэтому аквапланирования следует избегать.

Факторы, влияющие на аквапланирование

Большое влияние на аквапланирование оказывают рисунок и степень износа протектора. Чем прямее, шире, глубже и чаще расположены канавки на покрышке, тем быстрее и больше удаляется воды из зоны контакта шины с дорогой, а стало быть лучше их сцепление. У гладкой шины (типа слик), например, коэффициент подъемной силы на водяном клине в два раза выше, чем у шины с рисунком. Вот почему «Правилами эксплуатации шин» запрещается применять покрышки, глубина канавок которых меньше 1,6 мм.

Аналогичная зависимость проявляется и в отношении дорожного покрытия. Чем крупнее зернистость асфальта, тем быстрее и больше воды выдавливается из зоны контакта. Самым опасным с точки зрения склонности к аквапланированию оказываются гладкие дорожные покрытия. Особенно в поворотах.

Толщина водяной пленки — еще один фактор, влияющий на возникновение аквапланирования. Чем глубже лужа — тем больше в ней воды, тем труднее вывести ее всю из пятна контакта.

Фактор, на который в первую очередь может повлиять водитель, — скорость движения автомобиля. Чем выше скорость, тем больше вероятность того, что колеса вашей машины превратятся в водные лыжи.

Один известный производитель шин провел испытания, по результатам которого составил таблицу зависимости величины пятна контакта шины от износа протектора и скорости движения.

При использовании изношенных шин область контакта шины и дороги резко уменьшается в случае увеличения скорости движения. На рисунке приведен размер контактной области шин с разной толщиной протектора при слое воды 3 мм и скорости 75 км/ч. Пятно контакта старой шины с протектором 1,6 мм составляет лишь 16% от пятна контакта стоящего на месте автомобиля, а на скорости 125 км/ч и вовсе 6%.

При использовании изношенных шин область контакта шины и дороги резко уменьшается в случае увеличения скорости движения. На рисунке приведен размер контактной области шин с разной толщиной протектора при слое воды 3 мм и скорости 75 км/ч. Пятно контакта старой шины с протектором 1,6 мм составляет лишь 16% от пятна контакта стоящего на месте автомобиля, а на скорости 125 км/ч и вовсе 6%.

Техническое состояние подвески на склонность автомобиля к аквапланированию, вопреки заблуждениям, не влияет. Другое дело — при повышенных люфтах в рулевом управлении или шаровых опорах, при неотрегулированном развале/схождении и неработающих амортизаторах труднее контролировать автомобиль — он будет хуже реагировать на действия водителя. При этом вывести автомобиль из заноса, вызванного аквапланированием, будет сложнее. Однако сама физика потери контакта между колесом и дорогой от состояния подвески не зависит. Куда важнее вес автомобиля. Более тяжелому автомобилю проще вытеснить воду из пятна контакта. В том числе поэтому грузовикам позволено ездить на шинах с меньшей, чем у легковых автомобилей, глубиной протектора — 1 мм.

Пониженное давление в шинах — еще одна причина для возникновения аквапланирования. Исследования, проведенные одним из мировых лидеров в производстве шин, показали, что снижение давления в шине легкового автомобиля до 1,7 бара вместо положенных 2,4 бара приводит к тому, что на скорости 100 км/ч шина лишается пятна контакта и полностью всплывает.

Как проявляется аквапланирование?

Если руль во время движения вдруг стал легким, а на его отклонение автомобиль не реагирует, сохраняя прямолинейное движение, значит эффект аквапланирования уже наступил.

Чем опасно аквапланирование?

Водитель теряет контроль над автомобилем, а это может привести к аварии. Как правило, машину начинает заносить в сторону наклона профиля дороги или в ту сторону, где лужа под колесами оказалась глубже. Ну а дальше — сценарий малопрогнозируемый.

Как избежать аквапланирования?

Если во время поездки вас застал ливень, то избежать риска аквапланирования на дороге можно лишь одним способом — значительно снизив скорость. Учтите, что даже с новыми шинами от именитого производителя, при толщине слоя воды на асфальте в десять сантиметров машина может потерять контакт с дорогой даже на скорости до 80 км/ч.

Чтобы свести к минимуму риск аквапланирования, следует соблюдать определенные правила:

  • Не допускать чрезмерный износ шин. ПДД предписывают минимальную высоту протектора в 1,6 мм для летних шин легковых автомобилей и 4 мм — для зимних. Но и до этих показателей лучше не доводить. На многих шинах предусмотрены индикаторы износа.
  • Регулярно проверять давление в шинах и поддерживать его в норме. Рекомендации производителя можно найти в инструкции по эксплуатации.
  • Ехать по мокрой дороге с умеренной скоростью.
  • Избегать быстрой езды по глубоким лужам.

Что делать, если аквапланирование началось?

Не крутите руль в разные стороны на большие углы, это опасно! При внезапном восстановлении сцепления с дорогой вывернутые под большим углом колеса могут спровоцировать резкий увод автомобиля в сторону. Старайтесь сохранять прямолинейное движение до тех пор, пока не почувствуете, что колеса обрели сцепление с дорогой, и только после этого маневрируйте.

Не пытайтесь резко затормозить, чтобы не спровоцировать занос или разворот машины.

Индикаторы износа на летней резине.

Индикаторы износа на летней резине.

Индикаторы износа на зимней покрышке. По мере стирания сначала исчезает цифра 8, за ней — 6. Когда сотрется цифра 4, нужно прекратить зимнюю эксплуатацию шин.

Индикаторы износа на зимней покрышке. По мере стирания сначала исчезает цифра 8, за ней — 6. Когда сотрется цифра 4, нужно прекратить зимнюю эксплуатацию шин.

Признаки автомобильных шин, устойчивых к аквапланированию

Лучше других с аквапланированием справляются так называемые дождевые шины. Например, входящая в состав концерна Continental шинная марка Uniroyal специализируется на шинах для влажных условий. «Следы дождя» вы найдете в названии многих моделей этой марки. Устойчивые к аквапланированию шины имеют широкие отводящие воду канавки и, как правило, асимметричный или направленный рисунок протектора. Чтобы не ошибиться при выборе шин, ориентируйтесь на известные шинные марки и результаты тестов, проводимых журналом «За рулем».

Фото: depositphotos.com, фирмы-производители

Максимальные скорости воды в трубопроводе (трубе) в зависимости от применения принятые в Европе.

Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Оборудование — стандарты, размеры / / Элементы трубопроводов. Фланцы, резьбы, трубы, фитинги…. / / Трубы, трубопроводы. Диаметры труб и другие характеристики. / / Выбор диаметра трубопровода. Скорости потока. Расходы. Прочность. Таблицы выбора, Падение давления.  / / Максимальные скорости воды в трубопроводе (трубе) в зависимости от применения принятые в Европе.

Максимальные
скорости воды в трубопроводе (трубе) в зависимости от применения принятые в Европе.

Во избежание шума, а также повышенного износа труб и другого оборудования скорость воды в трубопроводе не должна превышать определенных разумных величин, указанных в таблице ниже:


























Применение Максимальная скорость
(м/с) (футов/с)
Кран в ванной или на кухне (практически бесшумный) 0.5 — 0.7 1.6 — 2.3
Кран / душ в ванной или на кухне 1.0 — 2.5 3.3 — 8.2
Вода в системах охлаждения 1.5 — 2.5 4.9 — 8.2
Вода на входе в водогрейный котел 0.5 — 1.0 1.6 — 3.3
Вода на выходе их водогрейного котла 1.5 — 2.5 4.9 — 8.2
Конденсат 1.0 — 2.0 3.3 — 6.5
Телоснабжение 1.0 — 3.0 3.3 — 9.8

Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.

TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Артериальная гипертензия — Цифры нормального давления — Новости сайта — Новости

 АРТЕРИАЛЬНАЯ ГИПЕРТЕНЗИЯ

Артериальная гипертензия (гипертония) — стойкое повышение артериального давления выше 140/90 мм.рт.ст.

 Что такое повышенное артериальное давление?

Нарушение работы комплексной системы регуляции артериального давления приводит к повышению давления в артериях. Когда давление повышено постоянно, мы говорим о высоком артериальном давлении. В медицине это состояние называется гипертензией и означает повышенное напряжение в стенках артерий. Гипертензия не означает нервное напряжение, как думают многие. Можно быть спокойным уравновешенным человеком и иметь высокое артериальное давление.

Артериальное давление считается высоким, если систолическое давление преимущественно держится на уровне 140 мм рт ст или превышает его, диастолическое – 90 мм рт ст или выше, или повышение затрагивает и систолическое, и диастолическое давление. Раньше среди врачей бытовало мнение, что диастолическое давление – то есть давление в артериях в период между ударами сердца, является более точным индикатором риска здоровью, чем систолическое, которое создается в артериях во время сердечного сокращения. Однако теперь стало очевидно, что это не так. Научные исследования показали, что высокое систолическое давление – это более значимый фактор риска здоровью, особенно у пожилых людей. У пациентов старшей возрастной группы успешный контроль систолического давления дает очень хорошие результаты в плане сохранения здоровья.

Артериальная гипертензия, как правило, развивается медленно. В большинстве случаев нормальное артериальное давление постепенно переходит в предгипертензию, а далее, возможно, в первую стадию гипертензии

Если артериальную гипертензию не лечить, высокое давление может привести к повреждению многих органов и тканей организма. Чем выше артериальное давление, и чем дольше артериальная гипертензия остается не леченой, тем больше вероятность повреждения. Артериальная гипертензия может вызвать изменения в организме, функционирующем в условиях высокого артериального давления, в течение нескольких месяцев или лет. Если артериальная гипертензия сочетается с другими неблагоприятными факторами, такими как диабет, ожирение, табакокурение, риск повреждения органов и тканей увеличивается.

Иногда еще можно услышать, что идеальное систолическое давление равно 100 плюс возраст. Это не так. Если следовать этой формуле, неизбежно придешь к ошибочному выводу, что высокое артериальное давление – вариант возрастной нормы.

 Причины артериальной гипертензии

При любом заболевании естественным является вопрос о его причине. Почему одни люди заболели, а другие нет? К сожалению, большинство пациентов с высоким артериальным давлением не смогут получить ответа на этот вопрос: конкретная причина их заболевания остается неизвестной.

Артериальная гипертензия имеет две формы – эссенциальную (первичную) и вторичную. Эссенциальная гипертензия (или гипертоническая болезнь) имеет гораздо большее распространение. Около 90-95% больных с высоким артериальным давлением страдают эссенциальной формой заболевания.

Эссенциальная гипертензия отличается от вторичной отсутствием очевидной причины. У подавляющего большинства больных с высоким артериальным давлением точно определить пусковой момент заболевания не представляется возможным. Однако хорошо известен ряд факторов, повышающих вероятность развития артериальной гипертензии. Чтобы сделать риск заболевания минимальным или даже предотвратить его развитие, в первую очередь нужно узнать эти факторы.

Исследования выявили наследственную предрасположенность к развитию артериальной гипертензии. Вдобавок, факторы, включающие массу тела, количество потребляемой соли и физическую активность, по-видимому, взаимодействуют с генетическими факторами. Поэтому представляется сомнительным, что ученые когда-нибудь смогут найти связь между специфическим генетическим дефектом и развитием всех случаев эссенциальной гипертензии.

 Регуляция артериального давления

В организме имеется несколько систем, контролирующих уровень артериального давления и защищающих его от избыточного падения или повышения. Это сердце, артерии, почки, ряд гормонов и ферментов, а также нервная система.

СЕРДЦЕ. Необходимое количество силы для выброса крови из левого желудочка в аорту создается насосным действием сердечной мышцы. Чем большую насосную мощность создает сердце, тем больше сила, действующая на стенки артерий.

АРТЕРИИ. Стенки артерий снабжены гладкомышечными волокнами, которые участвуют в расширении и сужении просвета сосуда при прохождении по нему волны крови. Чем более эластичны артерии, тем меньше сопротивление артериального русла, имеющееся на пути кровотока и, следовательно, тем меньше сила, которая действует на стенки артерий. Если артерии теряют свою эластичность или по какой-либо причине повреждаются, это вызывает рост сопротивления кровотоку и требует увеличения силы, необходимой для “проталкивания” крови по сосудам. Это способствует повышению артериального давления.

ПОЧКИ. Почки регулируют количество натрия и воды в организме. Правило такое: натрий “удерживает” воду. Таким образом, чем больше натрия содержится в организме, тем больший объем жидкости циркулирует с кровью. Избыточное количество жидкости может увеличивать артериальное давление. Кроме того, слишком большая концентрация натрия может быть причиной повреждения сосудов.

ДРУГИЕ ФАКТОРЫ. Центральная нервная система вместе с гормонами, ферментами и другими химическими веществами могут влиять на уровень артериального давления.

Барорецепторы В стенках сердца и некоторых кровеносных сосудах есть крошечные узелковые структуры, которые называются барорецепторами. Эти структуры работают подобно комнатному термометру в Вашем доме. Барорецепторы непрерывно контролируют уровень кровяного давления в артериях и венах. Если поступает сигнал об изменении давления, барорецепторы передают его в головной мозг, откуда в ответ поступают команды уменьшить или увеличить частоту сердечных сокращений, а также расширить или сузить просвет артерий, чтобы сохранить нормальный уровень артериального давления.

Адреналин. Головной мозг отвечает на импульсы от барорецепторов стимуляцией выделения гормонов и ферментов, которые влияют на функционирование сердца, кровеносных сосудов и почек. Одним из основных гормонов, участвующих в контроле артериального давления, является адреналин, называемый еще эпинефрином. Адреналин  выбрасывается в кровь в условиях стресса или напряжения, например, в случае тревоги и спешки при выполнении какого-либо задания.

Адреналин вызывает сужение кровеносных сосудов, заставляет сердце сокращаться с большей силой и скоростью, что приводит к росту артериального давления. Люди часто связывают чувство подъема давления с выбросом адреналина.

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система. В организме имеются и другие гормоны, регулирующие уровень артериального давления. Среди них – ренин, который образуется в почках, он способен превращаться в ангиотензин I. Попав в кровеносное русло, ангиотензин I превращается в ангиотензин II. Эффект ангиотензина II состоит в сужении кровеносных сосудов и стимуляции высвобождения гормона альдостерона, который синтезируется в надпочечниках. В результате повышения концентрации альдостерона почки начинают задерживать в организме больше воды и солей.

По мнению ученых, некоторые люди с повышенным артериальным давлением имеют особую разновидность гена, отвечающего за синтез ангиотензина. В результате этого организм вырабатывает ангиотензин в слишком большом количестве.

Эндотелий. Просвет артерий выстлан тончайшим слоем клеток, который называется эндотелием. В эксперименте показано, что этот слой играет очень важную роль в регуляции артериального давления – например, выделением химических веществ, заставляющих сосуды сокращаться и расслабляться.

Оксид азота. Газ, который называется оксидом азота и содержится в крови, может влиять на артериальное давление. Этот газ способствует расслаблению стенки кровеносного сосуда и расширению его просвета. Уровень оксида азота может повышаться под действием нитроглицерина, лекарства, используемого для лечения некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.

Эндотелин. Противоположное оксиду азота действие на стенку сосуда оказывает белок под названием эндотелин. Он заставляет кровеносные сосуды сокращаться. Эндотелин-1, одна из форм этого белка, может играть решающую роль в развитии высокого артериального давления.

Измерение артериального давления

Целевые значения артериального давления
(для всех возрастных групп):
• Для людей с артериальной
гипертензией – ниже 139/89мм.рт.ст.
• Для людей, имеющих также
сахарный диабет и/или заболевание
почек – ниже 129/79мм рт.ст.

Кровяное давление определяется измерением давления в артериях. Замер проводится с помощью прибора, называемого сфигмоманометром или тонометром. Он состоит из надувающейся манжеты, которая обертывается вокруг предплечья, воздушного насоса (ручного или электронного) и измерителя давления.

Для домашнего измерения лучше выбирать автоматический тонометр с плечевой манжетой – такой прибор обеспечивает наиболее точное и быстрое измерение. Не рекомендуется контролировать артериальное давление приборами с датчиком на запястье или пальце.

Кровяное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Результат измерения зависит от того, насколько давление в артериях способно поднять столбик ртути в сфигмоманометре.

Два показателя давления

Уровень артериального давления характеризуют два показателя. Оба они одинаково важны. Первый – уровень систолического давления. Это уровень артериального давления в то время, когда сердце сокращается – этот период называется систолой – и выбрасывает кровь в аорту.

Второй показатель – это диастолическое давление. Оно показывает, какой уровень давления создается в артериях в промежуток времени, называемый диастолой, когда сердце расслаблено и наполняется кровью. Сердцу необходимо полностью расслабиться перед очередным сердечным сокращением, в это время давление в артериях снижается. Два вышеописанных показателя пишутся в виде дроби. В виде числителя (слева от знака дроби) указывается значение систолического давления, а в виде знаменателя (справа от знака дроби) – значение диастолического давления. Вслух эти показатели разделяются предлогомна. Например, если при измерении уровни систолического и диастолического давления составили соответственно 115 мм рт. ст. и 82 мм рт. ст., значит артериальное давление в этом случае равно 115/82 или 115 на 82.

Нормальные показатели артериального давления

В первые месяцы после рождения артериальное давление у ребенка в среднем равно 100/65 мм рт. ст. или 100 на 65. В период детства оно медленно растет. Начиная с подросткового периода, нормальными цифрами артериального давления являются 119/79 мм рт. ст. или ниже. Систолическое давление между 120 и 139 мм рт. ст. и диастолическое давление между 80 и 89 мм рт. ст. классифицируются как предгипертензия.

Если у вас предгипертензия, это означает, что артериальное давление выше нормы, но не достигает цифр, когда ставится диагноз заболевания, называемого артериальной гипертензией. Наличие предгипертензии должно расцениваться как сигнал к изменению стиля жизни с целью снижения артериального давления. Наличие предгипертензии свидетельствует о том, что вы имеете повышенный риск возникновения сердечно-сосудистых, почечных заболеваний и инсульта.

Идеальное или нормальное артериальное давление взрослого человека любого возраста составляет 119/79 или ниже. Это тот уровень, к которому, по возможности, необходимо стремиться. Однако некоторые больные артериальной гипертензией плохо переносят давление ниже 119/79, что нужно учитывать при подборе медикаментозного лечения.

Правила измерения артериального
давления в домашних условиях
(рекомендации Harvard Medical School)

 

• НЕ принимайте алкогольных
и кофеинсодержащих напитков и
НЕ курите за 30 минут до исследования
• В течение 5 минут спокойно
посидите так, чтобы спина опиралась
на спинку стула, а ступни находились
на полу
• Во время измерения следите,
чтобы Ваш локоть находился
приблизительно на уровне сердца
• Освободите плечо от одежды
и наложите манжету
• После первого измерения
снимите манжету, подождите минуту
и повторите измерение. Если значения
близки, усредните их; если нет –
измерьте в третий раз и усредните
3 полученных значения
• Если Вы получили высокие
цифры, не паникуйте! Посидите
несколько минут спокойно и повторите
измерение
• Соотносите результаты
Ваших измерений со временем суток

Систолическое давление выше 140 и/или диастолическое давление выше 90 классифицируются как артериальная гипертензия.

Больные с систолической гипертензией, особенно в пожилом возрасте, относятся к высокому риску сердечно-сосудистых осложнений, несмотря на то, что диастолическое давление у них в норме.

 Колебания давления в течение дня

Результат измерения артериального давления характеризует его уровень непосредственно в момент измерения. На протяжении суток артериальное давление меняется. Оно растет в периоды активности, во время усиленной работы сердца, например, во время физических нагрузок. Снижение происходит в состоянии покоя, во сне. Артериальное давление также меняется при разных положениях тела, например, при переходе из положения лежа или сидя в стоячее положение.

К увеличению давления приводят прием пищи, алкоголя, боль, стресс и сильные переживания. Даже сновидения могут вызвать рост вашего артериального давления. Все эти колебания совершенно нормальны.

Уровень артериального давления может зависеть от времени суток. Давление в артериях претерпевает естественные колебания в течение 24-часового периода. Обычно оно максимально в утренние часы, после того, как вы переходите к состоянию бодрствования и физической активности. Далее оно остается приблизительно на одном уровне весь день и только поздно вечером начинает понижаться. Минимальных цифр давление достигает в предутренние часы, пока вы еще спите. Этот 24-часовой график называется циркадный ритм. В нашем организме циркадным колебаниям подвержены более 100 различных функций.

Графики циркадного ритма артериального давления работающих в дневную и ночную смены различны, то есть зависят скорее от чередования периодов работы и отдыха (сна), чем от времени суток. Вот почему артериальное давление и многие другие функции организма, подверженные циркадным колебаниям, изменяются при нарушении графика суточной активности.

Регулярно контролировать АД
в домашних условиях должны:

 

• Люди с диагностированной
артериальной гипертензией или
предгипертензией
• Беременные женщины
• Люди с избыточной массой
тела
• Курильщики
• Люди, имеющие наследственную
предрасположенность к артериальной
гипертензии

Обеспечение точных измерений

Чтобы понять, каков ваш истинный средний уровень артериального давления, лучшее время для изменения – это дневное время, когда прошло уже несколько часов с момента подъема с постели. Если по утрам вы занимаетесь физкультурой, то измерять давление нужно до начала упражнений. После энергичных физических нагрузок давление некоторое время может оставаться относительно низким и не отражать свойственный вам средний уровень.

Не рекомендуется также принимать пищу, курить или пить кофе меньше чем за 30 минут до измерения артериального давления. Табак и кофеин могут на время повысить ваше артериальное давление, а прием алкоголя – снизить. На отдельных людей, однако, алкоголь производит противоположный эффект. Некоторые средства, например противоаллергические и жаропонижающие препараты, ряд пищевых добавок, могут приводить к увеличению артериального давления в течение нескольких часов и даже дней от момента приема. Посидите перед измерением около 5 минут, так как чтобы давление изменилось согласно положению тела и уровню физической активности, организму необходимо некоторое время. Следуя вышеперечисленным правилам, вы сможете максимально точно оценить истинный уровень вашего давления в течение суток.

