Гідравлічний опір - а як текти будемо?

При будь-якому русі відбуваються втрати енергії - хоч це буде автомобіль, хоч літак, хоч рідина в трубопроводі. Завжди частина енергії витрачається на подолання опору руху. Зменшення напору рідини і прийнято визначати як гідравлічний опір. Фактично є два типи такого опору - місцеве і лінійне. Місцеве пов'язано з втратами енергії на вентилях, засувках, поворотах, розширення і звуження труби.

Потрібно відзначити, що джерелом втрат завжди служить в'язкість рідини. Місцеві втрати або гідравлічний опір, формула розрахунку якого пов'язана з параметрами вентилів, труб і засувок, визначається за спеціальною методикою. А ось лінійні втрати в чому залежать від характеру протікання рідини в трубі.

Дослідження режимів протікання рідини проводилися Рейнольдсом в 1883 році. При цих дослідженнях використовувався потік води, в який додавалася фарба, і в скляній трубі можна було спостерігати характер руху фарби і води. При цьому проводився замір тиску, швидкості і напору рідини.

Перший режим руху спостерігався при невеликій швидкості води. У цьому випадку фарба і вода між собою не перемішуються і рухаються спільно уздовж труби. Швидкість і тиск при цьому постійні в часі. Такий режим протікання рідини називається ламінарним.

Якщо ж швидкість руху буде збільшуватися, то при її певній величині картина руху рідини зміниться. Струмінь фарби починає перемішуватися по всьому об'єму труби, стають видно вихреобразное освіти і обертання рідини. Заміряні значення швидкості і тиску рідини починають пульсувати. Такий рух називають турбулентним. Якщо швидкість потоку зменшити, то знову відновлюється ламінарний рух.

При ламінарному потоці рідини гідравлічний опір мінімально, при турбулентному воно значно більше. Тут необхідно зробити уточнення, що існують ще втрати на тертя об стінки труби. Швидкість при ламінарному плині мінімальна у стінки труби і максимальна по центру потоку, але потік води рухається плавно вздовж всієї труби. При турбулентному русі виникають завихрення створюють перешкоди руху води і додаткове гідравлічне опір.

Є ще одне явище, яке сприяє втратам. Називається воно кавитация. Спостерігається кавитация в тому випадку, коли при русі рідини в трубі з'являється вузьке місце. Тоді на такому місці швидкість руху збільшується і, згідно закону Бернуллі, тиск зменшується. Зменшення тиску призводить до того, що починається виділення розчинених у рідині газів і вода починає кипіти при поточній температурі.

Після проходження вузької ділянки швидкість течії зменшується, тиск збільшується і кипіння пропадає. Кавітація викликає додаткові втрати, зумовлені місцевими порушеннями ламинарного потоку. Як правило, вона виникає в кранах, засувках та інших подібних вузлах. Подібне явище вважається вкрай небажаним, тому може призвести до пошкодження всієї трубопровідної системи.

Таким чином, виходить, що гідравлічний опір - це поняття, яке визначається декількома факторами. До них відносяться конструктивні особливості трубопровідної системи (довжина, вигини, крани і засувки), у тому числі і матеріал, з якого виготовлені труби. На втрати також впливає характер протікання рідини. Це дозволяє зрозуміти, якою має бути трубопровідна система і чого необхідно уникати при її проектуванні та експлуатації.

У представленому матеріалі розглянуто таке поняття, як гідравлічний опір по відношенню до трубопровідної системи. Дано опис різних режимів протікання рідини і її поведінки в трубах.