Hydraulika siłowa. Piotr Sobczyk

Średnice przewodów hydraulicznych są tak dobierane, by przepływ miał charakter laminarny. W łączniku kolankowym dochodzi jednak do zaburzeń przepływu i staje się on turbulentny (burzliwy). Straty energii są większe, wskutek czego ciśnienie spada. Należy zatem obliczać straty ciśnienia dla wszystkich elementów mogących zaburzać przepływ.

      Współczynnik strat miejscowych dla danego elementu jest często podawany przez producenta. Jeżeli nie ma takiej informacji, można się posłużyć uśrednionymi danymi dla elementów danego typu.

      2.18. a) Jeżeli przepływ cieczy w przewodzie jest zerowy (pompa nie pracuje), manometr wskazuje ciśnienie hydrostatyczne . Wartość tego ciśnienia zależy od gęstości cieczy oraz wysokości słupa cieczy pomiędzy jej powierzchnią w zbiorniku a manometrem.

      b) Po uruchomieniu pompy prędkość cieczy nie jest już równa zeru. W przewodzie występują opory ruchu powodujące spadek ciśnienia : .

      Ciśnienie na powierzchni zbiornika pozostajestałe. Aby pokonać dodatkowy opór , musi wzrosnąć ciśnienie za pompą.

      By obliczyć współczynnik , musimy mieć liczbę Reynoldsa.

      Ponieważ , zakładamy przepływ laminarny: .

      Po wstawieniu danych do wzoru: obliczamy spadek ciśnienia w przewodzie: kPa.

      Wskazanie manometru:

      2.19. Liczba Reynoldsa pierwszego z przepływów :

      Ponieważ , mamy do czynienia z przepływem laminarnym. Współczynnik :

      spadek ciśnienia:

      W drugim przypadku :

      Jeżeli , mamy do czynienia z przepływem turbulentnym (burzliwym), a nie laminarnym, więc współczynnik :

      spadek ciśnienia w przewodzie:

      W drugim przypadku, w którym jest przepływ turbulentny (burzliwy), spadek ciśnienia osiągnął mniejszą wartość. Nie należy jednak wyciągać wniosku, że w przewodach powinniśmy doprowadzać do przepływu burzliwego. W tym przypadku przepływ laminarny zamienił się w burzliwy na skutek spadku lepkości oleju. Właśnie ta zmiana doprowadziła do spadku oporów przepływu. Natężenie przepływu Q w obu przypadkach było jednakowe.

      Gdyby przepływ burzliwy wystąpił przy stałej lepkości, na skutek zwiększenia natężenia przepływu cieczy przez przewód, a co za tym idzie zwiększania prędkości przepływu cieczy, skutek byłby odwrotny. Opory przepływu burzliwego byłyby wyższe od oporów przepływu laminarnego.

      Dlatego przy doborze średnicy przewodów należy kierować się prędkością cieczy w przewodzie. Należy też brać pod uwagę lepkość cieczy, szczególnie gdy jest ona wysoka z powodu niskich temperatur.

      2.20. a) Aby spełnić ogólny warunek maksymalnej prędkości cieczy w przewodzie tłocznym, minimalna średnica wewnętrzna przewodu:

      b) Spadek ciśnienia spowodowany liniowymi stratami przepływu w przewodzie: , oraz , współczynnik strat liniowych: , spadek ciśnienia: .

      c) W warunkach niższej temperatury oraz wyższej lepkości oleju:

      przepływ jest laminarny. Dzięki temu, pomimo wysokiej lepkości, straty ciśnienia nie będą zbyt wysokie:

      Jak widać, w obu przypadkach pompa nie będzie w stanie dostarczyć do silnika oleju pod odpowiednim ciśnieniem. Układ nie będzie działał prawidłowo.

      Warto zapamiętać!

      Podczas doboru średnicy długich przewodów należy wziąć pod uwagę nie tylko zalecaną prędkość przepływu, lecz także długości przewodów oraz możliwe zmiany lepkości cieczy.

      2.21. Dopóki rowerzysta i powietrze pozostają względem siebie w spoczynku, dopóty mamy do czynienia z ciśnieniem statycznym równym ciśnieniu atmosferycznemu:

      Gdy rowerzysta pędzi z prędkością v, jego twarz porusza się dokładnie z taką prędkością względem powietrza. Na twarz rowerzysty, oprócz ciśnienia statycznego równego ciśnieniu atmosferycznemu , działa w tej chwili również ciśnienie dynamiczne . Wartość ciśnienia dynamicznego może się zmieniać, gdyż zależy od wielu czynników, ale jego wartość maksymalna może wynieść:

      Ciśnienie dynamiczne zależy przede wszystkim od prędkości v, lecz również gęstość gazu lub cieczy ma na nie wpływ. Przy podanej gęstości powietrza oraz prędkości rowerzysty względem powietrza Pa, a całkowite ciśnienie Pa.

      Wydaje się, że ciśnienie wzrosło minimalnie, lecz jeśli założymy, że twarz rowerzysty ma wymiary ok. mm, ciśnienie 375 Pa działa na nią z siłą N. Siła ta jest odczuwalna zwłaszcza na szyi. Oczywiście w rzeczywistości ciśnienie nie rozkłada się tak idealnie i wielkość oporu uzależniona jest także od innych czynników, np. kształtu powierzchni.

      2.22. Równanie Bernoulliego określa bilans energii dwóch punktów przepływu. Energia przepływu składa się z energii ciśnienia (ciśnienie statyczne), energii kinetycznej (ciśnienie dynamiczne) oraz energii potencjalnej położenia.

      Jeżeli przyjmiemy za pierwszy punkt obliczeniowy przekrój rurociągu, w którym umieszczony jest manometr , a za drugi punkt powierzchnię górnego zbiornika, otrzymamy równanie:

      w którym warunki przepływu w obydwu przekrojach są następujące:

      – manometr