Если вы гипертоник, план лечения должен включать регулярные измерения давления в домашних условиях.

 Cимптомы высокого артериального давления

Зачастую симптомы, которые могли бы предупредить вас о вашем заболевании, отсутствуют, поэтому высокое артериальное давление называют еще тихим убийцей.

Люди иногда принимают головную боль, головокружение, носовые кровотечения за знаки высокого артериального давления. Однако лишь немногие могут подтвердить появление головокружения или учащение носовых кровотечений при повышении артериального давления. В научных исследованиях доказано отсутствие связи между головной болью и высоким артериальным давлением. Таким образом, у большинства людей заболевание протекает бессимптомно.

Можно жить с артериальной гипертензией в течение нескольких лет и не знать об этом. Часто это состояние выявляется случайно при плановом осмотре у врача. Знаки и симптомы появляются, как правило, только тогда, когда заболевание переходит на более высокую – возможно даже жизнеугрожающую – стадию. Однако бывает и так, что заболевание не проявляется даже при очень высоком уровне артериального давления.

Другие симптомы, иногда сопровождающие высокое артериальное давление, такие как повышенная потливость, мышечная дрожь, обильное мочеотделение, ускоренные или нерегулярные сердечные сокращения в основном вызываются другими состояниями, которые могут провоцировать подъем давления.

 Когда артериальное давление может упасть слишком низко

Относительно цифр артериального давления общее правило таково: чем меньше, тем лучше. Однако бывают ситуации резкого падения давления. Это состояние называется гипотензия и может стать жизнеугрожающим, если давление снизится до опасного уровня. К счастью, такие ситуации редки.

Напротив, постоянно (хронически), но не критически сниженное артериальное давление встречается довольно часто. Причиной могут быть многие факторы, среди которых прием гипотензивных средств, сахарный диабет, второй триместр беременности.

Потенциально опасным побочным эффектом хронически низкого артериального давления является так называемая постуральная гипотензия, состояние, при котором быстро вставший человек может почувствовать головокружение и даже потерять сознание. Дело в том, что когда мы встаем, сила тяжести не позволяет крови мгновенно перераспределиться согласно изменению положения тела: в его нижней части (сосудах ног) оказывается относительно больший объем крови, по сравнению с верхней частью, что может привести к быстрому падению давления. В норме система, регулирующая артериальное давление, противостоит его снижению путем сужения просвета артерий и увеличения выброса крови при каждом сокращении сердца.

Если артериальное давление постоянно понижено, то время, необходимое для компенсации действия силы тяжести, увеличивается. Постуральная гипотензия чаще встречается в старших возрастных группах, так как передача нервных и регуляторных сигналов с возрастом становится медленнее. Опасность состоит в том, что сильное головокружение или потеря сознания могут привести к падению и травматизации.

 Можно предотвратить подобные ситуации, если 
–        вставать более медленно и придерживаться за что-нибудь, когда стоишь
–        постоять несколько секунд перед тем, как пойти; вы дадите организму время адаптироваться к изменению давления
–        если вы стоите, скрестите ноги и прижмите бедра одно к другому (наподобие ножниц), это поможет уменьшить накопление крови в сосудистом русле ног.

У некоторых пожилых людей, особенно тех, кто принимает препараты для лечения артериальной гипертензии, повышена вероятность обморока или падания после приема пищи. Причиной может быть снижение артериального давления. Если у вас были обморочные состояния после приема пищи, нужно принять меры по их предотвращению. Ешьте не спеша и понемногу. После еды отдыхайте в течение часа.

Посетите доктора, если головокружение и обмороки повторяются. Причиной этих симптомов или того, что они стали более выраженными, могут быть и другие заболевания.

 Осложнения артериальной гипертензии

Высокое артериальное давление требует обязательного лечения, так как со временем чрезмерная сила, действующая на артериальные стенки, может привести к серьезному повреждению многих жизненно важных органов тела. Наибольшему повреждающему действию высокого артериального давления подвержены артерии, сердце, головной мозг, почки и глаза.

Некоторые осложнения, описанные ниже, могут потребовать экстренного лечения.

Высокое артериальное давление может вызывать повреждение артерий, сердца и других систем организма.

СЕРДЦЕ И СОСУДЫ

АРТЕРИОСКЛЕРОЗ. Здоровые артерии, как и здоровые мышцы, должны быть гибкими, сильными и эластичными. Их стенки изнутри гладкие, не создающие препятствия кровотоку. Однако с годами под действием высокого артериального давления они могут стать более толстыми и жесткими.

АТЕРОСКЛЕРОЗ. Под действием высокого артериального давления может ускоряться отложение холестерина внутри артериальной стенки и между ее слоями. Если стенка артерии изнутри повреждается, на это место оседают клетки крови, называемые тромбоцитами. Холестерин также имеет свойство откладываться в определенном участке стенки. Вначале отложение холестерина представляет собой только прослойку содержащих жир клеток. По мере накопления холестерина процесс распространяется на глубокие слои артериальной стенки, вызывая ее повреждение. Большие отложения холестерина называются бляшкой. Со временем бляшка становится тверже.

Наибольшая опасность холестериновых бляшек состоит в повреждении сосудистой стенки. Органы и ткани, кровоснабжаемые такими измененными артериями, не получают достаточного количества кислорода и питательных веществ, приносимых с кровью. Чтобы обеспечить адекватный приток крови, организм отвечает увеличением артериального давления. В свою очередь, это приводит к дальнейшему повреждению сосудов.

Артериосклероз и атеросклероз могут развиваться в любых артериях организма. Однако повреждению наиболее часто подвергаются артерии сердца, головного мозга, почек, брюшной аорты и ног.

ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА. Одной из главных причин смертности у больных с нелеченной артериальной гипертензией является ишемическая болезнь сердца.

При этом заболевании поражаются артерии, питающие сердечную мышцу (коронарные артерии). У больных с высоким артериальным давлением образование холестериновых бляшек в коронарных артериях явление распространенное.

Бляшки уменьшают приток крови к мышце сердца, что может привести к инфаркту миокарда, если объем притекающей крови снизится до критического уровня. Это состояние требует немедленной госпитализации для проведения медикаментозного лечения или транслюминальной баллонной ангиопластики, хирургической процедуры по устранению сужений в коронарных артериях. Нормализация артериального давления приводит к уменьшению количества инфарктов миокарда примерно на 25 процентов.

АНЕВРИЗМА. Когда кровеносные сосуды теряют эластичность, их стенки могут растягиваться и истончаться. Такое место в артерии называется аневризмой. Аневризмы наиболее часто образуются в артериях головного мозга и в нижней части аорты, на уровне живота. Самая большая опасность любой аневризмы в ее разрыве, приводящему к жизнеугрожающему кровотечению.

На ранних стадиях формирования аневризмы, как правило, не влияют на самочувствие. По мере увеличения, аневризма, находясь в артерии головного мозга, может вызывать очень сильные, не проходящие головные боли. Большая аневризма брюшной аорты может быть причиной постоянной боли в животе или пояснице. Изредка аневризма брюшной аорты обнаруживается при медицинском осмотре, когда легкое надавливание на живот выявляет пульсирующий сосуд. Иногда тромб, выстилающий полость аневризмы, может отрываться и перекрывать отходящие от аорты ветви.

ГИПЕРТРОФИЯ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА. Кровяное давление можно сравнить с грузом, который сердце, как спортсмен, должно поднять. Когда сердце “проталкивает” кровь из левого желудочка в аорту, его работа направлена против кровяного давления внутри артерий.

Чем выше артериальное давление, тем сердцу тяжелее работать. Со временем ему становится трудно справляться с чрезмерной нагрузкой и стенки главной насосной камеры (левого желудочка) начинают утолщаться (гипертрофироваться). Мышечная масса растет, что требует увеличения ее кровоснабжения. Однако, как мы уже знаем, высокое артериальное давление приводит еще и к повреждению артерий, кровоснабжающих сердце, поэтому сосудистое русло часто бывает не в состоянии обеспечить достаточный приток крови согласно потребностям сердечной мышцы. Эффективный контроль уровня артериального давления может предотвратить развитие и даже вызвать уменьшение левожелудочковой гипертрофии.

СЕРДЕЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ. При этом состоянии сердце не способно достаточно быстро пропускать притекающую к нему кровь. В результате происходит застой крови, который вызывает накопление жидкости в легких, нижних конечностях и других тканях. Это состояние называется отек. Застой крови в легких приводит к одышке. Накопление жидкости в нижних конечностях – к отеку ступней и лодыжек. При эффективном лечении артериальной гипертензии риск развития сердечной недостаточности снижается примерно на 50 процентов.

ГОЛОВНОЙ МОЗГ. Артериальная гипертензия значительно увеличивает риск ИНСУЛЬТА.

Инсульты чаще всего возникают на фоне высокого артериального давления. Однако, у тех людей, которые получали медикаментозное лечение высокого артериального давления, риск инсульта снижается.

Инсульт, или острое нарушение мозгового кровообращения, это повреждение ткани мозга, которое происходит либо из-за перекрытия просвета, либо вследствие разрыва артерии, кровоснабжающей головной мозг. Согласно этим причинам, выделяют два основных типа инсультов: ишемический и геморрагический.

Ишемический инсульт. Ишемические инсульты составляют 70-80 процентов всех инсультов. При ишемическом инсульте обычно поражаются те части головного мозга, которые контролируют движение, речь и органы чувств.

Инсульт развивается в результате тромбоза артерии, кровоснабжающей головной мозг. Вероятность образования тромба повышается при наличии холестериновой бляшки, так как поверхность бляшки, обращенная в просвет сосуда, неровная, и кровоток в этом месте нарушен. Более половины ишемических инсультов происходят из-за образования тромба в одной из артерий, отходящих от аорты и кровоснабжающих головной мозг.

Менее распространенная причина ишемических инсультов – это отрыв частицы тромба, образовавшегося в артерии, и продвижение этой частицы (эмбола) по более крупным артериям в более мелкие артерии головного мозга. Источником эмболов может быть и тромб, находящийся в камерах сердца. Если движущийся тромб останавливается в артерии малого диаметра и полностью блокирует кровоток, то в соответствующей части мозга развивается инсульт.

Иногда мозговой кровоток нарушается ненадолго – менее чем на 24 часа. Это состояние называется транзиторная ишемическая атака (ТИА) или малый инсульт. Транзиторная ишемическая атака – это тревожный знак того, что может развиться инсульт.

Геморрагический инсульт. Геморрагический инсульт развивается вследствие разрыва стенки мозговой артерии. При этом кровь пропитывает окружающие ткани мозга, что вызывает их повреждение. Повреждаются и клетки мозга, находящиеся на расстоянии от источника кровотечения, так как они лишаются притока свежей артериальной крови. Одна из причин геморрагического инсульта – аневризма артерии. Мелкие разрывы артериальной стенки также могут приводить к просачиванию крови в окружающие ткани.

Нормализация цифр артериального давления вследствие эффективного лечения сопровождается значительным снижением риска. Даже если вы уже перенесли инсульт или транзиторную ишемическую атаку, снижение высокого артериального давления поможет предотвратить возможное повторное их возникновение.

ДЕМЕНЦИЯ. Деменция – приобретённое слабоумие. Научные исследования свидетельствуют о том, что высокое артериальное давление со временем может провоцировать ухудшение памяти и другие нарушения умственной деятельности. Риск деменции значительно увеличивается в возрасте 70 лет и старше. От момента постановки диагноза артериальной гипертензии до появления признаков деменции может пройти от нескольких десятилетий до нескольких лет.

В настоящее время доказано, что лечебный контроль высокого артериального давления может снижать риск деменции.

ПОЧКИ

Около одной пятой части объема крови, выталкиваемого сердцем, проходит через почки. Крошечные структуры почек, работающие как фильтры, называются нефронами. С их помощью кровь очищается от продуктов метаболизма нашего организма, которые далее выводятся с мочой. Функция почек состоит в контроле баланса солей, кислот и воды в организме. Кроме этого, в почках синтезируются вещества, регулирующие диаметр сосудов и их функцию. Высокое артериальное давление может отрицательно влиять на этот сложный процесс.

Если вследствие артериальной гипертензии в артериях, кровоснабжающих почки (почечных артериях), развивается атеросклероз, приток крови к нефронам уменьшается, эффективность выведения отходов жизнедеятельности организма из крови снижается. Со временем концентрация этих продуктов в крови растет, почки начинают “сморщиваться” и утрачивать свои функции.

Высокое артериальное давление и сахарный диабет являются наиболее частыми причинами почечной недостаточности.

Если работа почек неэффективна, может потребоваться гемодиализ или даже трансплантация почки. Гемодиализ – это процесс выведения продуктов метаболизма из крови с помощью специальной аппаратуры.

Повреждение почек может привести к появлению или утяжелению течения артериальной гипертензии, поскольку почки участвуют в контроле артериального давления путем регуляции количества натрия и воды, содержащихся в крови. Такая ситуация представляет собой замкнутый “порочный” круг, который в конечном итоге приводит к повышению артериального давления и постепенному снижению способности почек к выведению продуктов метаболизма из организма.

Нормализация повышенного давления может замедлить прогрессирование заболеваний почек и уменьшить потребность в гемодиализе и почечной трансплантации.

 ГЛАЗА.

Высокое артериальное давление приводит к ускоренному старению крошечных кровеносных сосудов глаза. В тяжелых случаях, это может привести даже к потере зрения.

Иногда наличие артериальной гипертензии выявляется простым исследованием глазного дна. Направленный в глаз свет делает видимыми тоненькие артерии, расположенные на внутренней поверхности глаза (сетчатке). Уже на ранних стадиях артериальной гипертензии стенки этих артерий начинают утолщаться и просвет их сужается. Артерии глаза могут сдавливать близлежащие вены и нарушать венозный отток. Считается, что состояние артерий глазного дна отражает состояние сосудов головного мозга.

Высокое артериальное давление может также приводить к надрыву стенки артерий и кровоизлиянию в подлежащие ткани глаза. В тяжелых случаях может развиться отек глазного нерва, передающего зрительные сигналы от сетчатки в головной мозг. Это может стать причиной потери зрения. Повреждение сетчатки в большинстве случаев может быть предотвращено контролем уровня артериального давления.

Как контролировать артериальное давление.

На пути к нормализации артериального давления немаловажное значение имеет изменение привычек и стиля жизни. Простые правила здорового питания, регулярная физическая активность, отказ от курения могут значительно снизить уровень артериального давления. Иногда, на начальных стадиях заболевания этих условий оказывается достаточно, чтобы поддерживать артериальное давление в нормальных пределах.

К сожалению, зачастую в дополнение к общим правилам требуется и медикаментозная терапия. Терапия при артериальной гипертензии подбирается индивидуально и служит для профилактики подъемов артериального давления. Препараты следует принимать ежедневно (обычно 1-2 раза в день). Редко эффективным оказывается один препарат – чаще требуется комбинация двух, а иногда и трех видов лекарств. Такие комбинации (которые часто заключены в одну таблетку) позволяют достичь нужного эффекта при минимальной дозировке каждого из компонентов.

Если АД все-таки повысилось выше нормальных значений, существуют препараты для быстрой помощи – они помогают быстро и эффективно снизить АД «здесь и сейчас». Таких экстренных приемов у гипертоника должно быть как можно меньше – ежедневная плановая антигипертензивная терапия должна быть подобрана максимально эффективно. Следует помнить, что артериальная гипертензия – заболевание хроническое, от которого невозможно излечиться навсегда, поэтому нормальные цифры артериального давления требуют ПОСТОЯННОГО приема препаратов.

Почему нужно ограничивать прием соли?

Поваренная соль (или хлорид натрия) – важнейший источник натрия для нашего организма. Натрий – это химический элемент, выполняющий ряд основополагающих функций. Йоны натрия участвуют в передаче нервных импульсов, сокращении и расслаблении мышечной ткани, поддержании водного баланса. Ни одна клетка организма не может функционировать без этого элемента! Для нормальной работы всех органов и систем необходимо строго определенное количество натрия. От него зависит и количество воды, удерживаемой в кровеносном русле. У здорового человека почки регулируют содержание натрия и воды. Однако при длительном избыточном потреблении соли (натрия) почки теряют эту способность. Избыточное количество натрия приводит и к чрезмерному накоплению воды и, как следствие, к артериальной гипертензии.

Некоторые люди особенно чувствительны к количеству натрия в организме – их артериальное давление повышается или снижается в прямой зависимости от этого. Поэтому у этих людей повышен риск сердечно-сосудистых осложнений. Однако они больше остальных выигрывают от диеты с низким содержанием соли.

Наиболее чувствительны к соли:
–               Пожилые
–               Афроамериканцы
–               Люди с артериальной гипертензией
–               Люди, страдающие сахарным диабетом
–               Люди с хронической почечной недостаточностью

Таким образом,

Если Вам меньше 50, Ваше артериальное давление в норме (ниже 120/80мм рт.ст.), и в остальном вы здоровы, пока Вам можно не беспокоиться о количестве потребляемой соли. Однако постарайтесь ограничиться 2,3г натрия в день. Риск артериальной гипертензии увеличивается с возрастом. Поэтому если Вы привыкнете есть меньше соленой пищи сейчас, Вам легче будет в последующем.

Если Вы старше, страдаете ожирением или сахарным диабетом, Вам необходимо снизить употребление натрия до 1,5г в день

Если вы страдаете артериальной гипертензией, предгипертензией, сердечной недостаточностью или заболеванием почек, Вам следует употреблять не более 1,5г натрия в день.

Что делать, если артериальное давление повышается время от времени?

Нередки случаи, когда артериальное давление повышено не постоянно, а лишь в определенных ситуациях. У некоторых людей наблюдается так называемая «гипертония белого халата» – когда артериальное давление всегда повышено на приеме у врача, тогда как дома оно всегда нормальное. Случаются и обратные ситуации. Так называемая «скрытая гипертензия» характеризуется нормальным АД при измерении врачом, но в других условиях – при стрессе, в ранние утренние или вечерние часы АД повышается.

Однако возникает вопрос, что делать в таких неоднозначных ситуациях – когда артериальное давление повышается не каждый день, или даже неделю, а лишь время от времени. Такая картина говорит о повышенной лабильности Вашего артериального давления, что скоро может привести к постоянной артериальной гипертензии. Большим шагом на пути к предотвращению серьезных сердечно-сосудистых осложнений, таких как инсульт, инфаркт, сердечная недостаточность, служит регулярный домашний контроль артериального давления и коррекция образа жизни и питания.

Вам необходимо:
–               Повысить физическую активность
–               Снизить вес, если он избыточный
–               Соблюдать правила здорового питания
–               Отказаться от курения

Таким образом, следует  помнить:

– Кровяное давление регулирует ток крови через сердце и кровеносные сосуды.
– Одинаково важен уровень и систолического, и диастолического давления.
– Об артериальной гипертензии говорят, если уровень систолического давления устойчиво равен 140 мм рт ст и выше, и/или уровень диастолического давления устойчиво равен 90 мм рт ст и выше.
– Артериальную гипертензию называют тихим убийцей, так как в типичном случае это заболевание не сопровождается какими либо характерными симптомами, однако приводит к ряду тяжелых осложнений.
– Будучи нелеченным, это заболевание может привести к инсульту, инфаркту миокарда, сердечной и почечной недостаточности, слепоте и снижению умственных способностей.
– Лечение артериальной гипертензии значительно снижает риск инвалидизации и смерти от вышеперечисленных заболеваний.

Если вы имеете высокое артериальное давление работайте вместе с вашим доктором над лечением этого состояния и улучшением общего здоровья. Запишитесь на прием.

Гидроудар в трубе — причины, защита, компенсаторы

Защита от гидроудара

Чтобы защитить трубопровод от гидравлических ударов, нужно:

  • Плавно открывать/закрывать запорные элементы

При плавном закрывании крана давление в трубопроводе будет постепенно выравниваться. При этом ударная волна будет иметь незначительную силу, а следовательно, мощность гидравлического удара будет минимальной. Но не во всех случаях возможно обеспечить плавное закрывание крана. Далеко не у всех моделей вентильная конструкция, многие современные краны имеют шаровую систему – достаточно одного неосторожного резкого поворота и кран придёт в положение «закрыто».

  • Использовать трубы большого диаметра

В трубопроводах большого диаметра рабочая среда движется с меньшей скоростью, чем в системах с более маленьким диаметром. А чем скорость перемещения потока жидкости меньше, тем слабее сила гидроудара. Однако данный способ гораздо затратнее. Расходы увеличиваются за счёт более высокой стоимости труб и теплоизоляции.

  • Установить амортизирующее устройство

Данное устройство располагается по направлению движения рабочей жидкости. В качестве амортизатора используется отрезок трубы из эластичного пластик либо каучука, которым заменяется часть жёсткой трубы перед термостатом. При возникновении гидравлического удара происходит растяжение эластичного отрезка и частичное гашение силы удара.

  • Использовать компенсаторное оборудование

Для сбрасывания лишней жидкости до момента нормализации давления в трубопроводе используется гидравлический аккумулятор. Данное оборудование выполнено в виде герметичного бака, оснащённого мембраной и воздушным клапаном. Мембрана изготавливается из эластичного материала, бак – из стали.

  • Использовать автоматику насосов

Одной из причин появления гидравлических ударов в трубопроводе является насосное оборудование. Движение рабочей среды зависит от того, насколько быстро вращаются насосные валы. Следовательно, плавное снижение/увеличение скорости вращения позволяет уменьшить силу воздействия и снизить риск появления гидроударов.

На производствах для управления насосным оборудованием используются специальные регуляторы, частотные преобразователи и прочие подобные приборы. Данное оборудование также подходит для использования в бытовых условиях.

Гидравлические удары в коммуникациях появляются при остановке насосного оборудования, например, при исчезновении сети питания. На производствах и в сфере коммунального хозяйства резервные источники используются давно и не раз доказали свою эффективность. Предупреждение аварийных ситуаций и сокращение расходов на ремонтные работы приводят к существенной экономии средств. Включение домашнего насосного оборудования через устройство защиты от гидроударов (стабилизаторы и источники резервного питания) поможет обезопасить внутренние коммуникационные системы.

