Hidraulică

1.Rezistenţele hidraulice ale reţelelor

1.1. În fiecare reţea, ca şi în porţiunile ei separate, o parte din energia (presiunea) totală pentru a învinge forţele rezistenţelor hidraulice, este pentru ea pierdută definitiv deoarece datorită vâscozităţii moleculare şi turbulente a fluidului în mişcare, lucrul mecanic al forţelor de rezistenţă se transformă ireversibil in căldură. De aceea, energia totală (inclusiv energia termică) a curentului în porţiunea dată a conductei rămâne constanta în lipsa transmisiei de căldură prin pereţi. Starea curentului se modifică însă nu variază în lungul curentului dacă viteza este constantă. Aceasta se explică prin faptul că lucrul mecanic de dilatare, condiţionat de scăderea presiunii, se transformă integral în lucru mecanic al forţelor de rezistenţă şi căldura care apare din acest lucru mecanic compensează răcirea produsă ca urmare a dilatării.

În acelaşi timp, energia primită de curent, datorita lucrului mecanic al compresorului (ventilatorului etc.), se pierde pentru reţeaua dată sub formă de energie cinetică sau termică la ieşirea fluidului în atmosferă (sau în alt volum).

1.2. Se disting doua feluri de pierderi ale presiunii totale (de rezistenţe hidraulice) în reţeaua de conducte:

a) Pierderi distribuite Δpd;

b) Pierderi locale Δpl.

Pierderea distribuită este provocată de vâscozitatea (atât moleculară, cât şi turbulentă) a lichidelor şi gazelor reale, care apare la mişcarea lor şi constituie rezultatul schimbului de cantitate de mişcare între molecule (în cazul mişcării laminare), precum şi între diferite particule ale straturilor învecinate ale fluidului, care se mişcă cu viteze diferite (în cazul mişcării turbulente).

1.3. Pierderile locale de presiune totală apar la perturbarea locală a curgerii normale, desprinderea curentului de pereţi, formarea vârtejurilor şi amestecarea turbulentă intensivă a curentului în locul schimbării configuraţiei conductei sau la întâlnirea şi ocolirea obstacolelor (intrarea fluidului în conductă, evazarea, contracţia, încovoierea şi derivarea curentului). Aceste fenomene intensifică schimbul de cantitate de mişcare (adică, eforturile tangenţiale de frânare), mărind disiparea de energie.

Dintre pierderile locale de presiune fac parte de asemenea şi pierderile de presiune dinamică la ieşirea fluidului din reţea în atmosferă.

1.4. Fenomenul de desprindere şi formare a vârtejurilor este legat de existenţa diferenţelor de viteze în secţiunea transversală a curentului şi a gradientului de presiune pozitic în lungul curentului. Acesta, din urmă apare, conform relaţiei lui Bernoulli, la încetinirea mişcării (de exemplu, într-un canal care se lărgeşte, dupa un cot brusc, la ocolirea corpurilor).

Diferenţa de viteze în secţiunea transversală, în cazul gradientului de presiune negativ( de exemplu mişcarea accelerată într-un canal care se îngustează), nu duce la desprinderea curentului.Pe porţiunile de îngustare lină curentul este chiar mai stabil.

1.5. Pierderile de presiune totală în orice element complex al conductei sunt nesesizabile din punct de vedere fizic. Pentru comoditatea calculului şi nu numai, aceste pierderi sunt împărţite convenţional, în aceeaşi secţiune a conductei în pierderi „locale”(Δpl) şi pierderi „distribuite” (Δpd). În acest caz se consideră ca pierderile „locale”(rezistenţele locale) sunt concentrate într-o singura secţiune, deşi în realitate ele se intind pe o lungime relativ mare, evident cu excepţia ieşirii curentului din conductă, când presiunea dinamică se pierde imediat.

1.6.Ambele feluri de pierderi se însumează dupa principiul suprapunerii efectelor, pentru care se cosidera suma lor aritmetică.

Δpr= Δpd +Δpl

Valoarea lui Δpd trebuie luată în calcul doar pentru parţile prelucrate de lungime relativ mare(derivaţii, etc.) sau atunci când această valoare este apropiată de Δpl.

1.7.La calculele hidraulice moderne se operează cu coeficientul adimensional al rezistenţei hidraulice, foarte comod prin faptul că la curenţii dinamic asemenea, pentru care se respectă asemănarea geometrică a sectoarelor şi egalitatea numerelor Reynolds ( şi a altor criterii de similitudine dacă acestea sunt importante), acesta are aceeaşi valoare independent de felul fluidului, precum şi de viteza curentului şi dimensiunea sectoarelor calculate.

1.8.Coeficientul de rezistenţă hidraulică este raportul dintre puterea totală pierdută ΔNtot pe porţiunea dată şi energia cinetică în unitatea de timp în secţiunea dată A.