  • Использовать байпас

Байпас представляет собой дополнительный участок трубопровода, который используется в качестве обходного канала и служит для регулирования пропускной способности сети отопления. Такие устройства можно монтировать, как в новые системы, так и в уже существующие.

  • Гаситель гидроударов

Это простое, но эффективное изобретение, работающее по принципу расширительного бака отопительных коммуникаций. При резком перепаде давления жидкость перемещается в мембранный гаситель. После того, как давление в трубопроводе упадёт до рабочей величины, произойдёт выталкивание жидкости обратно в систему. Возвращение воды обеспечивается благодаря избыточному давлению воздуха, находящегося с противоположной стороны мембраны.

  • Защитный клапан

Клапан защиты от гидроудара располагается в трубопроводной системе рядом с наносом. Он реагирует на скачки давления, принимая обратную волну и предотвращая гидравлические удары. Клапан оснащён специальным регулятором, который при перепаде давления плавно открывает его. Таким образом, когда обратный поток рабочей среды доходит до насосного агрегата, клапан уже находится в открытом состоянии. В результате этого происходит сбрасывание воды, а следовательно, снижение давления до допустимой величины. После нормализации давления регулятор закрывает клапан, чтобы предотвратить опустошение системы.

Зависимость скорости звука в дистиллированной воде от давления

  • 1.

    V. A. Del Grosso и C. W. Mader, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 52 , № 5, 1442 (1972).

    Артикул

    Google ученый

  • 2.

    ГСССД 117-88: Вода, скорость звука при температуре 0–100 ° C и давлении 0,101325–100 МПа , Государственная система стандартных справочных данных (1988).

  • 3.

    W. D. Wilson, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 31 , № 8, 1067 (1959).

    Артикул

    Google ученый

  • 4.

    C.-T. Чен и Ф. Дж. Миллеро, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 60 , № 6, 1270 (1976).

    Артикул
    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google ученый

  • 5.

    С.С. Секоян, Ю. С. Ильиных, Ф. Л. Платонов, в кн .: Гидрофизические измерения (Труды Всероссийского института физико-технических и радиотехнических измерений) , ВНИИФТРИ, Москва (1986), с.22.

    Google ученый

  • 6.

    Ф. Дж. Миллеро и Л. Сюй, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 95 , № 5, часть 1, 2757 (1994).

    Артикул
    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google ученый

  • 7.

    Белогольский В.А., Оводов Г.И., Саморукова Л.М., Законодательство. Прикл. Метрол. , № 6, 20 (1995).

    Google ученый

  • 8.

    Белогольский В. А. и др. «Транзитно-временной метод определения скорости звука в жидкой среде и устройство для его реализации», заявка на патент 526/28 от 14 октября 1992 г .; Изобретения , №35 (1996).

  • 9.

    Кононенко В.С., Акуст. Ж. , 20 , № 2, 269 (1974).

    Google ученый

  • 10.

    H. J. McSkimin, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 32 , No.11, 1401 (1960).

    Артикул

    Google ученый

  • 11.

    Н. Биланюк и Г. С. К. Вонг, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 93 , № 3, 1609 (1993).

    Артикул
    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google ученый

  • 12.

    Н. Биланюк и Г. С. К. Вонг, J. Acoust. Soc. Являюсь. , 99 , № 5, 3257 (1996).

    Артикул
    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google ученый

  • 13.

    А.А. Александров, Д.К. Ларкин, Теплоэнергетика , № 2, 75 (1976).

    Google ученый

  • Скорость звука — открытие звука в море

    Учебник: Скорость звукаКрис Ноултон2018-12-19T10: 31: 21-05: 00

    Скорость звука в морской воде составляет 1500 метров в секунду. Звук в воздухе распространяется намного медленнее — около 340 метров в секунду.

    Скорость звука в морской воде не является постоянной величиной.Он варьируется на небольшую величину (несколько процентов) от места к месту, от сезона к сезону, с утра до вечера и в зависимости от глубины воды. Хотя различия в скорости звука невелики, они оказывают важное влияние на то, как звук распространяется в океане.

    Скорость звука зависит от океанографических переменных температуры, солености и давления. Здесь мы имеем в виду давление океана из-за веса вышележащей воды (равновесное давление), а не давление, связанное со звуковой волной, которое намного, намного меньше.Мы можем посмотреть на влияние каждой из этих переменных на скорость звука, сосредоточив внимание на одном месте в океане. Когда океанологи смотрят на изменение океанографической переменной с глубиной воды, они называют это профилем.

    Вот основные профили температуры, солености и давления для местоположения на средних широтах в глубоком океане.

    Профили глубины открытого океана по температуре, солености и плотности. Авторское право Университета Род-Айленда.

    Из этих профилей вы можете видеть, что температура сильно меняется: от 20 градусов Цельсия (° C) у поверхности в средних широтах до 2 градусов Цельсия (° C) у дна океана.С другой стороны, соленость изменяется лишь на небольшую величину, примерно от 34 до 35 практических единиц солености (PSU) [Глоссарий-добавление]. Наконец, давление увеличивается в разы — от 0 на поверхности до 500 атмосфер (атм) внизу.

    Скорость звука в воде увеличивается с увеличением температуры воды, увеличением солености и увеличением давления (глубины). Приблизительное изменение скорости звука при изменении каждого свойства составляет:

    • Температура 1 ° C = 4,0 м / с
    • Соленость 1PSU = 1.4 м / с
    • Глубина (напор) 1 км = 17 м / с

    Давление, температура и среднеквадратичная скорость — University Physics Volume 2

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Объясните взаимосвязь между микроскопическими и макроскопическими величинами в газе
    • Решение проблем, связанных со смесями газов
    • Решение задач, связанных с расстоянием и временем между столкновениями молекул газа

    Мы исследовали давление и температуру на основе их макроскопических определений.Давление — это сила, деленная на площадь, на которую действует сила, а температура измеряется термометром. Мы можем лучше понять давление и температуру из кинетической теории газов, теории, которая связывает макроскопические свойства газов с движением молекул, из которых они состоят. Во-первых, мы делаем два предположения о молекулах в идеальном газе.

    1. Существует очень большое количество N молекул, все одинаковые и каждая имеет массу m .
    2. Молекулы подчиняются законам Ньютона и находятся в непрерывном движении, которое является случайным и изотропным, то есть одинаковым во всех направлениях.

    Чтобы вывести закон идеального газа и связь между микроскопическими величинами, такими как энергия типичной молекулы, и макроскопическими величинами, такими как температура, мы анализируем образец идеального газа в жестком контейнере, о чем мы делаем еще два предположения:

    1. Молекулы намного меньше среднего расстояния между ними, поэтому их общий объем намного меньше, чем объем их контейнера (который имеет объем V ).Другими словами, мы принимаем постоянную Ван-дер-Ваальса b , объем моля молекул газа, пренебрежимо малой по сравнению с объемом моля газа в емкости.
    2. Молекулы совершают совершенно упругие столкновения со стенками контейнера и друг с другом. Другие силы на них, включая гравитацию и притяжение, представленные постоянной Ван-дер-Ваальса a , незначительны (что необходимо для предположения изотропии).

    Столкновения между молекулами не фигурируют при выводе закона идеального газа.Они также не нарушают вывод, поскольку столкновения между молекулами, движущимися со случайными скоростями, дают новые случайные скорости. Более того, если скорости молекул газа в контейнере изначально не являются случайными и изотропными, именно столкновения молекул делают их случайными и изотропными.

    Мы делаем дополнительные предположения, которые упрощают вычисления, но не влияют на результат. Во-первых, мы позволим контейнеру быть прямоугольной коробкой. Во-вторых, мы начнем с рассмотрения одноатомных газов, то есть тех, молекулы которых состоят из отдельных атомов, таких как гелий.Тогда мы можем предположить, что атомы не имеют энергии, кроме своей поступательной кинетической энергии; например, у них нет ни энергии вращения, ни энергии колебаний. (Позже мы обсудим справедливость этого предположения для реальных одноатомных газов и откажемся от него, рассмотрев двухатомные и многоатомные газы.)

    (рисунок) показано столкновение молекулы газа со стенкой контейнера, так что она оказывает на стенку силу (в соответствии с третьим законом Ньютона). Эти столкновения являются источником давления в газе.По мере увеличения количества молекул количество столкновений и, следовательно, давление увеличивается. Точно так же, если средняя скорость молекул выше, давление газа выше.

    Когда молекула сталкивается с жесткой стенкой, составляющая ее импульса, перпендикулярная стенке, меняется на противоположную. Таким образом, на стену действует сила, создающая давление.

    В пробе газа в контейнере случайность молекулярного движения вызывает колебания числа столкновений молекул с любой частью стенки в заданное время.Однако, поскольку огромное количество молекул сталкивается со стенкой за короткое время, количество столкновений в измеряемых нами масштабах времени и пространства колеблется лишь на крошечную, обычно ненаблюдаемую долю от среднего. Мы можем сравнить эту ситуацию с ситуацией в казино, где результаты ставок случайны, а выручка казино колеблется в зависимости от минуты и часа. Однако в течение длительного периода времени, например года, выручка казино очень близка к средним, ожидаемым по шансам. В баке с газом гораздо больше молекул, чем в казино за год, и молекулы совершают намного больше столкновений за секунду, чем казино делает ставки.

    Расчет средней силы, прикладываемой молекулами к стенкам ящика, приводит нас к закону идеального газа и к связи между температурой и кинетической энергией молекул. (Фактически, мы возьмем два средних значения: одно по времени, чтобы получить среднюю силу, действующую на одну молекулу с заданной скоростью, а затем другое среднее по молекулам с разными скоростями.) Этот подход был разработан Даниэлем Бернулли (1700–1782). , который наиболее известен в физике своими работами по течению жидкости (гидродинамика).Примечательно, что Бернулли проделал эту работу до того, как Дальтон установил представление о материи как о состоящей из атомов.

    (рисунок) показывает контейнер, полный газа, и увеличенный вид упругого столкновения молекулы газа со стенкой контейнера, разбитого на компоненты. Мы предположили, что молекула мала по сравнению с разделением молекул в газе, и что ее взаимодействием с другими молекулами можно пренебречь. В этих условиях экспериментально справедлив закон идеального газа.Поскольку мы также предположили, что стена жесткая, а частицы являются точками, столкновение является упругим (по закону сохранения энергии — кинетической энергии частицы некуда уйти). Следовательно, кинетическая энергия молекулы остается постоянной, а следовательно, ее скорость и величина ее количества движения также остаются постоянными. Это предположение не всегда верно, но результаты в остальной части этого модуля также получены в моделях, которые позволяют молекулам обмениваться энергией и импульсом со стенкой.

    Газ в ящике оказывает внешнее давление на его стенки.Молекула, сталкивающаяся с твердой стенкой, меняет скорость и импульс в направлении x на противоположное. Это направление перпендикулярно стене. Компоненты его скорости движения в направлениях y — и z — не изменяются, что означает отсутствие силы, параллельной стене.

    Если скорость молекулы изменяется в направлении x , ее импульс изменяется с на Таким образом, ее изменение количества движения равно. -я молекула, где i обозначает молекулы от 1 до N , имеет вид

    (Только в этом уравнении p представляет импульс, а не давление.) Между стенкой и молекулой нет силы, кроме случаев, когда молекула касается стенки. В течение короткого времени столкновения сила между молекулой и стенкой относительно велика, но это не та сила, которую мы ищем. Мы ищем среднюю силу, поэтому мы принимаем за среднее время между столкновениями данной молекулы с этой стенкой, то есть время, за которое мы ожидаем найти одно столкновение. Пусть l представляет собой длину коробки в направлении x .Тогда время, которое потребуется молекуле, чтобы пересечь коробку и обратно, расстояние 2 l , со скоростью Таким образом, и выражение для силы станет

    Эта сила обусловлена ​​ одной молекулой . Чтобы найти полную силу на стене, F , нам нужно сложить вклады всех молекул N :

    Теперь мы используем определение среднего, которое мы обозначаем чертой, чтобы найти силу:

    Нам нужна сила в терминах скорости v , а не x -компонент скорости.Обратите внимание, что квадрат полной скорости представляет собой сумму квадратов ее компонентов, так что

    В предположении изотропии три средних значения справа равны, поэтому

    Подставляя это в выражение для F , получаем

    Давление составляет F / A , поэтому получаем

    , где мы использовали для объема. Это дает важный результат

    Объединение этого уравнения с дает

    Мы можем получить среднюю кинетическую энергию молекулы из левой части уравнения, разделив N и умножив на 3/2.

    Средняя кинетическая энергия на молекулу

    Средняя кинетическая энергия молекулы прямо пропорциональна ее абсолютной температуре:

    Уравнение представляет собой среднюю кинетическую энергию на молекулу. В частности, обратите внимание, что ничто в этом уравнении не зависит от молекулярной массы (или любого другого свойства) газа, давления или чего-либо еще, кроме температуры. Если образцы газообразного гелия и ксенона с очень разными молекулярными массами имеют одинаковую температуру, молекулы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию.

    Внутренняя энергия термодинамической системы — это сумма механических энергий всех молекул в ней. Теперь мы можем дать уравнение для внутренней энергии одноатомного идеального газа. В таком газе единственной энергией молекул является их поступательная кинетическая энергия. Следовательно, обозначая внутреннюю энергию, мы просто имеем или

    Часто мы хотели бы использовать это уравнение в отношении молей:

    Мы можем найти типичную скорость молекулы в идеальном газе в терминах температуры, чтобы определить так называемую среднеквадратичную ( среднеквадратичную ) скорость молекулы .

    RMS скорость молекулы

    Среднеквадратичная (RMS) скорость молекулы, или квадратный корень из среднего квадрата скорости, равна

    Среднеквадратичная скорость не является средней или наиболее вероятной скоростью молекул, как мы увидим в разделе «Распределение молекулярных скоростей», но она обеспечивает легко вычисляемую оценку скорости молекул, которая связана с их кинетической энергией. Мы снова можем записать это уравнение в терминах газовой постоянной R и молярной массы M в кг / моль:

    Мы отвлечемся на мгновение, чтобы ответить на вопрос, который, возможно, возник у вас: когда мы применяем модель к атомам вместо теоретических точечных частиц, меняет ли кинетическая энергия вращения наши результаты? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны обратиться к квантовой механике.В квантовой механике кинетическая энергия вращения не может принимать какое-либо значение; он ограничен дискретным набором значений, а наименьшее значение обратно пропорционально инерции вращения. Инерция вращения атома крошечная, потому что почти вся его масса находится в ядре, которое обычно имеет радиус меньше чем. Таким образом, минимальная энергия вращения атома намного больше, чем для любой достижимой температуры, а доступной энергии недостаточно, чтобы заставить атом вращаться. Мы вернемся к этому моменту при обсуждении двухатомных и многоатомных газов в следующем разделе.

    Расчет кинетической энергии и скорости молекулы газа (а) Какова средняя кинетическая энергия молекулы газа при (комнатной температуре)? (б) Найдите среднеквадратичную скорость молекулы азота при этой температуре.

    Стратегия (a) В уравнении для средней кинетической энергии известна температура:

    Перед тем, как подставлять значения в это уравнение, мы должны преобразовать данную температуру в градусы Кельвина: мы можем найти среднеквадратичную скорость молекулы азота, используя уравнение

    , но сначала мы должны найти массу молекулы азота.Получив молярную массу азота из периодической таблицы Менделеева, находим

    Решение

    1. Одной температуры достаточно, чтобы определить среднюю кинетическую энергию поступательного движения. Подстановка температуры в уравнение поступательной кинетической энергии дает
    2. Подставляя эту массу и значение для в уравнение для, получаем

    Значение Обратите внимание, что средняя кинетическая энергия молекулы не зависит от типа молекулы.Средняя поступательная кинетическая энергия зависит только от абсолютной температуры. Кинетическая энергия очень мала по сравнению с макроскопической энергией, поэтому мы не чувствуем, когда молекула воздуха ударяется о нашу кожу. С другой стороны, это намного больше, чем типичная разница в гравитационной потенциальной энергии, когда молекула движется, скажем, от верха к низу комнаты, поэтому наше пренебрежение гравитацией оправдано в типичных реальных ситуациях. Среднеквадратичная скорость молекулы азота удивительно велика.Эти большие скорости молекул не приводят к макроскопическому движению воздуха, поскольку молекулы движутся во всех направлениях с равной вероятностью. Длина свободного пробега (расстояние, на которое молекула перемещается в среднем между столкновениями, обсуждается немного позже в этом разделе) молекул в воздухе очень мала, поэтому молекулы движутся быстро, но не уходят очень далеко за секунду. Высокое значение среднеквадратичной скорости отражается на скорости звука, которая составляет около 340 м / с при комнатной температуре. Чем выше среднеквадратичная скорость молекул воздуха, тем быстрее звуковые колебания могут передаваться по воздуху.Скорость звука увеличивается с температурой и больше у газов с малой молекулярной массой, таких как гелий (см. (Рисунок)).

    (a) В обычном газе так много молекул движутся так быстро, что сталкиваются миллиарды раз в секунду. (б) Отдельные молекулы не перемещаются очень далеко за небольшой промежуток времени, но возмущения, подобные звуковым волнам, передаются со скоростью, зависящей от молекулярных скоростей.

    Расчет температуры: скорость убегания атомов гелия Чтобы избежать гравитации Земли, объект в верхней части атмосферы (на высоте 100 км) должен уйти от Земли на 11 °.1 км / с. Эта скорость называется выходной скоростью . При какой температуре атомы гелия будут иметь среднеквадратичную скорость, равную космической скорости?

    Стратегия Определите известные и неизвестные и определите, какие уравнения использовать для решения проблемы.

    Решение

    1. Определите известные: v — космическая скорость, 11,1 км / с.
    2. Определите неизвестные: нам нужно найти температуру, T . Нам также нужно найти массу m атома гелия.
    3. Определите, какие уравнения необходимы.
      • Чтобы получить массу m атома гелия, мы можем использовать информацию из периодической таблицы:
      • Чтобы определить температуру T , мы можем переставить

        для выхода

    4. Подставьте известные значения в уравнения и решите неизвестные,

      и

    Значение Эта температура намного выше, чем температура окружающей среды, которая составляет примерно 250 K на большой высоте.В атмосфере осталось очень мало атомов гелия, но многие из них присутствовали при формировании атмосферы, и все больше всегда создается в результате радиоактивного распада (см. Главу по ядерной физике). Причина потери атомов гелия заключается в том, что небольшое количество атомов гелия имеет скорости, превышающие скорость убегания Земли даже при нормальных температурах. Скорость атома гелия меняется от одного столкновения к другому, так что в любой момент существует небольшой, но ненулевой шанс, что скорость атома больше, чем скорость убегания.Вероятность достаточно высока, что за время жизни Земли почти все атомы гелия, которые были в атмосфере, достигли космической скорости на больших высотах и ​​покинули земное притяжение. Более тяжелые молекулы, такие как кислород, азот и вода, имеют меньшую среднеквадратичную скорость, поэтому гораздо менее вероятно, что какая-либо из них будет иметь скорости, превышающие скорость убегания. На самом деле вероятность настолько мала, что для потери значительного количества более тяжелых молекул из атмосферы требуются миллиарды лет.(Рисунок) показывает влияние отсутствия атмосферы на Луне. Поскольку гравитационное притяжение Луны намного слабее, она потеряла почти всю свою атмосферу. В упражнениях этой главы сравниваются атмосферы Земли и других тел.

    Эта фотография командира корабля «Аполлон-17» Юджина Сернана, управляющего луноходом по Луне в 1972 году, выглядит так, как если бы она была сделана ночью с помощью большого прожектора. На самом деле свет исходит от Солнца. Поскольку ускорение свободного падения на Луне настолько низкое (примерно 1/6 от земного), космическая скорость Луны намного меньше.В результате молекулы газа очень легко убегают с Луны, практически не оставляя на ней атмосферы. Даже днем ​​небо черное, потому что нет газа, рассеивающего солнечный свет. (Источник: Харрисон Х. Шмитт / НАСА)

    Проверьте свое понимание Если вы рассмотрите очень маленький объект, например, крупицу пыльцы, в газе, то количество молекул, ударяющихся о его поверхность, также будет относительно небольшим. Ожидаете ли вы, что пыльца будет испытывать какие-либо колебания давления из-за статистических колебаний количества молекул газа, ударяющихся о нее за заданный промежуток времени?

    Да.Такие флуктуации действительно происходят для тела любого размера в газе, но поскольку количество молекул для макроскопических тел огромно, флуктуации составляют крошечный процент от количества столкновений, а средние значения, о которых говорится в этом разделе, меняются незаметно. Грубо говоря, флуктуации обратно пропорциональны квадратному корню из числа столкновений, поэтому для малых тел они могут стать значительными. Это действительно наблюдалось в девятнадцатом веке для пыльцевых зерен в воде и известно как броуновское движение.

    Давление пара, парциальное давление и закон Дальтона

    Давление, которое мог бы создать газ, если бы он занимал весь доступный объем, называется парциальным давлением газа. Если два или более газа смешиваются, они придут к тепловому равновесию в результате столкновений между молекулами; процесс аналогичен теплопроводности, описанной в главе о температуре и тепле. Как мы видели из кинетической теории, когда газы имеют одинаковую температуру, их молекулы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию.Таким образом, каждый газ по отдельности подчиняется закону идеального газа и оказывает такое же давление на стенки сосуда, как если бы он был один. Следовательно, в смеси газов полное давление является суммой парциальных давлений составляющих газов , при условии идеального поведения газа и отсутствия химических реакций между компонентами. Этот закон известен как закон парциальных давлений Дальтона в честь предложившего его английского ученого Джона Далтона (1766–1844). Закон Дальтона согласуется с тем фактом, что давление складывается согласно принципу Паскаля.

    В смеси идеальных газов, находящихся в тепловом равновесии, количество молекул каждого газа пропорционально его парциальному давлению. Этот результат следует из применения закона идеального газа к каждому из них в форме. Поскольку правая часть одинакова для любого газа при заданной температуре в контейнере заданного объема, левая часть также такая же.

    • Парциальное давление — это давление, которое мог бы создать газ, если бы он существовал сам по себе.
    • Закон Дальтона гласит, что полное давление — это сумма парциальных давлений всех присутствующих газов.
    • Для любых двух газов (обозначенных цифрами 1 и 2), находящихся в равновесии в контейнере,

    Важное применение парциального давления состоит в том, что в химии оно действует как концентрация газа при определении скорости реакции. Здесь мы упоминаем только, что парциальное давление кислорода в легких человека имеет решающее значение для жизни и здоровья. Вдыхание воздуха с парциальным давлением кислорода ниже 0,16 атм может ухудшить координацию и рассудительность, особенно у людей, не привыкших к работе на большой высоте.Более низкие парциальные давления имеют более серьезные последствия; парциальное давление ниже 0,06 атм может быстро привести к летальному исходу и необратимым повреждениям, даже если человек будет спасен. Однако ощущение потребности дышать, как при задержке дыхания, в гораздо большей степени вызвано высокой концентрацией углекислого газа в крови, чем низкой концентрацией кислорода. Таким образом, если небольшая комната или туалет заполнены воздухом с низкой концентрацией кислорода, возможно, из-за того, что там хранится протекающий баллон со сжатым газом, человек не будет чувствовать никакого «удушающего» ощущения и может впасть в конвульсии или потерять сознание. не замечая ничего плохого.Инженеры по технике безопасности уделяют этой опасности большое внимание.

    Еще одно важное применение парциального давления — давление пара, которое представляет собой парциальное давление пара, при котором он находится в равновесии с жидкой (или твердой, в случае сублимации) фазой того же вещества. При любой температуре парциальное давление воды в воздухе не может превышать давление пара воды при этой температуре, потому что всякий раз, когда парциальное давление достигает давления пара, вода конденсируется из воздуха.Роса является примером такой конденсации. Температура, при которой происходит конденсация пробы воздуха, называется точкой росы . Его легко измерить, медленно охладив металлический шар; точка росы — это температура, при которой на шаре впервые появляется конденсат.

    Давление паров воды при некоторых температурах, представляющих интерес для метеорологии, приведено на (Рисунок).

    Давление паров воды при различных температурах
    Т Давление пара (Па)
    0 610.5
    3 757,9
    5 872,3
    8 1073
    10 1228
    13 1497
    15 1705
    18 2063
    20 2338
    23 2809
    25 3167
    30 4243
    35 5623
    40 7376

    Относительная влажность (R.Ч.) При температуре Т определяется по

    Относительная влажность означает, что парциальное давление воды равно давлению пара; Другими словами, воздух насыщен водой.

    Расчет относительной влажности Какова относительная влажность при температуре воздуха и точке росы?

    Стратегия Мы просто ищем давление пара при заданной температуре и давление в точке росы и находим соотношение.

    Решение

    Значение R.Х. важна для нашего комфорта. Значение находится в диапазоне, рекомендованном для комфорта в помещении.

    Как отмечалось в главе о температуре и тепле, температура редко опускается ниже точки росы, потому что, когда она достигает точки росы или точки замерзания, вода конденсируется и выделяет относительно большое количество скрытой теплоты парообразования.

    Средняя длина свободного пробега и средняя продолжительность свободного пробега

    Теперь мы рассматриваем столкновения явно. Обычный первый шаг (это все, что мы сделаем) — это вычислить длину свободного пробега, среднее расстояние, которое проходит молекула между столкновениями с другими молекулами, и среднее время свободного пробега , среднее время между столкновениями молекулы. .Если мы предположим, что все молекулы представляют собой сферы с радиусом r , то одна молекула столкнется с другой, если их центры будут находиться на расстоянии 2 r друг от друга. Для данной частицы мы говорим, что площадь круга с этим радиусом является «поперечным сечением» столкновений. Когда частица движется, она движется по цилиндру с этой площадью поперечного сечения. Средняя длина свободного пробега — это длина, при которой ожидаемое количество других молекул в цилиндре длины и поперечного сечения равно 1.Если мы временно проигнорируем движение молекул, отличных от той, на которую мы смотрим, ожидаемое число — это плотность молекул, N / V , умноженная на объем, и объем равен, поэтому мы имеем или

    Учет движения всех молекул значительно усложняет расчет, но единственное изменение — коэффициент. Результат:

    В идеальном газе можно заменить, чтобы получить

    Среднее время свободного пробега — это просто длина свободного пробега, деленная на типичную скорость, и обычно выбирают среднеквадратичную скорость.Тогда

    Проверьте свое понимание Что имеет более длинный свободный пробег, жидкую воду или водяной пар в воздухе?

    В жидкости молекулы расположены очень близко друг к другу, постоянно сталкиваясь друг с другом. Чтобы газ был почти идеальным, как и воздух в обычных условиях, молекулы должны находиться очень далеко друг от друга. Поэтому длина свободного пробега в воздухе намного больше.

    Сводка

    • Кинетическая теория — это атомарное описание газов, а также жидкостей и твердых тел.Он моделирует свойства материи с точки зрения непрерывного случайного движения молекул.
    • Закон идеального газа может быть выражен через массу молекул газа и средний квадрат скорости молекул, а не через температуру.
    • Температура газов пропорциональна средней поступательной кинетической энергии молекул. Следовательно, типичная скорость молекул газа пропорциональна квадратному корню из температуры и обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы.
    • В смеси газов каждый газ оказывает давление, равное общему давлению, умноженному на долю смеси, которую составляет газ.
    • Средняя длина свободного пробега (среднее расстояние между столкновениями) и среднее время свободного пробега молекул газа пропорциональны температуре и обратно пропорциональны молярной плотности и площади поперечного сечения молекул.

    Концептуальные вопросы

    Как импульс связан с давлением газа? Объясните на молекулярном уровне, учитывая поведение молекул.

    Если один вид молекул имеет двойной радиус другого и в восемь раз большую массу, как можно сравнить их средние длины свободного пробега при одинаковых условиях? Как сравнить их среднее свободное время?

    Длина свободного пробега обратно пропорциональна квадрату радиуса, поэтому она уменьшается в 4 раза. Среднее время свободного пробега пропорционально длине свободного пробега и обратно пропорционально среднеквадратичной скорости, которая, в свою очередь, обратно пропорциональна квадратный корень из массы.Это дает коэффициент в числителе, поэтому среднее свободное время уменьшается в

    раз.

    Какова средняя скорость молекул воздуха в комнате, где вы сейчас находитесь?

    Почему атмосферы Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, которые намного массивнее и дальше от Солнца, чем Земля, содержат большое количество водорода и гелия?

    Поскольку они более массивные, их сила тяжести сильнее, поэтому скорость убегания от них выше.Поскольку они дальше от Солнца, они холоднее, поэтому скорости атмосферных молекул, включая водород и гелий, ниже. Сочетание этих фактов означает, что относительно небольшое количество молекул водорода и гелия покинуло внешние планеты.

    Статистическая механика утверждает, что в газе, поддерживаемом при постоянной температуре посредством теплового контакта с более крупной системой («резервуаром») при этой температуре, колебания внутренней энергии обычно составляют часть внутренней энергии.Насколько велики колебания внутренней энергии в долях от общей внутренней энергии моля газа? Имеем ли мы право игнорировать их?

    Что более опасно: кладовая, где хранятся емкости с азотом, или та, где хранятся емкости с углекислым газом?

    Тот, в котором хранится азот, так как избыток вызывает чувство удушья, а избыток азота и недостаток кислорода — нет.

    Проблемы

    В задачах этого раздела предполагается, что все газы идеальны.

    Человек ударяет теннисным мячом массой 0,058 кг о стену. Средняя составляющая скорости мяча, перпендикулярная к стене, составляет 11 м / с, и мяч ударяется о стену в среднем каждые 2,1 с, отскакивая с противоположной перпендикулярной составляющей скорости. а) Какая средняя сила действует на стену? (б) Если часть стены, которую ударяет человек, имеет площадь, равную среднему давлению на эту площадь?

    Человек находится в закрытом помещении (площадке для ракетбола), где наугад без пауз бьет по мячу.Средняя кинетическая энергия мяча составляет 2,30 Дж. (A) Какое среднее значение имеет значение. Имеет значение, в каком направлении вы выбираете x ? б) Применяя методы этой главы, найдите среднее давление на стены? (c) Помимо присутствия только одной «молекулы» в этой задаче, какое основное допущение в отношении давления, температуры и среднеквадратичной скорости здесь не применяется?

    Пять велосипедистов едут со следующими скоростями: 5,4 м / с, 5,7 м / с, 5,8 м / с, 6,0 м / с и 6.5 м / с. а) Какова их средняя скорость? (б) Какова их среднеквадратичная скорость?

    Некоторые лампы накаливания заправлены аргоном. Что делать с атомами аргона вблизи нити, если их температура составляет 2500 К?

    Типичные молекулярные скорости велики даже при низких температурах. Что такое атомы гелия при 5,00 К, что менее чем на один градус выше температуры сжижения гелия?

    Какова средняя кинетическая энергия в джоулях атомов водорода на поверхности Солнца? (б) Какова средняя кинетическая энергия атомов гелия в области солнечной короны с температурой?

    Каково отношение средней поступательной кинетической энергии молекулы азота при температуре 300 K к гравитационной потенциальной энергии системы азот-молекула-Земля на потолке комнаты высотой 3 м относительно того же система с молекулой на полу?

    Какова полная поступательная кинетическая энергия молекул воздуха в помещении с объемом, если давление равно (комната находится на довольно большой высоте) и температура равна? Нет ли необходимости в каких-либо данных для решения?

    Произведение давления и объема пробы газообразного водорода при ат равно 80.0 J. (а) Сколько молей водорода присутствует? б) Какова средняя поступательная кинетическая энергия молекул водорода? (c) Каково значение произведения давления на объем при

    ?

    а. 0,0352 моль; б. c. 139 Дж

    Какое манометрическое давление в баллоне со сжатым азотом объемом 50 мм при среднеквадратичной скорости 514 м / с?

    Если среднеквадратичная скорость молекул кислорода внутри холодильника объемом 465 м / с, каково парциальное давление кислорода? Их 5.71 моль кислорода в холодильнике, а молярная масса кислорода составляет 32,0 г / моль.

    Космическая скорость любого объекта с Земли составляет 11,1 км / с. При какой температуре молекулы кислорода (молярная масса равна 32,0 г / моль) имели бы среднеквадратичную скорость, равную космической скорости Земли 11,1 км / с?

    Космическая скорость с Луны намного меньше, чем с Земли, всего 2,38 км / с. При какой температуре прошли бы молекулы водорода (молярная масса равна 2.016 г / моль) имеют среднеквадратичную скорость, равную космической скорости Луны?

    Ядерный синтез, источник энергии Солнца, водородных бомб и термоядерных реакторов, происходит гораздо легче, когда средняя кинетическая энергия атомов высока, то есть при высоких температурах. Предположим, вы хотите, чтобы атомы в вашем термоядерном эксперименте имели среднюю кинетическую энергию. Какая температура нужна?

    Предположим, что типичная скорость молекул углекислого газа (молярная масса 44.0 г / моль) в пламени составляет 1350 м / с. На какую температуру это указывает?

    (а) Молекулы водорода (молярная масса 2,016 г / моль) равна 193 м / с. Какая температура? (b) Большая часть газа около Солнца состоит из атомарного водорода (должна быть H, а не его температура, чтобы среднеквадратичная скорость равнялась скорости убегания от Солнца. Что это за скорость?

    а. 1,004; б. 764 К; c. Эта температура эквивалентна, что является высоким, но достижимым.Таким образом, этот процесс осуществим. Однако при этой температуре могут быть другие факторы, затрудняющие процесс. (В общем, обогащение урана с помощью газовой диффузии действительно сложно и требует множества проходов.)

    Парциальное давление углекислого газа в легких составляет около 470 Па, когда общее давление в легких составляет 1,0 атм. Какой процент молекул воздуха в легких составляет углекислый газ? Сравните свой результат с процентным содержанием углекислого газа в атмосфере, около 0.033%.

    Сухой воздух состоит примерно из мольных количеств других газов. Резервуар со сжатым сухим воздухом имеет объем 1,76 кубических футов при манометрическом давлении 2200 фунтов на квадратный дюйм и температуре 293 К. Сколько в молях кислорода содержится в нем?

    (a) Используя данные из предыдущей задачи, найдите массу азота, кислорода и аргона в 1 моль сухого воздуха. Молярная масса составляет 28,0 г / моль, масса — 32,0 г / моль и масса аргона — 39,9 г / моль.(b) Сухой воздух смешивается с пентаном (молярная масса 72,2 г / моль), важным компонентом бензина, в соотношении воздух-топливо 15: 1 по массе (примерно типично для автомобильных двигателей). Найдите парциальное давление пентана в этой смеси при общем давлении 1,00 атм.

    (a) Учитывая, что воздух является кислородом, найдите минимальное атмосферное давление, которое дает относительно безопасное парциальное давление кислорода 0,16 атм. (б) Какое минимальное давление дает парциальное давление кислорода выше быстро смертельного уровня 0.06 атм? (c) Давление воздуха на вершине Эвереста (8848 м) составляет 0,334 атм. Почему несколько человек поднялись на нее без кислорода, а некоторым, кто пытался, хотя они тренировались на большой высоте, пришлось повернуть назад?

    а. 0,76 атм; б. 0,29 атм; c. Давление там едва превышает смертельный уровень.

    (a) Если парциальное давление водяного пара составляет 8,05 торр, какова точка росы? б) В теплый день, когда температура воздуха и точка росы равны, каковы парциальное давление воды в воздухе и относительная влажность?

    Глоссарий

    Закон парциальных давлений Дальтона
    физический закон, который гласит, что полное давление газа является суммой парциальных давлений составляющих газов
    внутренняя энергия
    сумма механических энергий всех входящих в него молекул
    кинетическая теория газов
    теория, которая выводит макроскопические свойства газов на основании движения молекул, из которых они состоят.
    длина свободного пробега
    среднее расстояние между столкновениями частицы
    среднее свободное время
    Среднее время между столкновениями частицы
    парциальное давление
    давление, которое мог бы создать газ, если бы он занимал весь доступный объем
    Среднеквадратичная (СКЗ) скорость
    корень квадратный из среднего квадрата (количества)
    давление пара
    парциальное давление пара, при котором он находится в равновесии с жидкой (или твердой, в случае сублимации) фазой того же вещества

    Расчет скорости звука во влажном воздухе и атмосферное давление воздуха влажность влажный воздух плотность водяного пара воды атмосферное давление

    Расчет скорости звука во влажном воздухе и давление воздуха влажность влажный воздух плотность водяного пара воды атмосферное давление — sengpielaudio Sengpiel Berlin

    Расчет
    Скорость звука дюйм влажный воздух (
    Относительная влажность )

    Этот калькулятор предназначен для определения скорости звука во влажном или влажном воздухе (водяном паре) по Оуэну.
    Крамер, «JASA», 93, с.2510, 1993 », с давлением насыщенного пара, взятым у Ричарда С. Дэвиса,« Metrologia,
    29, стр. 67, 1992 «, и мольная доля диоксида углерода 0,0004.
    Калькулятор действителен в диапазоне температур от 0 до 30 ° C (от 273,15 до 303,15 K) и в диапазоне давления.
    От 75 до 102 кПа.
    В области между давлениями воздуха 95 и 104 кПа не наблюдается заметного изменения скорости звука c .
    Стандартное давление воздуха (атмосферное) 101325 Па = 101.325 кПа или 1013,25 гектопаскалей.

    Скорость звука в воздухе определяется самим воздухом и не зависит
    при амплитуде , частоте или длине волны звука . Для идеального
    газа скорость звука зависит только от его температуры и не зависит
    давления газа. Эта зависимость действительно хороша и для воздуха, в хорошем
    приближении и может рассматриваться как идеальный газ.
    Воздействие окружающей среды изменяет скорость звука и звукопоглощение
    в воздухе. Даже, казалось бы, небольшие процентные изменения могут вызвать серьезное прослушивание
    проблемы в закрытых акустических помещениях.

    Здесь все равно вводится давление воздуха, возможно, вам придется задействовать
    давление далеко от нормы. Не забывайте, это сайт для звукорежиссеров.

    Используемый браузер не поддерживает JavaScript.
    Вы увидите программу, но функция работать не будет.

    Примечание для музыкантов и техников (не для профессоров физики):
    Скорость звука четко меняется с температурой, немного с влажностью.
    — но не с давлением воздуха (атмосферное давление).
    Слова «звуковое давление на уровне моря» неверны и вводят в заблуждение в
    случай «скорости звука». Индикация температуры, однако, абсолютно
    необходимо.
    Изменение давления воздуха не меняет звучание мюзикла.
    инструменты в концертных залах или в комнатах. Изменение температуры делает это.

    Поскольку давление воздуха можно ввести в компьютер, нет
    противоречие. В диапазоне давления воздуха от 98 до 104 кПа практически нет
    возникают изменения скорости звука. В условиях давления воздуха, при которых
    скрипач или кларнетист чувствует себя хорошо, заметных изменений темпа игры нет.
    звук.

    Среднее давление воздуха на уровне моря составляет 101325 Па. Однако эта информация
    несущественно для скорости звука. Нам всегда требуется указание температуры.

    Ошибочное предположение, что скорость звука уменьшается.
    с высотой над уровнем моря, потому что плотность воздуха
    убывают с высотой. Изменение атмосферного давления
    не меняет скорость звука.
    Только более низкая температура (!) Позволяет снизить скорость
    звук на больших высотах.
    Скорость звука не имеет ничего общего с «уровнем моря» и
    звуковое давление и без воздуха среды нет скорости
    звука.
    В единицах СИ с сухим воздухом при 20 ° C (68 ° F) скорость звука c составляет 343 метра в секунду (м / с).
    Это также соответствует скорости 1235 км / ч, 767 миль / ч, 1125 футов в секунду (фут / с) или 666 узлов.

    767,3 миль в час (миль / ч), 12,79 миль в минуту (миль / мин), 0,2131 мили в секунду (миль / с).
    Это 0,343 километра в секунду (км / с) или 20,58 километра в минуту (км / мин).
    При температуре ϑ = 0C скорость звука в сухом воздухе определена равной c = 331,3 м / с. 0 ° C равняется 68 ° F.

    Нет смысла давать скорость звука, добавляя слова «стандартная атмосфера на уровне моря».
    Для получения скорости звука важна температура , а не барометрическое давление.

    Заявление: Статическое давление воздуха p_ и плотность воздуха ρ (плотность воздуха) пропорциональны при одном и том же
    температура. Отношение p_ / ρ всегда постоянно, на высокой горе или даже на высоте уровня моря.

    Скорость звука

    Это означает, что отношение p_ / ρ всегда постоянно на высокой горе, и
    даже на «уровне моря».Статическое атмосферное давление р _ и плотность
    воздух ρ всегда идут вместе. Соотношение остается постоянным.

    При расчете скорости звука забудьте об атмосферном давлении ,
    но посмотрите внимательно на очень важную температуру.
    Скорость звука изменяется с высотой только из-за
    изменение температуры там.

    Давление зависит от температуры и косвенно от высоты.

    Индекс адиабаты или отношение удельной теплоемкости κ (каппа) = c p / c V .
    κ = 1,67 для одноатомных молекул, 1,40 для двухатомных молекул и 1,33 для трехатомных молекул.

    Примечание: плотность воздуха ρ (rho) отличается от давления воздуха p 0 .

    Заявление: Скорость звука — температура имеет значение, а не давление воздуха

    Расчет: Скорость звука c в воздухе и важная температура

    Скорость звука называется Мах 1
    Мах обычно используется для обозначения скорости объекта, например самолета
    или ракета, когда она движется со скоростью звука или кратной ей.
    Скорость выше 1 Маха называется сверхзвуковой.
    Число Маха ниже 1 означает, что скорость потока ниже скорости звука — а скорость дозвуковая .
    Число Маха 1 означает, что скорость потока — это скорость звука, а скорость вокруг нее составляет околозвуковых .
    Число Маха выше 1 означает, что скорость потока выше скорости звука — а скорость сверхзвуковая .
    Более чем число Маха 5 называется гиперзвуковым . «Число Маха» — это безразмерное отношение.
    M <1: Дозвуковой поток
    M = 1: Звуковой поток
    M> 1: сверхзвуковой поток
    Число Маха M <0,3 0,3 M = 1 M ≈ 1 1 <М <5 5
    Имя Низкая дозвуковая Высокий дозвуковой Соник Transonic Сверхзвуковой Гиперзвуковой
    Примечание: скорость звука c не зависит от
    частота и амплитуда звуковой волны
    и давление воздуха.Но скорость звука
    зависит от температуры.

    Сверхзвуковая скорость абсолютно не связана с давлением воздуха — а с температурой!

    Плотность воздуха ρ также не имеет значения, потому что отношение давления воздуха p_ к плотности ρ , то есть p_ / ρ , всегда постоянно. Посмотрите на эту формулу:

    Скорость звука
    Зависимое от частоты затухание в воздухе (дБ) в
    Расстояние 30 м при различной влажности (в процентах)

    Постоянство уровня влажности очень важно,
    при записи.Идеальной влажности не бывает.

    Расчет плотности воздуха

    Сначала рассмотрим закон идеального газа:

    (1) p · V = n · R ·

    p = давление, паскали (умножьте mb на 100, чтобы получить паскали)
    V = объем в м 3
    n = количество молей
    R = удельная газовая постоянная
    T = температура K = ° C + 273.15

    Плотность D = ρ — количество молекул идеального газа в определенном объеме.
    В этом случае молярный объем, который можно математически выразить как:

    (2) D = ρ = n / V

    D = ρ = плотность в кг / м 3
    n = количество молекул
    V = объем в м 3

    Объединив предыдущие два уравнения, выражение для плотности D = ρ станет:

    (3)

    D = ρ = плотность в кг / м 3
    p = давление, паскали (умножьте мб на 100, чтобы получить паскали)
    R = удельная газовая постоянная = 287.058 Дж / (кг · K) для сухого воздуха
    T = температура K = ° C + 273,15

    В качестве примера, используя стандартные условия уровня моря P = 101325 Па и T = 15 ° C,
    плотность воздуха на уровне моря можно рассчитать как:

    D = ρ = 101325 / (287,058 × (15 + 273,15)) = 1,2250 кг / м 3

    Этот пример был получен для сухого воздуха при стандартных условиях.Для реальных ситуаций
    необходимо понимать, как влажность воздуха влияет на плотность.

    Плотность D = ρ смеси молекул сухого воздуха и молекул водяного пара может быть выражена как:

    (4)

    D = ρ = плотность в кг / м 3
    p d = давление сухого воздуха в паскалях
    p v = давление водяного пара в паскалях
    R d = удельная газовая постоянная для сухого воздуха = 287.05 Дж / (кг · К)
    R v = газовая постоянная для водяного пара 461,495 Дж / (кг · K)
    T = температура K = ° C + 273,15

    Для определения плотности воздуха необходимо знать фактическое давление воздуха, также
    известное как абсолютное давление, или давление станции, давление водяного пара и температура.

    В 1970 году ВМС США выбрали опорный уровень давления 0 дБ 1 мкПа для их
    подводная работа для получения звука в воде.
    Примерно одинаковый уровень детализации для воздуха и воды на соответствующих
    эталонное давление по уровню отличается примерно на 62 дБ.
    Таким образом, отведите от воды уровень звука около 62 дБ для сравнения с
    звуковой уровень воздуха.

    Скорость звука в воде составляет примерно 1500 м / с. Возможны изменения
    в температуре океана, наблюдая за происходящим изменением скорости звука на больших расстояниях.
    Скорость звука в океане примерно равна:

    c = 1449,2 + 4,6 × T — 0,055 × T 2 + 0,00029 × T 3 + (1,34 — 0,01 × T ) · ( с — 35) + 0,0163 × z
    T = температура в градусах Цельсия
    с = соленость в частях на тысячу
    z = глубина в метрах

    Таблица (график): Воздействие температуры
    Плотность воздуха, скорость звука, характеристика акустическая
    сопротивление и зависимость температуры воздуха

    Температура
    воздуха ϑ в ° C
    Скорость звука
    c м / с
    Время на 1 м
    Δ t в мс / м
    Плотность воздуха
    ρ в кг / м 3
    Импеданс
    воздуха Z 0 дюйм Н · с / м 3
    +40 354.94 2,817 1,1272 400,0
    +35 351,96 2,840 1,1455 403,2
    +30 349,08 2,864 1,1644 406,5
    +25 346,18 2,888 1,1839 409,4
    +20 343.26 2,912 1,2041 413,3
    +15 340,31 2,937 1,2250 416,9
    +10 337,33 2,963 1,2466 420,5
    +5 334,33 2,990 1,2690 424,3
    0 331.30 3,017 1,2920 428,0
    −5 328,24 3,044 1,3163 432,1
    −10 325,16 3,073 1,3413 436,1
    −15 322,04 3,103 1,3673 440,3
    −20 318.89 3,134 1,3943 444,6
    −25 315,72 3,165 1.4224 449,1

    ϑ = Температура, c = Скорость звука, ρ = Плотность воздуха, Z 0 = ρ × c = Удельное акустическое сопротивление воздуха
    Звуковое давление p = √ ( I × Z 0 ) и Интенсивность звука I = p ² / Z 0 ρ = 101325 / (287.058 × (273,15 + ϑ ))
    Стандартное давление воздуха p 0 = 101325 Па, Удельная газовая постоянная R = 287,058 Дж / кг × К.

    Примечание: Давление воздуха p и плотность воздуха ρ не совпадают.
    В газах чем выше скорость звука, тем выше будет высота звука при пении.

    Только из-за понижающейся температуры воздуха, которая уменьшается с высотой, скорость звука уменьшается.

    Иногда ошибочно принимают, что давление и плотность воздуха одинаковы.
    Скорость звука c не является скоростью частицы v .
    Скорость звука v лучше называть скоростью частиц v .
    Скорость звука c лучше называть скоростью звука c .

    Расчет и преобразование: температура и скорость звука

    Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение.
    Калькулятор работает в обоих направлениях знака .

    Звуковые и электромагнитные волны разные. Звуковые волны нуждаются в
    среда для перемещения, а электромагнитные волны — нет. Свойства
    звуковой волны зависят от свойств среды, через которую она проходит.

    Скорость звука в воде

    Скорость звука в воде составляет около 1480 м / с.Можно измерить изменения температуры океана
    путем определения скорости звука на больших расстояниях. Скорость звука в океанской воде составляет около:

    , где T — температура в градусах Цельсия (C), S — соленость в psu и D — глубина в метрах.

    Изменение скорости звука при изменении высоты

    Стандартная таблица: Скорость звука на разных высотах
    Скорость звука не постоянна, а фактически зависит от температуры
    на этой высоте.
    Утверждение, что скорость звука связана с высотой над землей, есть
    не верно.
    Скорость звука меняется только с температурой.
    Конечно, там просто очень холодно.

    Изменение давления воздуха, связанное с изменением высоты

    Вопрос: Как изменится давление воздуха, если высота изменится на 1 метр?

    Гидростатическое давление рассчитывается согласно Блейзу Паскалю:

    Этот закон также применяется для столба воздуха.
    Высота ч = 1 м
    Стандартное ускорение свободного падения g = 9,80665 м / с 2
    Плотность воздуха при 20 ° C составляет ρ 20 = 1,204 кг / м 3

    Высота 1 м изменяет давление воздуха при постоянной температуре 20 ° C на
    p = ρ 20 г h = 1,204 кг / м 3 × 9,80665 м / с 2 × 1 м = 11.8 Па (Н / м²)

    Практическое правило: на уровне земли давление воздуха уменьшается на 1 гПа = 100 Па
    при изменении высоты ч = 8,5 метра.

    Но температура имеет тенденцию к снижению с высотой.

    Конвертер: Фаренгейт в Цельсий и Цельсий в Фаренгейт

    Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение.
    Калькулятор работает в обоих направлениях знака .

    [к началу страницы]

    Зависимость между падением давления и расходом в трубопроводе

    Изменение давления из-за потери напора

    Поскольку потеря напора представляет собой уменьшение общей энергии жидкости, она представляет собой снижение способности жидкости выполнять работу. Потеря напора не снижает скорость жидкости (рассмотрим трубу постоянного диаметра с постоянным массовым расходом) и не будет влиять на высоту напора жидкости (рассмотрим горизонтальную трубу без изменения высоты от входа к выходу).2} {2g}}

    где:

    • H L = потеря напора (футы)
    • f = коэффициент трения Дарси (безразмерный)
    • L = длина трубы (футы)
    • D = внутренний диаметр трубы (футы)
    • v = скорость жидкости (фут / сек)
    • g = гравитационная постоянная (32,2 фут / сек 2 )

    Коэффициент трения Дарси, f, учитывает шероховатость трубы, диаметр, вязкость жидкости, плотность и скорость сначала рассчитав число Рейнольдса и относительную шероховатость.5} \ bigg)}

    где:

    • Q = расход (галлонов в минуту)
    • d = диаметр трубы (дюймы)

    На приведенном ниже графике показано результирующее падение давления для воды при 60 F в диапазоне скоростей потока для 100 футовая труба для труб диаметром 4 и 6 дюймов сортамент 40.

    Сводка

    Чтобы определить полное изменение статического давления жидкости при ее движении по трубопроводу, все три компонента уравнения Бернулли необходимо рассматривать по отдельности и складывать вместе.Изменение высоты может вызвать снижение давления, изменение скорости может привести к его увеличению, а потеря напора может вызвать его уменьшение. Чистый эффект будет зависеть от относительной величины каждого изменения.

    Возможно, что статическое давление жидкости на самом деле увеличивается от входа к выходу, если изменение высоты или скорости приводит к увеличению давления больше, чем уменьшение, возникающее из-за потери напора.

    Старая поговорка о том, что «жидкость всегда течет от высокого давления к низкому», не совсем точна.Более точный способ сформулировать это так: «жидкость всегда течет из области с более высокой полной энергией в область с более низкой полной энергией».

    Справка по тесту

    : Поток жидкости | EZ-pdh.com

    Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы — откройте окно поиска (ctrl + f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материалах курса

    Введение

    Поток жидкости — важная часть большинства промышленных процессов; особенно те, которые связаны с передачей тепла.Часто, когда требуется отвести тепло из точки, в которой оно генерируется, в процессе теплопередачи участвует какой-либо тип жидкости. Примерами этого являются охлаждающая вода, циркулирующая через бензиновый или дизельный двигатель, поток воздуха, проходящий через обмотки двигателя, и поток воды через активную зону ядерного реактора. Системы подачи жидкости также обычно используются для смазки.

    Течение жидкости в ядерной области может быть сложным и не всегда подлежит строгому математическому анализу.В отличие от твердых тел, частицы жидкости движутся по трубопроводу и компонентам с разной скоростью и часто подвергаются разным ускорениям.

    Несмотря на то, что подробный анализ потока жидкости может быть чрезвычайно трудным, основные концепции, связанные с проблемами потока жидкости, довольно просты. Эти базовые концепции могут быть применены при решении проблем потока текучей среды путем использования упрощающих допущений и средних значений, где это необходимо. Несмотря на то, что такого типа анализа будет недостаточно при инженерном проектировании систем, он очень полезен для понимания работы систем и прогнозирования приблизительного отклика жидкостных систем на изменения рабочих параметров.

    Основные принципы потока жидкости включают три концепции или принципа; первые два из которых студент изучал в предыдущих руководствах. Первый — это принцип количества движения (приводящий к уравнениям сил жидкости), который был рассмотрен в руководстве по классической физике. Второй — это сохранение энергии (ведущее к первому закону термодинамики), которое изучается в термодинамике. Третий — это сохранение массы (приводящее к уравнению неразрывности), которое будет объяснено в этом модуле.

    Свойства жидкостей

    Жидкость — это любое вещество, которое течет, потому что его частицы не прикреплены друг к другу жестко. Сюда входят жидкости, газы и даже некоторые материалы, которые обычно считаются твердыми, например стекло. По сути, жидкости — это материалы, не имеющие повторяющейся кристаллической структуры.

    Некоторые свойства жидкостей обсуждались в разделе «Термодинамика» этого текста. К ним относятся температура, давление, масса, удельный объем и плотность. Температура была определена как относительная мера того, насколько горячий или холодный материал. Его можно использовать для прогнозирования направления передачи тепла. Давление определялось как сила на единицу площади. Обычные единицы измерения давления — фунты силы на квадратный дюйм (psi). Масса определялась как количество вещества, содержащегося в теле, и ее следует отличать от веса, который измеряется силой тяжести на теле. Удельный объем вещества — это объем на единицу массы вещества.Типичные единицы — футы 3 / фунт. Плотность — это масса вещества на единицу объема. Типичные единицы — фунт / фут 3 . Плотность и удельный объем противоположны друг другу. И плотность, и удельный объем зависят от температуры и в некоторой степени от давления жидкости. По мере увеличения температуры жидкости плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается. Поскольку жидкости считаются несжимаемыми, увеличение давления не приведет к изменению плотности или удельного объема жидкости.На самом деле жидкости можно слегка сжимать при высоких давлениях, что приводит к небольшому увеличению плотности и небольшому уменьшению удельного объема жидкости.

    Плавучесть

    Плавучесть определяется как тенденция тела плавать или подниматься при погружении в жидкость. У всех нас было множество возможностей наблюдать плавучие эффекты жидкости. Когда мы идем плавать, наши тела почти полностью поддерживаются водой. Дерево, лед и пробка плавают на воде.Когда мы поднимаем камень с русла ручья, он внезапно кажется тяжелее, выходя из воды. Лодки полагаются на эту плавучую силу, чтобы оставаться на плаву. Величина этого плавучего эффекта была впервые рассчитана и указана греческим философом Архимедом. Когда тело помещается в жидкость, оно поддерживается силой, равной весу вытесняемой им воды.

    Если тело весит больше, чем жидкость, которую оно вытесняет, оно тонет, но будет казаться, что теряет количество, равное весу вытесненной жидкости, как наша скала.Если тело весит меньше, чем вес вытесненной жидкости, тело поднимется на поверхность, в конечном итоге, плавая на такой глубине, что вытеснит объем жидкости, вес которого будет равен его собственному весу. Плавучее тело вытесняет под собственным весом жидкость, в которой оно плавает.

    Сжимаемость

    Сжимаемость — это мера изменения объема, которому подвергается вещество, когда на вещество оказывается давление. Жидкости обычно считаются несжимаемыми.Например, давление 16 400 фунтов на квадратный дюйм приведет к уменьшению данного объема воды только на 5% от его объема при атмосферном давлении. С другой стороны, газы очень сжимаются. Объем газа можно легко изменить, оказав на газ внешнее давление.

    Взаимосвязь между глубиной и давлением

    Любой, кто ныряет под поверхность воды, замечает, что давление на его барабанные перепонки даже на глубине несколько футов заметно больше атмосферного давления.Тщательные измерения показывают, что давление жидкости прямо пропорционально глубине, и для данной глубины жидкость оказывает одинаковое давление во всех направлениях.

    Рисунок 1: Давление в зависимости от глубины

    Как показано на рисунке 1, давление на разных уровнях в резервуаре меняется, и это заставляет жидкость покидать резервуар с разными скоростями. Давление определялось как сила на единицу площади. В случае этого резервуара сила возникает из-за веса воды над точкой, в которой определяется давление.

    Давление = Сила / Площадь

    = Вес / Площадь

    P = (мг) / (A g c )

    = (ρ V g) / (A g c )

    Где:

    m = масса в фунтах

    g = ускорение свободного падения 32,17 фут / сек 2

    g c = 32 фунт-фут / фунт-сила-сек 2

    A = площадь в футах 2

    V = объем в футах 3

    ρ = плотность жидкости в фунт / фут 3

    Объем равен площади поперечного сечения, умноженной на высоту (h) жидкости.Подставляя это в приведенное выше уравнение, получаем:

    P = (ρ A hg) / (A g c )

    P = (ρ hg) / (g c )

    Это уравнение говорит нам, что давление оказываемое водяным столбом прямо пропорционально высоте столба и плотности воды и не зависит от площади поперечного сечения столба. Давление на тридцать футов ниже поверхности стояка диаметром в один дюйм такое же, как давление на тридцать футов ниже поверхности большого озера.

    Пример 1:

    Если резервуар на Рисунке 1 заполнен водой с плотностью 62,4 фунта / фут3, рассчитайте давление на глубинах 10, 20 и 30 футов.

    Решение:

    P = (ρhg) / g c

    P 10 футов = (62,4 фунт / фут 3 ) (1o ft) (32,17 фут / с 2 / (32,17 фунт / м) фут / фунт-сила / дюйм 2 )

    = 624 фунт-сила / фут 2 (1 фут 2 /144 дюйм 2 )

    = 4,33 фунт-силы / дюйм 2

    P 20 = ( 624 фунт / фут 3 ) (20 футов) (32.17 футов / с 2 / (32,17 фунт-фут / фунт-сила-с 2 )

    = 1248 фунт-сила / фут 2 (1 фут 2 /144 дюйма 2 )

    = 8,67 фунт-сил / дюйм

    P 30 футов = (62,4 фунт / фут3) (30 футов) (32,17 фут / сек 2 / 32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

    = 1872 фунт-сила / фут 2 (1 футов 2 /144 дюймов 2 )

    = 13,00 фунт-сил / дюйм 2

    Пример 2:

    Цилиндрический резервуар для воды высотой 40 футов и диаметром 20 футов заполнен водой с плотностью из 61.9 фунт / фут 3 .

    (а) Какое давление воды на дне резервуара?

    (b) Какая средняя сила действует на дно?

    Раствор:

    (a) P = (phg) / g c

    P = (61,9 фунт / фут 3 ) (40 футов) (32,17 фут / сек 2 / 32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

    = 2476 фунт-сила / фут 2 (1 фут 2 /144 дюйм 2 )

    = 17,2 фунт-силы / дюйм 2

    (b) Давление = сила / площадь

    Сила = (Давление) (Площадь)

    Площадь = πr 2

    F = (17.2 фунта-силы / дюйм 2 ) π (10 футов) 2 (144 дюйма 2 /1 фут 2 )

    = 7,78 x 10 5 фунтов-силы

    Закон Паскаля

    Давление жидкостей в каждом из вышеупомянутых случаев было связано с весом жидкости. Давление жидкости также может быть результатом приложения внешних сил к жидкости. Рассмотрим следующие примеры. На рис. 2 представлен контейнер, полностью заполненный жидкостью. A, B, C, D и E представляют собой поршни одинаковой площади поперечного сечения, вставленные в стенки резервуара.На поршни C, D и E будут действовать силы из-за давления, вызванного разной глубиной жидкости. Предположим, что силы, действующие на поршни из-за давления, вызванного весом жидкости, следующие: A = 0 фунт-сила, B = 0 фунт-сила, C = 10 фунтов-сил, D = 30 фунтов-сил и E = 25 фунтов-сил. Теперь позвольте приложить к поршню А внешнюю силу в 50 фунтов силы. Эта внешняя сила вызовет повышение давления во всех точках контейнера на ту же величину. Поскольку все поршни имеют одинаковую площадь поперечного сечения, увеличение давления приведет к тому, что силы, действующие на поршни, увеличатся на 50 фунтов силы.Таким образом, если к поршню A приложена внешняя сила в 50 фунтов-силы, сила, оказываемая жидкостью на другие поршни, теперь будет следующей: B = 50 фунтов-силы, C = 60 фунтов-силы, D = 80 фунтов-силы и E = 75 фунтов-силы. . »

    Этот эффект внешней силы на замкнутый флюид был впервые заявлен Паскалем в 1653 году.

    Давление, приложенное к замкнутому флюиду, передается в неизменном виде по замкнутому сосуду системы
    .

    Рисунок 2: Закон Паскаля

    Контрольный объем

    В термодинамике контрольный объем был определен как фиксированная область в пространстве, где изучаются массы и энергии, пересекающие границы области.Эта концепция контрольного объема также очень полезна при анализе проблем потока жидкости. Граница контрольного объема для потока жидкости обычно принимается за физическую границу той части, через которую протекает поток. Концепция контрольного объема используется в приложениях гидродинамики с использованием принципов непрерывности, импульса и энергии, упомянутых в начале этой главы. После того, как контрольный объем и его граница установлены, различные формы энергии, пересекающие границу с жидкостью, могут быть рассмотрены в форме уравнения для решения проблемы жидкости.Поскольку в задачах потока жидкости обычно рассматривается жидкость, пересекающая границы контрольного объема, подход контрольного объема упоминается как «открытый» системный анализ, аналогичный концепциям, изучаемым в термодинамике. В ядерной области есть особые случаи, когда жидкость не пересекает контрольную границу. Подобные случаи изучаются с использованием «закрытого» системного подхода.

    Независимо от природы потока, все ситуации с потоком подчиняются установленным основным законам природы, которые инженеры выразили в форме уравнений.Сохранение массы и сохранение энергии всегда выполняются в задачах с жидкостью, наряду с законами движения Ньютона. Кроме того, каждая задача будет иметь физические ограничения, называемые математически граничными условиями, которые должны быть удовлетворены, прежде чем решение проблемы будет согласовано с физическими результатами.

    Объемный расход

    Объемный расход расход расход (V˙) системы — это мера объема жидкости, проходящей через точку в системе за единицу времени.Объемный расход можно рассчитать как произведение площади поперечного сечения (A) для потока и средней скорости потока (v).

    V˙ = A v (3-1)

    Если площадь измеряется в квадратных футах, а скорость — в футах в секунду, уравнение 3-1 дает объемный расход, измеряемый в кубических футах в секунду. Другие распространенные единицы для объемного расхода включают галлоны в минуту, кубические сантиметры в секунду, литры в минуту и ​​галлоны в час.

    Пример:

    Труба с внутренним диаметром 4 дюйма содержит воду, которая течет со средней скоростью 14 футов в секунду.Рассчитайте объемный расход воды в трубе.

    Решение:

    Используйте уравнение 3-1 и замените площадь.

    V˙ = (π r 2) v

    V˙ = (3,14) (2/12 фута) 2 (14 футов / сек)

    V˙ = 1,22 фута 3 / сек

    Масса Расход

    Массовый расход (м²) системы — это мера массы жидкости, проходящей через точку в системе за единицу времени. Массовый расход связан с объемным расходом, как показано в уравнении 3-2, где ρ — плотность жидкости.

    м˙ = ρV˙ (3-2)

    Если объемный расход выражен в кубических футах в секунду, а плотность выражена в фунтах массы на кубический фут, уравнение 3-2 приводит к массовому расходу, измеренному в фунтах: масса в секунду. Другие распространенные единицы измерения массового расхода включают килограммы в секунду и фунты массы в час.

    Замена V˙ в уравнении 3-2 соответствующими членами из уравнения 3-1 позволяет напрямую рассчитать массовый расход.

    м˙ = ρ A v (3-3)

    Пример:

    Вода в трубе из предыдущего примера имела плотность 62.44 фунт / фут3. Рассчитайте массовый расход.

    Решение:

    м˙ = ρ V˙

    м˙ = (62,44 фунт / фут 3 ) (1,22 фута 3 / сек)

    м˙ = 76,2 фунт / мс

    Сохранение массы

    В термодинамике вы узнали, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только изменена по форме. То же самое и с массой. Сохранение массы — это инженерный принцип, который гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения массы в контрольном объеме.Этот принцип математически выражается уравнением 3-4.

    м˙

    дюйм = м˙ выход + ∆m / ∆t (3-4)

    где:

    ∆m / ∆t = увеличение или уменьшение массы в пределах контрольного объема за ( указанный период времени)

    Устойчивый поток

    Устойчивый поток относится к состоянию, при котором свойства жидкости в любой отдельной точке системы не меняются с течением времени. Эти свойства жидкости включают температуру, давление и скорость.Одним из наиболее важных свойств, которое является постоянным в системе с установившимся потоком, является массовый расход системы. Это означает, что в каком-либо компоненте системы не происходит накопления массы.

    Уравнение неразрывности

    Уравнение неразрывности — это просто математическое выражение принципа сохранения массы. Для контрольного объема с одним входом и одним выходом принцип сохранения массы гласит, что для установившегося потока массовый расход в объеме должен равняться массовому расходу на выходе.Уравнение неразрывности для этой ситуации выражается уравнением 3-5.

    м˙

    вход = м˙ выход (3-5)

    (ρAv) вход = (ρAv) выход

    Для контрольного объема с несколькими входами и выходами принцип сохранения масса требует, чтобы сумма массовых расходов в контрольном объеме была равна сумме массовых расходов из контрольного объема. Уравнение неразрывности для этой более общей ситуации выражается уравнением 3-6.

    ∑ м˙

    входов = м˙ выходов (3-6)

    Одним из простейших приложений уравнения неразрывности является определение изменения скорости жидкости
    из-за расширения или сжатия диаметра трубка.

    Пример: уравнение непрерывности — расширение трубопровода

    Установившийся поток существует в трубе, которая постепенно расширяется с диаметра 6 дюймов до диаметра 8 дюймов. Плотность жидкости в трубе постоянна и равна 60 .8 фунт / фут3. Если скорость потока составляет 22,4 фута / сек в секции 6 дюймов, какова скорость потока в секции 8 дюймов?

    Решение:

    Из уравнения неразрывности мы знаем, что массовый расход в секции 6 дюймов должен равняться массовому расходу в секции 8 дюймов. Пусть нижний индекс 1 представляет 6-дюймовую секцию, а 2 — 8-дюймовую секцию, мы получаем следующее.

    1 = m˙ 2

    ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2

    v 2 = v 1/ ρ 2 ) (A 1 / A 2 )

    v 2 = v 1 / r 1 2 ) (π / r 2 2 )

    v 2 = (22.4 фута / сек) [(3 дюйма) 2 / (4 дюйма) 2 ]

    v 2 = 12,6 фута / сек

    Таким образом, используя уравнение неразрывности, мы увеличиваем диаметр трубы от От 6 до 8 дюймов скорость потока снизилась с 22,4 до 12,6 футов / сек.

    Уравнение неразрывности также может использоваться, чтобы показать, что уменьшение диаметра трубы приведет к увеличению скорости потока.

    Пример: уравнение непрерывности — центробежный насос Рисунок 3: Уравнение непрерывности

    Входной диаметр насоса охлаждающей жидкости реактора, показанный на рисунке 3, составляет 28 дюймов.в то время как поток на выходе через насос составляет 9200 фунт / м3 / сек. Плотность воды составляет 49 фунт / фут3. Какая скорость на входе в насос?

    Решение:

    Вход = πr 2 = (3,13) (14 дюймов ((1 фут / 12 дюймов)) 2

    = 4,28 фута 2

    м˙ вход = м ˙ на выходе = 9200 фунтов / с

    (ρAv) на входе = 9200 фунтов / с

    на на входе = 9200 фунтов / с / Aρ

    = (9200 фунтов / с) / [(4.28 футов 2) (49 фунт / фут 3 )]

    v на входе = 43,9 футов / сек

    Приведенный выше пример показывает, что скорость потока в систему такая же, как и вне системы. Та же самая концепция верна, даже если более одного пути потока могут входить или выходить из системы одновременно. Баланс массы просто настраивается так, чтобы указать, что сумма всех потоков, входящих в систему, равна сумме всех потоков, покидающих систему, если существуют стационарные условия. Пример этого физического случая включен в следующий пример.

    Пример: уравнение непрерывности — несколько выходов Рисунок 4: Y-образная конфигурация для примера задачи

    Трубопроводная система имеет Y-образную конфигурацию для разделения потока, как показано на рисунке 4. Диаметр входного патрубка составляет 12 дюймов, а диаметры выпускных ветвей составляют 8 и 10 дюймов. Скорость в 10-дюймовых ветвях составляет 10 футов / сек. Поток через основную часть составляет 500 фунтов / м3. Плотность воды 62,4 фунта / фут3. Какова скорость на участке трубы диаметром 8 дюймов?

    Решение:

    A 8 = π [4 дюйм.(1 фут / 12 дюймов)] 2

    = 0,349 фута 2

    A 10 = π [5 дюймов (1 фут / 12 дюймов)] 2

    = 0,545 фута 2

    Σm˙ входов = Σm˙ выходов

    м˙ 12 = m˙ 10 + m˙ 8

    м˙ 8 = m˙ 12 10 — m˙

    (ρAv) 8 = м˙ 12 — (ρAv) 10

    v 8 = (m˙ 12 — (ρAv) 10 ) / (ρA) 8

    = [(500 фунт / с) — (62.4 фунта / фут3) (0,545 фут2) (10 фут / сек)] / (62,4 фунта / фут3) (0,349 фут 2 )

    v 8 = 7,3 фут / сек

    Основные положения данной главы кратко изложены на следующей странице.

    • Изменения плотности жидкости обратно пропорциональны изменениям температуры.
    • Плавучесть — это тенденция тела плавать или подниматься при погружении в жидкость.
    • Давление , оказываемое водяным столбом, прямо пропорционально высоте столба и плотности воды.

    P = ρ h г / г c

    • Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное к замкнутой жидкости, передается в неизменном виде по замкнутому резервуару системы.
    • Объемный расход — это объем жидкости в единицу времени, проходящий через точку в жидкостной системе.
    • Массовый расход — это масса жидкости, проходящей в единицу времени через точку в жидкостной системе.
    • Объемный расход рассчитывается как произведение средней скорости жидкости и площади поперечного сечения потока.

    V˙ = A v

    • Массовый расход рассчитывается как произведение объемного расхода и плотности жидкости.

    m˙ = ρ A v

    • Принцип сохранения массы гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения масса в контрольном объеме.
    • Для контрольного объема с одним входом и выходом уравнение неразрывности можно выразить следующим образом:

    м˙ на входе = м˙ на выходе

    • Для контрольного объема с несколькими входами и выходов уравнение непрерывности:

    m входов = m выходов

    Режимы потока

    Весь поток жидкости классифицируется по одной из двух широких категорий или режимов.Эти два режима потока — ламинарный поток и турбулентный поток. Режим потока, будь то ламинарный или турбулентный, важен при проектировании и работе любой жидкостной системы. Величина гидравлического трения, которая определяет количество энергии, требуемой для поддержания желаемого потока, зависит от режима потока. Это также является важным соображением в некоторых приложениях, связанных с передачей тепла жидкости.

    Ламинарный поток

    Ламинарный поток также называют обтекаемым или вязким потоком.Эти термины описывают поток, потому что в ламинарном потоке (1) слои воды текут друг над другом с разными скоростями практически без перемешивания между слоями, (2) частицы жидкости движутся по определенным и наблюдаемым траекториям или линиям тока и (3) ) течение характерно для вязкой (густой) жидкости или является потоком, в котором вязкость жидкости играет значительную роль.

    Турбулентный поток

    Турбулентный поток характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Нет определенной частоты, как в волновом движении.Частицы движутся по неправильной траектории, без видимого рисунка и определенных слоев.

    Профили скорости потока

    Не все частицы жидкости движутся по трубе с одинаковой скоростью. Форма кривой скорости (профиль скорости на любом заданном участке трубы) зависит от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Если поток в трубе ламинарный, распределение скорости в поперечном сечении будет параболическим по форме с максимальной скоростью в центре, примерно вдвое превышающей среднюю скорость в трубе.В турбулентном потоке существует довольно равномерное распределение скорости по сечению трубы, в результате чего вся жидкость течет с заданным единственным значением. Рисунок 5 помогает проиллюстрировать изложенные выше идеи. Скорость жидкости, контактирующей со стенкой трубы, по существу равна нулю и увеличивается по мере удаления от стенки.

    Рисунок 5: Профили скорости ламинарного и турбулентного потока

    Обратите внимание на рисунок 5, что профиль скорости зависит от состояния поверхности стенки трубы. Более гладкая стенка дает более равномерный профиль скорости, чем грубая стенка трубы.

    Средняя (объемная) скорость

    Во многих задачах потока жидкости вместо определения точных скоростей в разных местах в одном и том же поперечном сечении потока достаточно позволить единой средней скорости представлять скорость всей жидкости в этой точке в трубе. Это довольно просто для турбулентного потока, поскольку профиль скорости плоский по большей части поперечного сечения трубы. Разумно предположить, что средняя скорость такая же, как скорость в центре трубы.

    Если режим потока ламинарный (профиль скорости параболический), все еще существует проблема попытки представить «среднюю» скорость в любом заданном поперечном сечении, поскольку среднее значение используется в уравнениях потока жидкости. Технически это делается с помощью интегрального исчисления. На практике ученик должен использовать среднее значение, равное половине значения средней линии.

    Вязкость

    Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации под действием силы сдвига.Вязкость — это внутреннее трение жидкости, которое заставляет ее сопротивляться прохождению мимо твердой поверхности или других слоев жидкости. Вязкость также можно рассматривать как меру сопротивления жидкости течению. Густое масло имеет высокую вязкость; вода имеет низкую вязкость. Единица измерения абсолютной вязкости:

    µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек / фут2).

    Вязкость жидкости обычно существенно зависит от температуры жидкости и относительно не зависит от давления.Для большинства жидкостей, когда температура жидкости увеличивается, вязкость жидкости уменьшается. Пример этого можно увидеть в смазочном масле двигателей. Когда двигатель и его смазочное масло холодные, масло очень вязкое или густое. После запуска двигателя и повышения температуры смазочного масла вязкость масла значительно уменьшается, и масло кажется намного более жидким.

    Идеальная жидкость

    Идеальная жидкость — это несжимаемая жидкость без вязкости.Идеальных жидкостей на самом деле не существует, но иногда полезно рассмотреть, что могло бы случиться с идеальной жидкостью в конкретной задаче потока жидкости, чтобы упростить задачу.

    Число Рейнольдса

    Режим потока (ламинарный или турбулентный) определяется путем оценки числа Рейнольдса потока (см. Рисунок 5). Число Рейнольдса, основанное на исследованиях Осборна Рейнольдса, представляет собой безразмерное число, состоящее из физических характеристик потока. Уравнение 3-7 используется для расчета числа Рейнольдса (N R ) для потока жидкости.

    N

    R = PvD / мкг c (3-7)

    где:

    N R = число Рейнольдса (без единицы измерения)

    v = средняя скорость (фут / сек)

    D = диаметр длины трубы (футы)

    µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек / фут2)

    ρ = массовая плотность жидкости (фунт / фут3)

    г c = гравитационная постоянная (32,2 фут-фунт-сила / фунт-сила-сек2) )

    Для практических целей, если число Рейнольдса меньше 2000, поток является ламинарным.Если оно больше 3500, поток турбулентный. Потоки с числами Рейнольдса от 2000 до 3500 иногда называют переходными. Большинство жидкостных систем на ядерных установках работают с турбулентным потоком. Число Рейнольдса можно удобно определить с помощью диаграммы Moody Chart; пример которого приведен в Приложении B. Дополнительные сведения об использовании Moody Chart представлены в следующем тексте.

    Основные положения данной главы кратко изложены ниже.

    • Ламинарный поток Слои воды текут друг над другом с разной скоростью, практически без перемешивания между слоями.Профиль скорости потока для ламинарного потока в круглых трубах имеет параболическую форму, с максимальным потоком в центре трубы и минимальным потоком на стенках трубы. Средняя скорость потока составляет примерно половину максимальной скорости.

    • Турбулентный поток Поток характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Профиль скорости потока для турбулентного потока довольно плоский в центральной части трубы и быстро падает очень близко к стенкам.Средняя скорость потока примерно равна скорости в центре трубы.

    • Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации под действием силы сдвига. Для большинства жидкостей температура и вязкость обратно пропорциональны.

    • Идеальная жидкость — это несжимаемая жидкость без вязкости.

    • Увеличение числа Рейнольдса указывает на усиление турбулентности потока.

    Общее уравнение энергии

    Принцип сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена.Это эквивалентно Первому закону термодинамики, который был использован для разработки общего уравнения энергии в модуле по термодинамике. Уравнение 3-8 представляет собой формулировку общего уравнения энергии для открытой системы.

    Q + (U + PE + KE + PV) в =

    W + (U + PE + KE + PV)

    из + (U + PE + KE + PV) в памяти (3-8 )

    где:

    Q = тепло (британские тепловые единицы)

    U = внутренняя энергия (британские тепловые единицы)

    PE = потенциальная энергия (фут-фунт-сила)

    KE = кинетическая энергия (фут-фунт-сила)

    P = давление ( фунт-сила / фут 2 )

    V = объем (фут 3 )

    W = работа (фут-фунт-сила)

    Упрощенное уравнение Бернулли

    Уравнение Бернулли является результатом применения общего уравнения энергии и первого закона термодинамики к системе с установившимся потоком, в которой никакая работа не выполняется с жидкостью или ею, тепло не передается к или от жидкости, и не происходит никаких изменений во внутренней энергии (т.е.е., без изменения температуры) жидкости. В этих условиях общее уравнение энергии упрощается до уравнения 3-9.

    (PE + KE + PV)

    1 = (PE + KE + PV) 2 (3-9)

    Подставив соответствующие выражения для потенциальной энергии и кинетической энергии, уравнение 3-9 можно переписать как Equation 3-10.

    mgz

    1/ g c + mv 1 2/ 2g c + P 1 V 1 = mgz 2/908 c mv 2 2/ 2g c + P 2 V 2 (3-10)

    где:

    m = масса (фунт-метр)

    z = высота над ссылка (фут)

    v = средняя скорость (фут / сек)

    g = ускорение свободного падения (32.17 фут / сек 2 )

    gc = гравитационная постоянная, (32,17 фут-фунт / фунт-сила-сек 2 )

    Примечание: коэффициент g c требуется только при использовании английской системы измерения и Масса измеряется в фунтах массы. По сути, это коэффициент преобразования, необходимый для непосредственного вывода единиц измерения. Никакой коэффициент не требуется, если масса измеряется в пробках или если используется метрическая система измерения.

    Каждый член в уравнении 3-10 представляет форму энергии, которой обладает движущаяся жидкость (потенциальная, кинетическая энергия и энергия, связанная с давлением).По сути, уравнение физически представляет собой баланс энергий KE, PE, PV, так что если одна форма энергии увеличивается, одна или несколько других уменьшаются для компенсации, и наоборот.

    Умножение всех членов в уравнении 3-10 на коэффициент gc / mg дает форму уравнения Бернулли, показанного уравнением 3-11.

    z

    1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 г c / г (3-11)

    Напор

    Поскольку единицы для всех различных форм энергии в уравнении 3-11 измеряются в единицах расстояния, эти термины иногда называют «Напоры» (напор, напор скорости и напор).Термин «напор» используется инженерами применительно к давлению. Это ссылка на высоту, обычно в футах, водяного столба, который будет выдерживать данное давление. Каждую из энергий, которыми обладает жидкость, можно выразить через голову. Высота напора представляет собой потенциальную энергию жидкости из-за ее возвышения над контрольным уровнем. Скоростной напор представляет собой кинетическую энергию жидкости. Это высота в футах, на которую текущая жидкость поднялась бы в столбе, если бы вся ее кинетическая энергия была преобразована в потенциальную.Напор представляет собой энергию потока столба жидкости, вес которой эквивалентен давлению жидкости.

    Сумма подъемного напора, скоростного напора и напора жидкости называется общим напором. Таким образом, уравнение Бернулли утверждает, что общий напор жидкости постоянен.

    Преобразование энергии в жидкостных системах

    Уравнение Бернулли позволяет легко исследовать, как происходит передача энергии между подъемным напором, скоростным напором и напором.Можно изучить отдельные компоненты трубопроводных систем и определить, какие свойства жидкости изменяются и как это влияет на энергетический баланс.

    Если труба, содержащая идеальную жидкость, подвергается постепенному расширению в диаметре, уравнение неразрывности говорит нам, что по мере увеличения диаметра и площади проходного сечения скорость потока должна уменьшаться, чтобы поддерживать тот же массовый расход. Поскольку скорость на выходе меньше скорости на входе, скоростной напор потока должен уменьшаться от входа к выходу.Если труба лежит горизонтально, напор не меняется; следовательно, уменьшение скоростного напора необходимо компенсировать увеличением напора. Поскольку мы рассматриваем идеальную несжимаемую жидкость, удельный объем жидкости не изменится. Единственный способ увеличения напора несжимаемой жидкости — это увеличение давления. Таким образом, уравнение Бернулли показывает, что уменьшение скорости потока в горизонтальной трубе приведет к увеличению давления.

    Если труба постоянного диаметра, содержащая идеальную жидкость, подвергается уменьшению отметки, результат будет таким же, но по другим причинам. В этом случае скорость потока и скоростной напор должны быть постоянными, чтобы удовлетворять уравнению неразрывности массы.

    Таким образом, уменьшение напора можно компенсировать только увеличением напора. Опять же, жидкость несжимаема, поэтому увеличение напора должно приводить к увеличению давления.

    Хотя уравнение Бернулли налагает на него несколько ограничений, существует множество задач с физической жидкостью, к которым оно применяется.Как и в случае сохранения массы, уравнение Бернулли может применяться к задачам, в которых более одного потока могут одновременно входить в систему или выходить из нее. Особо следует отметить тот факт, что задачи последовательной и параллельной системы трубопроводов решаются с помощью уравнения Бернулли.

    Пример: уравнение Бернулли

    Предположим, что поток без трения в длинной горизонтальной конической трубе. Диаметр составляет 2,0 фута на одном конце и 4,0 фута на другом. Напор на меньшем конце составляет 16 футов водяного столба.Если вода течет через этот конус со скоростью 125,6 фут3 / сек, найдите скорости на двух концах и напор на большем конце.

    Решение:

    1 = A 1 v 1

    v 1 = 1 / A 1 v 2 = V 2 / A 2

    v 1 = 125.6 футов 3 / сек / π (1 фут) 2 v 2 = 125,6 футов 3 / сек / π (2 фута) 2

    v 1 = 40 футов / с v 2 = 10 футов / с

    z 1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g

    P 2 ν 2 g c / g = P 1 ν 1 g c / g + (z 1 — z 2 ) + (v 1 2 — v 2 2 ) / 2g

    = 16 футов + 0 футов + [(40 футов / сек) 2 — (10 футов / сек) 2 /2 (32.17 фут-фунт-сила / фунт-сила — сек 2 )]

    = 39,3 фута

    Ограничения на упрощенное уравнение Бернулли

    Практическое применение упрощенного уравнения Бернулли к реальным трубопроводным системам невозможно из-за двух ограничений. Одно серьезное ограничение уравнения Бернулли в его нынешней форме состоит в том, что при решении проблем трубопроводов недопустимо жидкое трение. Следовательно, уравнение 3-10 применимо только к идеальным жидкостям. Однако в действительности общий напор жидкости не может быть полностью перенесен из одной точки в другую из-за трения.Учет этих потерь напора даст гораздо более точное описание того, что происходит физически. Это особенно верно, потому что одна из задач насоса в гидравлической системе — преодолеть потери давления из-за трения трубы.

    Второе ограничение в уравнении Бернулли состоит в том, что нельзя выполнять какую-либо работу с жидкостью или с ней. Это ограничение предотвращает анализ двух точек в потоке жидкости, если между двумя точками существует насос. Поскольку большинство проточных систем включают насосы, это существенное ограничение.К счастью, упрощенное уравнение Бернулли может быть изменено таким образом, чтобы удовлетворительно учитывать потери напора и работу насоса.

    Расширенное Бернулли

    Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть прирост и потерю напора. Полученное уравнение, называемое расширенным уравнением Бернулли, очень полезно при решении большинства задач потока жидкости. Фактически, расширенное уравнение Бернулли, вероятно, используется больше, чем любое другое уравнение потока жидкости. Уравнение 3-12 является одной из форм расширенного уравнения Бернулли.

    z

    1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g + H p = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g + H f (3-12)

    где:

    z = высота над исходным уровнем (футы)

    v = средняя скорость жидкости ( фут / сек)

    P = давление жидкости (фунт-сила / фут 2 )

    ν = удельный объем жидкости (фут 3 / фунт)

    л.с. = напор, добавляемый насосом (фут)

    Hf = потеря напора из-за гидравлического трения (футы)

    g = ускорение свободного падения (фут / сек 2 )

    Потери напора из-за гидравлического трения (Hf) представляют собой энергию, используемую для преодоления трения, вызванного стенками трубка.Хотя это представляет собой потерю энергии с точки зрения потока жидкости, обычно это не означает значительную потерю общей энергии жидкости. Это также не нарушает закон сохранения энергии, поскольку потеря напора из-за трения приводит к эквивалентному увеличению внутренней энергии (u) жидкости. Эти потери являются наибольшими, когда жидкость протекает через входы, выходы, насосы, клапаны, фитинги и любые другие трубопроводы с шероховатой внутренней поверхностью.

    Большинство методов оценки потерь напора из-за трения являются эмпирическими (основанными почти исключительно на экспериментальных данных) и основаны на константе пропорциональности, называемой коэффициентом трения (f), который будет обсуждаться в следующем разделе.

    Пример: Extended Bernoulli

    Вода перекачивается из большого резервуара в точку на 65 футов выше резервуара. Сколько футов напора должно быть добавлено насосом, если через 6-дюймовую трубу течет 8000 фунтов / час, а потеря напора на трение составляет 2 фута? Плотность жидкости составляет 62,4 фунта / фут3, а площадь поперечного сечения 6-дюймовой трубы составляет 0.2006 футов 2 .

    Решение:

    Для использования модифицированной формы уравнения Бернулли опорные точки выбираются на поверхности резервуара (точка 1) и на выходе из трубы (точка 2).Давление на поверхности резервуара такое же, как давление на выходе из трубы, то есть атмосферное давление. Скорость в точке 1 будет практически равна нулю.

    Использование уравнения массового расхода для определения скорости в точке 2:

    м˙ 2 = ρ A 2 v 2

    v 2 = m˙ 2 / ρ A 2

    v 2 = 8000 фунтов / час / (62,4 фунта / фут 3 ) 0,2006 футов 2

    v 2 = 639 футов / час (1 час / 3600 с)

    v 2 = 0.178 фут / с

    z 1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g + H p = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g + H f

    H p = (z 2- z 1 ) + (v 2 2 v 1 2 ) / 2g + (P 2 — P 1 ) ν (g c / g) + H f

    H p = 65 футов + [(0.178 фут / сек) 2 (o фут / сек) 2 ] / [2 (32,17 фут-фунт-сила / фунт-сила-сек 2 )] + 0 футов + 2 фута

    H p = 67 футов [/ box]

    Следует отметить, что решение этой примерной задачи имеет числовое значение, которое «имеет смысл» из данных, приведенных в задаче. Общее увеличение напора на 67 футов в основном связано с увеличением оценки на 65 футов и увеличением напора трения на 2 фута.

    Применение уравнения Бернулли к трубке Вентури

    Многие компоненты установки, такие как трубка Вентури, могут быть проанализированы с использованием уравнения Бернулли и уравнения неразрывности.Вентури — это устройство для измерения расхода, которое состоит из постепенного сжатия, за которым следует постепенное расширение. Пример трубки Вентури показан на рисунке 6. Измеряя перепад давления между входом трубки Вентури (точка 1) и горловиной трубки Вентури (точка 2), скорость потока и массовый расход могут быть определены на основе уравнения Бернулли. уравнение.

    Рисунок 6: Измеритель Вентури

    Уравнение Бернулли утверждает, что общий напор потока должен быть постоянным. Так как высота не изменяется существенно, если вообще не изменяется между точками 1 и 2, высота напора в этих двух точках будет по существу одинакова и будет исключена из уравнения.Таким образом, уравнение Бернулли упрощается до уравнения 3-13 для трубки Вентури.

    v

    1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g = v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / c / g (3-13)

    Применение уравнения неразрывности к точкам 1 и 2 позволяет нам выразить скорость потока в точке 1 как функцию скорости потока в точке 2 и отношения двух областей потока.

    ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2

    v 1 = ρ 2 A 2 v 1 / A 1

    v 1 = v 2 A 2 / A 1

    Использование алгебры для преобразования уравнения 3-13 и замена приведенного выше результата на v 1 позволяет нам решить для v 2 .

    v 2 2 — v 1 2 / 2g = (P 1 –P 2 ) ν g c / g

    v 2 2 — (v 2 A 2 / A 1 ) 2 = (P 1 — P 2 ) 2 ν g c

    v 2 2 (1 — (A 2 / A 1 ) 2 ) = (P 1 — P 2 ) 2 ν g c

    v 2 2 = (P 1 — P 2 ) 2 ν g c / (1 — (A2 / A1) 2 )

    v 2 = √ [(P 1 — P 2 ) 2 ν g c / (1 — (A2 / A1) 2 )]

    v 2 = √ (P 1 — P 2 ) √ [2 ν g c / (1 — (A2 / A1) 2 )]

    Следовательно, скорость потока в горловине трубки Вентури и объемный расход являются прямыми y пропорционально квадратному корню из перепада давления.

    Давления в верхней части и в горловине являются фактическими давлениями, а скорости из уравнения Бернулли без потерь являются теоретическими скоростями. Когда потери учитываются в уравнении энергии, скорости являются фактическими скоростями. Во-первых, с помощью уравнения Бернулли (то есть без члена потери напора) получается теоретическая скорость в горловине. Затем умножив это на коэффициент Вентури (C v ), который учитывает потери на трение и равен 0.98 для большинства Вентури получается фактическая скорость. Фактическая скорость, умноженная на фактическую площадь горловины, определяет фактический объемный расход нагнетания.

    Падение давления, P 1 — P 2 , через трубку Вентури можно использовать для измерения расхода с помощью U-образного манометра, как показано на рисунке 6. Показание R ‘манометра пропорционально падению давления и, следовательно, скорости жидкости.

    Основные положения данной главы кратко изложены ниже.

    • Краткое изложение уравнения Бернулли

    • Уравнение Бернулли является приложением Первого закона термодинамики.

    • Уравнение Бернулли представляет собой приложение общего уравнения энергии к системе с установившимся потоком, в которой никакая работа не совершается с жидкостью или жидкостью, тепло не передается к жидкости или от нее, и не происходит изменений внутренней энергии жидкости.

    • Напор — это термин, используемый для описания давления, оказываемого на жидкость или со стороны жидкости.

    • Поскольку жидкость течет в системе трубопроводов, изменения высоты, скорости и напора должны быть согласованными, чтобы удовлетворялось уравнение Бернулли.

    • Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть потери на трение и работу насоса.

    • Вентури можно использовать для определения массового расхода из-за изменений давления и скорости жидкости.

    • Объемный расход через трубку Вентури прямо пропорционален квадратному корню из перепада давления между входом трубки Вентури и ее горловиной.

    Потеря напора

    Потеря напора — это мера уменьшения общего напора (сумма подъемного напора, скоростного напора и напора) жидкости по мере ее движения через жидкостную систему. В реальных жидкостях потеря напора неизбежна. Это происходит из-за: трения между жидкостью и стенками трубы; трение между соседними частицами жидкости при их движении относительно друг друга; и турбулентность, возникающая всякий раз, когда поток перенаправляется или каким-либо образом влияет на такие компоненты, как входы и выходы трубопроводов, насосы, клапаны, редукторы потока и фитинги.

    Потери на трение — это часть общей потери напора, которая возникает, когда жидкость течет по прямым трубам. Потеря напора для потока жидкости прямо пропорциональна длине трубы, квадрату скорости жидкости и члену, учитывающему трение жидкости, называемому коэффициентом трения. Потеря напора обратно пропорциональна диаметру трубы.

    Потеря напора ∝ f Lv 2 / D

    Коэффициент трения

    Было установлено, что коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса для потока и степени шероховатости внутренней поверхности трубы.

    Величина, используемая для измерения шероховатости трубы, называется относительной шероховатостью, которая равна средней высоте неровностей поверхности (ε), деленной на диаметр трубы (D).

    Относительная шероховатость = ε / D

    Значение коэффициента трения обычно получают из диаграммы Moody Chart (Рисунок A). Диаграмму Moody Chart можно использовать для определения коэффициента трения на основе числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

    Рисунок A: Moody Chart Пример:

    Определите коэффициент трения (f) для потока жидкости в трубе, имеющей число Рейнольдса 40 000 и относительную шероховатость 0.01.

    Решение:

    Используя диаграмму Moody Chart, число Рейнольдса 40 000 пересекает кривую, соответствующую относительной шероховатости 0,01 при коэффициенте трения 0,04.

    Уравнение Дарси

    Потери напора на трение могут быть рассчитаны с использованием математического соотношения, известного как уравнение Дарси для потерь напора. Уравнение принимает две различные формы. Первая форма уравнения Дарси определяет потери в системе, связанные с длиной трубы.

    H

    r = f L v 2 / D 2 g (3-14)

    где:

    f = коэффициент трения (без единиц измерения)

    L = длина трубы (футы)

    D = диаметр длины трубы (фут)

    v = скорость жидкости (фут / сек)

    g = ускорение свободного падения (фут / сек 2 )

    Пример:

    Уравнение потери напора Дарси Труба длиной 100 футов и диаметром 20 дюймов содержит воду при температуре 200 ° F, текущую с массовым расходом 700 фунтов / м3.Вода имеет плотность 60 фунтов / фут 3 и вязкость 1,978 x 10 -7 фунт-сила-сек / фут 2 . Относительная шероховатость трубы 0,00008. Рассчитайте потерю напора для трубы.

    Решение:

    Последовательность шагов, необходимых для решения этой проблемы, заключается в том, чтобы сначала определить скорость потока. Во-вторых, используя скорость потока и заданные свойства жидкости, вычислите число Рейнольдса. В-третьих, определите коэффициент трения по числу Рейнольдса и относительной шероховатости.Наконец, используйте уравнение Дарси для определения потери напора.

    m˙ = ρ A v

    v = m˙ / ρ A

    = (700 фунт / сек) / (60 фунт / фут 3 ) π (10 дюймов) 2 (1 фут 2 / 144 дюйма 2)

    v = 5,35 фут / сек

    N R = ρ v D / мкг c

    N R = (60 фунтов / фут 3 ) (5,35 футов / сек) (20 дюймов) (1 фут / 12 дюймов) / (1,978 x 10 -7 фунт-сила-сек / фут 2 ) (32,17 фут-фунт-сила / фунт-сила-фут-сек 2) =

    N R = 8.4 x 10 7

    Используйте диаграмму Moody для числа Рейнольдса 8,4 x 10 7 и относительной шероховатости 0,00008.

    f = 0,012

    H f = f (L / D) (v 2 / 2g)

    H f = (o.o12) [100 футов / (20 дюймов) (1 фут / 12 дюймов) )] * (5,35 фут / сек) 2 /(2)(32,17 фут / сек 2 )

    H f = 0,32 фута

    Незначительные потери

    Потери, возникающие в трубопроводах из-за изгибов, локти, суставы, клапаны и т. д.иногда называют незначительными потерями. Это неправильное название, потому что во многих случаях эти потери более важны, чем потери из-за трения трубы, рассмотренные в предыдущем разделе. Для всех незначительных потерь в турбулентном потоке потеря напора изменяется пропорционально квадрату скорости. Таким образом, удобный способ выразить незначительные потери потока — это коэффициент потерь (k). Значения коэффициента потерь (k) для типовых ситуаций и арматуры можно найти в стандартных справочниках. Форма уравнения Дарси, используемого для расчета малых потерь отдельных компонентов жидкостной системы, выражается уравнением 3-15.

    H

    f = kv 2 / 2g (3-15)

    Эквивалентная длина трубопровода

    Незначительные потери могут быть выражены через эквивалентную длину (Leq) трубы, которая будет иметь такую ​​же потерю напора для такая же скорость нагнетаемого потока. Эту связь можно найти, установив две формы уравнения Дарси равными друг другу.

    f L v 2 / D 2g = kv 2 / 2g

    Это дает два полезных соотношения

    L

    eq = k D / f (3-16)

    k = f L

    eq / D (3-17)

    Типичные значения L eq / D для общих компонентов трубопроводной системы перечислены в таблице 1.Эквивалентную длину трубопровода, которая вызовет такую ​​же потерю напора, как у конкретного компонента, можно определить, умножив значение L экв. / D для этого компонента на диаметр трубы. Чем выше значение L eq / D, тем длиннее эквивалентная длина трубы.

    Таблица 1: Типичные значения Leq / D Пример:

    Полностью открытая задвижка находится в трубе диаметром 10 дюймов. Какая эквивалентная длина трубы вызовет такие же потери напора, как и задвижка?

    Решение:

    Из таблицы 1 мы находим, что значение L экв. / D для полностью открытой задвижки равно 10.

    L eq = (L / D) D

    = 10 (10 дюймов)

    = 100 дюймов

    Добавляя эквивалентные длины всех компонентов к фактической длине трубы в системе, мы можем получить L экв. значение для всей системы трубопроводов.

    Основные положения данной главы кратко изложены ниже.

    • Потеря напора — это уменьшение общего напора (сумма потенциального напора, скоростного напора и напора) жидкости, вызванное трением, присутствующим при движении жидкости.

    • Потери на трение — это часть общей потери напора, которая возникает, когда жидкость течет по прямым трубам.

    • Незначительные потери — это потери напора, возникающие из-за изгибов, колен, соединений, клапанов и других компонентов. Каждый раз, когда поток изменяется в направлении или изменении площади поперечного сечения, он испытывает потерю напора.

    • Коэффициент трения для потока жидкости можно определить с помощью диаграммы Moody Chart, если можно определить относительную шероховатость трубы и число Рейнольдса потока.

    • Уравнение Дарси можно использовать для расчета потерь на трение.

    • Для расчета мелких потерь можно использовать специальную форму уравнения Дарси.

    • Длину трубы, которая может вызвать такую ​​же потерю напора, как у клапана или фитинга, можно определить, умножив значение L / D для компонента, указанного в справочниках или руководствах поставщиков, на диаметр трубы.

    Принудительная и естественная циркуляция

    В предыдущих главах, посвященных потоку жидкости, было объяснено, что каждый раз, когда жидкость течет, возникает некоторое трение, связанное с движением, которое вызывает потерю напора.Было указано, что эта потеря напора обычно компенсируется в трубопроводных системах насосами, которые действительно работают с жидкостью, компенсируя потерю напора из-за трения. Циркуляция жидкости в системах с помощью насосов обозначается как принудительная циркуляция .

    Некоторые жидкостные системы можно спроектировать таким образом, чтобы не было необходимости в насосах для обеспечения циркуляции. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и перепадами высоты.Поток, возникающий в этих условиях, называется естественной циркуляцией .

    Тепловая приводная головка

    Тепловая приводная головка — это сила, которая вызывает естественную циркуляцию. Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости.

    Рассмотрим два равных объема жидкости одного типа. Если два объема имеют разную температуру, тогда объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу.Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет оказываться меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, будет иметь тенденцию вызывать подъем более горячей жидкости и опускание более холодной жидкости.

    Этот эффект наблюдается во многих местах. Один из примеров — воздушный шар. Сила, заставляющая воздушный шар подниматься вверх, является результатом разницы в плотности между горячим воздухом внутри воздушного шара и более холодным воздухом, окружающим его.

    Тепло, добавляемое к воздуху в воздушном шаре, добавляет энергию молекулам воздуха. Движение молекул воздуха увеличивается, и молекулы воздуха занимают больше места. Молекулы воздуха внутри шара занимают больше места, чем такое же количество молекул воздуха вне шара. Это означает, что горячий воздух менее плотный и легкий, чем окружающий воздух. Поскольку воздух в воздушном шаре менее плотный, сила тяжести оказывает на него меньшее влияние. В результате воздушный шар весит меньше, чем окружающий воздух.Гравитация втягивает более холодный воздух в пространство, занимаемое воздушным шаром. Движение более холодного воздуха вниз выталкивает воздушный шар из ранее занятого пространства, и он поднимается.

    Условия, необходимые для естественной циркуляции

    Естественная циркуляция будет происходить только при наличии правильных условий. Даже после того, как естественное кровообращение началось, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественного кровообращения. Условия естественной циркуляции следующие.

    1. Существует разница температур (имеется источник тепла и радиатор).

    2. Источник тепла находится ниже радиатора.

    3. Жидкости должны контактировать друг с другом.

    Должно быть два тела жидкости с разными температурами. Это также может быть одно жидкое тело с областями разной температуры. Разница температур необходима для разницы в плотности жидкости. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока.

    Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла источником тепла должно происходить в зоне с высокой температурой. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры в конечном итоге выровнялись бы, и дальнейшая циркуляция прекратилась.

    Источник тепла должен располагаться ниже, чем радиатор. Как показано на примере воздушного шара, более теплая жидкость менее плотна и будет иметь тенденцию подниматься, а более холодная жидкость более плотная и будет иметь тенденцию опускаться.Чтобы воспользоваться преимуществами естественного движения теплых и холодных жидкостей, источник тепла и радиатор должны находиться на соответствующей высоте.

    Две области должны соприкасаться, чтобы был возможен поток между ними. Если путь потока заблокирован или заблокирован, естественная циркуляция невозможна.

    Пример охлаждения с естественной циркуляцией

    Естественная циркуляция часто является основным средством охлаждения реакторов бассейнового типа и облученных тепловыделяющих сборок, хранящихся в бассейнах с водой после извлечения из реактора.Источником тепла является тепловыделяющая сборка. Радиатор — это основная часть воды в бассейне.

    Вода в нижней части тепловыделяющей сборки поглощает энергию, генерируемую сборкой. Температура воды увеличивается, а плотность уменьшается. Сила тяжести втягивает более холодную (более плотную) воду в нижнюю часть узла, вытесняя более теплую воду. Более теплая (более легкая) вода вынуждена уступить свое место более холодной (более тяжелой) воде. Более теплая (более легкая) вода поднимается выше в сборке. По мере того, как вода перемещается по длине сборки, она поглощает больше энергии.Вода становится все светлее и светлее, непрерывно выталкиваясь вверх более плотной водой, движущейся под ней. В свою очередь, более холодная вода поглощает энергию из узла и также вынуждена подниматься по мере продолжения естественного циркуляционного потока. Вода, выходящая из верхней части тепловыделяющей сборки, отдает свою энергию, смешиваясь с большей частью воды в бассейне. Основная часть воды в бассейне обычно охлаждается путем циркуляции через теплообменники в отдельном процессе.

    Расход и разница температур

    Тепловая приводная головка, которая вызывает естественную циркуляцию, возникает из-за изменения плотности, вызванного разницей температур.В общем, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше тепловая приводная головка и результирующая скорость потока. Однако рекомендуется держать горячую жидкость переохлажденной, чтобы предотвратить изменение фазы. Можно иметь естественную циркуляцию в двухфазном потоке, но обычно поддерживать поток труднее.

    Для индикации или подтверждения естественной циркуляции могут использоваться различные параметры. Это зависит от типа растения.Например, для реактора с водой под давлением (PWR) выбранные параметры системы охлаждения реактора (RCS), которые будут использоваться, следующие.

    1. RCS ∆T (T Hot — T Cold ) должен составлять 25-80% от полного значения мощности и должен быть постоянным или медленно уменьшаться. Это указывает на то, что остаточное тепло удаляется из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения внутренней температуры.

    2. RCS Температура горячей и холодной ног должна быть постоянной или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло удаляется, а тепловая нагрузка распада уменьшается, как и ожидалось.

    3. Давление пара парогенератора (давление вторичного контура) должно соответствовать температуре RCS. Это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от охлаждающей жидкости RCS.

    Если естественная циркуляция для PWR происходит или неизбежна, можно выполнить несколько действий, чтобы обеспечить или улучшить возможности охлаждения активной зоны. Во-первых, уровень в компенсаторе давления может поддерживаться более 50%. Во-вторых, поддерживайте переохлаждение RCS на уровне 15 o F или выше.

    Оба эти действия помогут гарантировать, что пар / паровые карманы не образуются в RCS, где они будут ограничивать поток RCS.В-третьих, поддерживайте уровень воды в парогенераторе ≥ нормального диапазона. Это обеспечивает соответствующий теплоотвод, чтобы гарантировать, что отвод тепла будет достаточным для предотвращения закипания RCS.

    Основные положения этой главы перечислены ниже.

    • Естественный циркуляционный поток — это циркуляция жидкости без использования механических устройств.

    • Принудительный циркуляционный поток — это циркуляция жидкости в системе с помощью насосов.

    • Тепловая приводная головка является движущей силой для естественной циркуляции, вызванной разницей в плотности между двумя областями жидкости.

    • Для поддержания естественной циркуляции необходимы три элемента:

    • Должны быть теплоотвод и источник тепла.
    • Источник тепла должен располагаться под радиатором.
    • Между теплой и холодной жидкостью должны существовать пути потока.

    • Как правило, чем больше разница температур, тем выше расход естественной циркуляции.

    • Естественная циркуляция в PWR может быть проверена путем мониторинга:

    • RCS ∆T — 25% -80% значение полной мощности
    • T Горячий / T Холодный — устойчиво или медленно снижение
    • Давление пара S / G — отслеживание температуры RCS

    • Естественная циркуляция в PWR может быть увеличена за счет:

    • поддержание уровня компенсатора давления> 50%
    • поддержание RCS ≥ 15o F переохлаждение
    • поддерживать адекватный теплоотвод, уровень S / G ≥ нормальный диапазон

    Двухфазный поток жидкости

    Все отношения потоков жидкости, обсуждавшиеся ранее, относятся к потоку одной фазы жидкости, будь то жидкость или пар .В некоторых важных местах в системах потока жидкости происходит одновременный поток жидкой воды и пара, известный как двухфазный поток. Этих простых соотношений, используемых для анализа однофазного потока, недостаточно для анализа двухфазного потока.

    Существует несколько методов, используемых для прогнозирования потери напора из-за трения жидкости для двухфазного потока. Трение двухфазного потока больше, чем трение однофазного, при тех же размерах трубопровода и массовом расходе. Разница, по-видимому, зависит от типа потока и является результатом увеличения скорости потока.Потери на двухфазное трение экспериментально определяются путем измерения перепада давления на различных элементах трубопровода.

    Двухфазные потери обычно связаны с однофазными потерями через те же элементы. Один из общепринятых методов определения потерь на двухфазное трение на основе однофазных потерь включает в себя множитель двухфазного трения (R), который определяется как отношение двухфазных потерь напора к потерям напора, оцененным с использованием насыщенного жидкие свойства.

    R = H

    f, двухфазный / H f, насыщенная жидкость (3-18)

    где:

    R = двухфазный множитель трения (без единиц)

    H f, два -фаза = двухфазная потеря напора из-за трения (футы)

    H f, насыщенная жидкость = однофазная потеря напора из-за трения (футы)

    Множитель трения (R) оказался намного выше при более низких давлениях, чем при более высоких давлениях.Двухфазная потеря напора может быть во много раз больше, чем однофазная потеря напора.

    Хотя для моделей двухфазного потока использовалось множество названий, мы определим только три типа потока. Используемые схемы потока определены следующим образом:

    1. Пузырьковый поток: происходит рассеяние пузырьков пара в сплошной среде жидкости.

    2. Пробковый поток: в пузырьковом потоке пузырьки растут за счет слияния и в конечном итоге становятся того же диаметра, что и труба. При этом образуются типичные пузыри пулевидной формы, характерные для снарядного режима.

    3. Кольцевой поток: теперь жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущей в паровом ядре потока.

    Нестабильность потока

    Неустойчивый поток может возникать в виде колебаний потока или его реверсирования. Колебания потока — это изменения потока из-за образования пустот или механических препятствий при проектировании и производстве. Колебания потока в одном канале теплоносителя реактора иногда вызывают колебания потока в окружающих каналах теплоносителя из-за перераспределения потока.Колебания потока нежелательны по нескольким причинам. Во-первых, устойчивые колебания потока могут вызвать нежелательную вынужденную механическую вибрацию компонентов. Это может привести к выходу этих компонентов из строя из-за усталости. Во-вторых, колебания потока могут вызвать проблемы управления системой, имеющие особое значение в ядерных реакторах с жидкостным охлаждением, поскольку теплоноситель также используется в качестве замедлителя. В-третьих, колебания потока влияют на характеристики местного теплообмена и кипения. В ходе испытаний было обнаружено, что критический тепловой поток (CHF), необходимый для отклонения от пузырькового кипения (DNB), может быть снижен на целых 40%, когда поток колеблется.Это сильно снижает тепловой предел и плотность мощности по длине активной зоны реактора. Опять же, в ходе испытаний было обнаружено, что колебания потока не являются значительной проблемой для некоторых реакторов с водой под давлением, если мощность не превышает 150% для нормальных условий потока. Колебания потока могут быть проблемой при работе с естественной циркуляцией из-за присутствующих низких скоростей потока.

    Во время естественной циркуляции пузырьки пара, образующиеся при колебаниях потока, могут иметь достаточно влияния, чтобы фактически вызвать полное изменение направления потока в затронутом канале.

    И колебания потока, и реверсирование потока приводят к очень нестабильному состоянию, поскольку паровые покровы, образующиеся на нагретых поверхностях, напрямую влияют на способность отводить тепло от этих поверхностей.

    Штыревой патрубок

    В случае разрыва трубы сила реакции, создаваемая высокоскоростной струей жидкости, может вызвать смещение трубопровода и серьезное повреждение компонентов, контрольно-измерительных приборов и оборудования в зоне разрыва. Эта характеристика аналогична необслуживаемому садовому шлангу или пожарному шлангу, который непредсказуемо «хлестает».Этот тип отказа анализируется, чтобы свести к минимуму повреждение, если бы труба изгибалась вблизи оборудования, связанного с безопасностью.

    Гидравлический удар

    Гидравлический удар представляет собой ударную волну жидкости, возникающую в результате внезапного начала или остановки потока. На него влияют начальное давление в системе, плотность жидкости, скорость звука в жидкости, эластичность жидкости и трубы, изменение скорости жидкости, диаметр и толщина трубы и клапана. рабочее время.

    Во время закрытия клапана кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в потенциальную энергию. Эластичность жидкости и стенки трубы создает волну положительного давления, направленную обратно к источнику жидкости. Когда эта волна достигнет источника, масса жидкости будет в покое, но под огромным давлением. Сжатая жидкость и растянутые стенки трубы теперь начнут выпускать жидкость из трубы обратно к источнику и вернуться к статическому давлению источника. Это выделение энергии сформирует еще одну волну давления, возвращающуюся к клапану.Когда эта ударная волна достигает клапана, из-за импульса жидкости стенка трубы начинает сокращаться. Это сжатие передается обратно источнику, в результате чего давление в трубопроводе ниже статического давления источника. Эти волны давления будут перемещаться вперед и назад несколько раз, пока трение жидкости не демпфирует переменные волны давления до статического давления источника. Обычно весь процесс молота занимает менее одной секунды.

    Первоначальный толчок внезапной остановки потока может вызвать переходные изменения давления, превышающие статическое давление.Если клапан закрывается медленно, потеря кинетической энергии будет постепенной. Если его закрыть быстро, потеря кинетической энергии будет очень быстрой. Ударная волна возникает из-за этой быстрой потери кинетической энергии. Ударная волна, вызванная гидроударом, может иметь достаточную силу, чтобы вызвать физическое повреждение трубопроводов, оборудования и персонала. Гидравлический удар в трубах, как известно, срывает опоры труб с их креплений, разрывает трубопроводы и вызывает биение труб.

    Скачок давления

    Скачок давления — это результирующий быстрый рост давления выше статического, вызванный гидравлическим ударом.Максимальный всплеск давления будет в момент изменения расхода и регулируется следующим уравнением.

    ∆P = ρ c ∆v / g c

    где:

    ∆P = скачок давления (фунт-сила / фут 2 )

    ρ = плотность жидкости (фунт / фут 3 )

    c = Скорость волны давления (фут / сек) (Скорость звука в жидкости)

    ∆v = Изменение скорости жидкости (фут / сек)

    gc = Гравитационная постоянная 32.17 (фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

    Пример:

    Скачок давления Вода с плотностью 62,4 фунт / фут 3 и давлением 120 фунтов на кв. Дюйм течет по трубе со скоростью 10 футов / сек. Скорость звука в воде составляет 4780 футов / сек. Внезапно закрылся обратный клапан. Какое максимальное давление жидкости в фунтах на квадратный дюйм?

    Раствор

    P Макс. = P статический + ΔP Пик

    P Макс. = 120 фунт-сила / дюйм 2 + (62.4 фунта / фут 3 ) (4780 фут / с) (10 фут / с) / (32,17 фунт-фут / фунт-сила-с 2 )

    P Макс. в 2

    P Макс. = 76,3 фунтов на кв. дюйм

    Паровой молот

    Паровой молот похож на гидравлический молот, за исключением того, что он предназначен для паровой системы. Паровой молот — это газовая ударная волна, возникающая в результате внезапного запуска или остановки потока. Паровой молот не так силен, как гидравлический, по трем причинам:

    1.Сжимаемость пара гасит ударную волну

    2. Скорость звука в паре составляет примерно одну треть скорости звука в воде.

    3. Плотность пара примерно в 1600 раз меньше плотности воды.

    Проблемы, связанные с паропроводом, включают термический удар и водяные пробки (то есть конденсацию в паровой системе) в результате неправильного прогрева.

    Операционные соображения

    Гидравлический и паровой молот — не редкость на промышленных предприятиях.Изменения расхода в трубопроводных системах должны выполняться медленно, что является частью надлежащей практики оператора. Чтобы предотвратить гидравлический и паровой удар, операторы должны обеспечить надлежащую вентиляцию жидкостных систем и обеспечить надлежащий слив газовых или паровых систем во время запуска. Если возможно, инициируйте запуск насоса при закрытом нагнетательном клапане и медленно откройте нагнетательный клапан, чтобы запустить поток в системе. Если возможно, запускайте насосы меньшей производительности перед насосами большей производительности. По возможности используйте клапаны разогрева вокруг запорных клапанов основного потока.Если возможно, закройте нагнетательные клапаны насоса перед остановкой насосов. Периодически проверяйте правильность работы влагоуловителей и воздухозаборников во время работы.

    Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

    Комбинация жидкости и пара, протекающей по трубе, называется двухфазным потоком.

    Типы двухфазного потока включают:

    • Пузырьковый поток: происходит диспергирование пузырьков пара в континууме жидкости.

    • Пробковый поток: пузырьки растут за счет коалесценции и в конечном итоге становятся того же диаметра, что и труба, образуя пузырьки в форме пули.

    • Кольцевой поток: жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущей в паровой сердцевине потока.

    Колебания и нестабильность основного потока могут вызвать:

    • нежелательную механическую вибрацию компонентов.

    • уменьшение теплового потока, необходимого для возникновения DNB.

    • прерывания фактического циркуляционного потока.

    Колебания и нестабильность потока могут возникать в следующих условиях:

    • активная зона вне проектных условий, мощность> 150%

    • механический отказ, вызывающий закупорку потока

    • недостаточное охлаждение активной зоны во время естественная циркуляция, при которой происходит кипение

    Изгиб трубы — это смещение трубопровода, создаваемое реакционными силами высокоскоростной струи жидкости после разрыва трубы.

    Гидравлический удар — это ударная волна жидкости, возникающая в результате внезапного запуска или остановки потока.

    Преобразование энергии в центробежном насосе

    Жидкость, поступающая в центробежный насос, сразу же направляется в зону низкого давления в центре или на проушине рабочего колеса. При вращении крыльчатки и лопастей они передают импульс поступающей жидкости. Передача количества движения движущейся жидкости увеличивает скорость жидкости. По мере увеличения скорости жидкости увеличивается ее кинетическая энергия.Жидкость с высокой кинетической энергией вытесняется из области рабочего колеса и попадает в улитку.

    Улитка — это область с постоянно увеличивающейся площадью поперечного сечения, предназначенная для преобразования кинетической энергии жидкости в давление жидкости. Механизм этого преобразования энергии такой же, как и для дозвукового потока через расширяющуюся часть сопла. Математический анализ потока через улитку основан на общем уравнении энергии, уравнении неразрывности и уравнении, связывающем внутренние свойства системы.Ключевыми параметрами, влияющими на преобразование энергии, являются увеличивающаяся площадь поперечного сечения улитки, более высокое противодавление системы на выходе улитки и несжимаемый дозвуковой поток жидкости. В результате взаимозависимости этих параметров поток жидкости в улитке, аналогичный дозвуковому потоку в расширяющемся сопле, испытывает уменьшение скорости и увеличение давления.

    Рабочие характеристики центробежного насоса

    Рис. 7: Типичные характеристики центробежного насоса Кривая

    Обычно центробежный насос создает относительно небольшое повышение давления в жидкости.Это повышение давления может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен фунтов на квадратный дюйм в центробежном насосе с одноступенчатым рабочим колесом. Термин PSID (фунт-сила на квадратный дюйм дифференциала) эквивалентен ∆P. В данном контексте это разница давлений на всасывании и нагнетании насоса. PSID также можно использовать для описания перепада давления в компоненте системы (сетчатые фильтры, фильтры, теплообменники, клапаны, деминерализаторы и т. Д.). Когда центробежный насос работает с постоянной скоростью, увеличение противодавления системы на текущий поток вызывает уменьшение величины объемной скорости потока, которую центробежный насос может поддерживать.

    Анализ взаимосвязи между объемным расходом (), который может поддерживать центробежный насос V˙, и перепадом давления в насосе (∆Ppump) основан на различных физических характеристиках насоса и жидкости в системе. Переменные, оцениваемые инженерами-конструкторами для определения этой взаимосвязи, включают эффективность насоса, мощность, подаваемую на насос, скорость вращения, диаметр рабочего колеса и лопастей, плотность жидкости и вязкость жидкости. Результат этого сложного анализа для типичного центробежного насоса, работающего на одной конкретной скорости, иллюстрируется графиком на рисунке 7.

    Напор насоса по вертикальной оси — это разница между противодавлением в системе и давлением на входе насоса (∆Ppump). Объемный расход (V) по горизонтальной оси — это скорость, с которой жидкость протекает через насос. График предполагает одну конкретную скорость (N) для рабочего колеса насоса.

    Кавитация

    Когда перекачиваемая жидкость попадает в проушину центробежного насоса, давление значительно снижается. Чем больше скорость потока через насос, тем больше перепад давления.Если перепад давления достаточно велик или если температура жидкости достаточно высока, перепад давления может быть достаточным, чтобы заставить жидкость мгновенно превращаться в пар, когда местное давление падает ниже давления насыщения для перекачиваемой жидкости. Эти пузырьки пара перемещаются вдоль рабочего колеса насоса вместе с жидкостью. По мере уменьшения скорости потока давление жидкости увеличивается. Это приводит к внезапному схлопыванию пузырьков пара на внешних частях рабочего колеса. Образование этих пузырьков пара и их последующее схлопывание — кавитация.

    Кавитация может быть очень серьезной проблемой для центробежных насосов. Некоторые насосы могут быть рассчитаны на работу с ограниченным количеством кавитации. Большинство центробежных насосов не выдерживают кавитации в течение значительных периодов времени; они повреждаются из-за эрозии рабочего колеса, вибрации или других проблем, вызванных кавитацией.

    Чистый положительный напор на всасывании

    Чтобы избежать кавитации во время работы насоса, можно контролировать чистый положительный напор на всасывании насоса.Чистый положительный напор на всасывании (NPSH) для насоса — это разница между давлением всасывания и давлением насыщения перекачиваемой жидкости. NPSH используется для измерения того, насколько жидкость близка к насыщенным условиям. Уравнение 3-19 можно использовать для расчета чистой положительной высоты всасывания, доступной для насоса. Единицы NPSH — футы воды.

    NPSH = P

    всасывание — P насыщение (3-19)

    где:

    P всасывание = давление всасывания насоса

    P насыщение = давление насыщения для жидкости

    Поддерживая доступный NPSH на уровне больше, чем NPSH, требуемый производителем насоса, кавитации можно избежать.

    Законы о насосах

    Центробежные насосы обычно подчиняются так называемым законам о насосах. Эти законы гласят, что скорость потока или производительность прямо пропорциональны скорости насоса; напор прямо пропорционален квадрату скорости насоса; а мощность, требуемая двигателем насоса, прямо пропорциональна кубу скорости насоса. Эти законы суммированы в следующих уравнениях.

    V˙ ∝ n (3-20)

    H

    P ∝ n 2 (3-21)

    P ∝ n

    3 (3-22)

    где:

    n = скорость рабочее колесо насоса (об / мин)

    V = объемный расход насоса (галлоны в минуту или фут3 / час)

    H p = напор, развиваемый насосом (фунты на квадратный дюйм или футы)

    p = мощность насоса (кВт)

    Используя эти пропорциональности, можно разработать уравнения, связывающие условия на одной скорости с условиями на другой скорости.

    1 (n 2 / n 1 ) = V 2 (3-23)

    H

    p1 (n 2 / n 1 ) 2 = H p2 (3-24)

    P

    1 (n 2 / n 1 ) 3 = P 2 (3-25)

    Пример: законы для насосов

    Насос охлаждающей воды работает на скорости 1800 об / мин. Его расход составляет 400 галлонов в минуту при напоре 48 футов. Мощность насоса составляет 45 кВт.Определите расход, напор и потребляемую мощность насоса, если скорость насоса увеличится до 3600 об / мин.

    Решение:

    Расход

    2 = V˙ 1 (n 2 / n 1 )

    = (400 галлонов в минуту) (3600 об / мин / 1800 об / мин)

    = 800 галлонов в минуту

    Напор

    H p2 = H p1 (n 2 / n 1 ) 2

    = 48 футов (3600 об / мин / 1800 об / мин) 2

    = 192 футов

    Мощность

    P 2 = P 1 (n 2 / n 1 ) 3

    = 45 кВт (3600 об / 1800 об / мин) 3

    = 360 кВт

    Рисунок 8 : Изменение скоростей центробежного насоса

    Можно построить характеристическую кривую для новой скорости насоса на основе кривой для его исходной скорости.Метод заключается в том, чтобы взять несколько точек на исходной кривой и применить законы насоса для определения нового напора и расхода при новой скорости. Кривая зависимости напора насоса от расхода, которая возникает в результате изменения скорости насоса, графически проиллюстрирована на рисунке 8.

    Характеристическая кривая системы

    Рисунок 9: Типичная кривая потери напора в системе

    В главе, посвященной потере напора, было определено, что оба фрикционные потери и незначительные потери в системах трубопроводов были пропорциональны квадрату скорости потока.Поскольку скорость потока прямо пропорциональна объемному расходу, потеря давления в системе должна быть прямо пропорциональна квадрату объемного расхода. Исходя из этой зависимости, можно построить кривую потери напора в системе в зависимости от объемного расхода. Кривая потери напора для типичной системы трубопроводов имеет форму параболы, как показано на рисунке 9.

    Рабочая точка системы

    Рисунок 10: Рабочая точка для центробежного насоса

    Точка, в которой насос работает в данной системе трубопроводов, зависит от от расхода и потери напора этой системы.Для данной системы объемный расход сравнивается с потерями напора в системе на характеристической кривой. Построив график характеристической кривой системы и характеристической кривой насоса в одной системе координат, можно определить точку, в которой насос должен работать. Например, на рисунке 10 рабочая точка центробежного насоса в исходной системе обозначена пересечением кривой насоса и кривой системы (h Lo ).

    Система имеет расход, равный V˙ 0 , и полную потерю напора в системе, равную ∆P 0 .Для поддержания расхода V˙ 0 напор насоса должен быть равен ∆P o . В системе, описанной системной кривой (h L1 ), в системе был открыт клапан, чтобы уменьшить сопротивление системы потоку. В этой системе насос поддерживает большой расход (V˙ 1 ) при меньшем напоре насоса (∆P 1 ).

    Использование в системе нескольких центробежных насосов

    Типичный центробежный насос имеет относительно небольшое количество движущихся частей и может быть легко адаптирован к различным первичным двигателям.Эти первичные двигатели включают электродвигатели переменного и постоянного тока, дизельные двигатели, паровые турбины и пневмодвигатели. Центробежные насосы, как правило, имеют небольшие размеры и могут быть изготовлены с относительно низкими затратами. Кроме того, центробежные насосы обеспечивают высокий объемный расход при относительно низком давлении.

    Для увеличения объемного расхода в системе или для компенсации больших гидравлических сопротивлений центробежные насосы часто используются параллельно или последовательно. На рисунке 11 изображены два идентичных центробежных насоса, работающих параллельно с одинаковой скоростью.

    Рисунок 11: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых параллельно Центробежные насосы

    , подключенные параллельно

    Так как вход и выход каждого насоса, показанные на рисунке 11, находятся в идентичных точках системы, каждый насос должен производить один и тот же насос голова. Однако общий расход в системе — это сумма индивидуальных расходов каждого насоса.

    Когда характеристическая кривая системы рассматривается с кривой для параллельных насосов, рабочая точка на пересечении двух кривых представляет более высокий объемный расход, чем для одиночного насоса, и большую потерю напора в системе.Как показано на Рисунке 12, большая потеря напора в системе происходит при увеличении скорости жидкости в результате увеличения объемного расхода. Из-за большего напора в системе объемный расход фактически в два раза меньше расхода, достигаемого при использовании одного насоса.

    Рисунок 12: Рабочая точка для двух параллельных центробежных насосов

    Центробежные насосы в серии

    Центробежные насосы

    используются последовательно для преодоления больших потерь напора в системе, чем один насос может компенсировать по отдельности.Как показано на Рисунке 13, два идентичных центробежных насоса, работающих с одинаковой скоростью и одинаковым объемным расходом, создают одинаковый напор. Поскольку вход второго насоса является выходом первого насоса, напор, создаваемый обоими насосами, является суммой отдельных напоров. Объемный расход от входа первого насоса до выхода второго остается прежним.

    Рисунок 13: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых в серии

    Как показано на Рисунке 14, использование двух насосов последовательно не увеличивает сопротивление потоку в системе вдвое.Два насоса обеспечивают достаточный напор для новой системы, а также поддерживают немного более высокий объемный расход.

    Рисунок 14: Рабочая точка для двух центробежных насосов серии

    Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

    • Чистый положительный напор на всасывании — это разница между давлением всасывания насоса и давлением насыщения жидкости.

    • Кавитация — это образование и последующее схлопывание пузырьков пара на рабочем колесе насоса, когда местное давление падает ниже, а затем поднимается выше давления насыщения перекачиваемой жидкости.

    • Законы насоса можно использовать для определения влияния изменения скорости центробежного насоса на расход, напор и мощность.

    1 (n 2 / n 1 ) = V˙ 2

    H p1 (n 2 / n 1 ) H 2 2 p2

    P 1 (n 2 / n 1 ) 3 = P 2

    • Кривая комбинированного насоса для двух центробежных насосов, подключенных параллельно, может быть определена путем сложения индивидуальные потоки для любой данной головы.

    • Комбинированная характеристика насоса для двух центробежных насосов, установленных последовательно, может быть определена путем добавления отдельных напоров для любого заданного расхода.

    • Рабочая точка (напор и расход) системы может быть определена путем построения кривой насоса и кривой потери напора системы на одних и тех же осях. Система будет работать на пересечении двух кривых.

    Скорость потока Vs. Размер трубы

    Согласно закону Пуазейля, расход по длине трубы изменяется в четвертой степени радиуса трубы.Это не единственная переменная, которая влияет на скорость потока; другие — длина трубы, вязкость жидкости и давление, которому жидкость подвергается. Закон Пуазейля предполагает ламинарный поток, что является идеализацией, применимой только при низком давлении и малых диаметрах труб. Турбулентность является одним из факторов большинства реальных приложений.

    Закон Хагена-Пуазейля

    Французский физик Жан Леонар Мари Пуазей провел серию экспериментов с потоком жидкости в начале 19 века и опубликовал свои результаты в 1842 году.Считается, что Пуазейлю пришел к выводу, что скорость потока пропорциональна радиусу трубы в четвертой степени, но немецкий инженер по гидравлике Готтильф Хаген уже пришел к тем же результатам. По этой причине физики иногда называют опубликованное соотношение Пуазейля законом Хагена-Пуазейля.

    Объемный расход = π X перепад давления X радиус трубы 4 X вязкость жидкости / 8 X ​​вязкость X длина трубы.

    Чтобы выразить эту взаимосвязь словами: при заданной температуре скорость потока через трубку или трубу обратно пропорциональна длине трубки — вязкости жидкости.Скорость потока прямо пропорциональна градиенту давления и четвертой степени радиуса трубы.

    Применение закона Пуазейля

    Даже когда турбулентность является фактором, вы все равно можете использовать уравнение Пуазейля, чтобы получить достаточно точное представление о том, как скорость потока изменяется в зависимости от диаметра трубы. Имейте в виду, что указанный размер трубы является мерой ее диаметра, и вам нужен радиус, чтобы применить закон Пуазейля. Радиус составляет половину диаметра.

    Предположим, у вас есть водопроводная труба длиной 2 дюйма, и вы хотите знать, насколько увеличится скорость потока, если вы замените ее 6-дюймовой трубой.Это изменение радиуса на 2 дюйма. Предположим, что длина трубы и давление постоянны. Температура воды также должна быть постоянной, поскольку вязкость воды увеличивается с понижением температуры.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *