Связь между давлением и скоростью потока: основные выводы

Соотношение между давлением и скоростью потока

При увеличении давления в трубе увеличивается ли расход? Имеет ли значение диаметр трубы при расчете расхода?

Качественное исследование предполагает пропорциональную связь между давлением в трубе и расходом. Предположим, что трубопровод имеет один источник давления на одном конце. Количество расходомера воды, выливающееся из крана, зависит от давления в трубе.

В этой записи блога рассматриваются ключевые аспекты взаимосвязи давления и расхода, особое внимание уделяется падению давления в кориолисовых расходомерах и диафрагмах.

Запрос предложений

Почему важны расход и давление?

Мониторинг расхода и давления необходим в следующих случаях:

Мониторинг и контроль качества воды в кранах;
Дозирование химикатов в системы очистки воды;
Обнаружение и устранение утечек;
Мониторинг потребления воды в коммерческих и жилых зданиях;
Контроль количества сбрасываемой и поступающей воды;
Мониторинг расхода воды между водохранилищами;

Соотношение между расходом и давлением

С точки зрения качественного анализа зависимость между давлением в трубе и расходом прямо пропорциональна: чем больше давление, тем выше расход.

Поток и давление: уравнение Бернулли

Даниил Бернулли впервые ввел концепцию низкого давления при низкой скорости в потоке в 1726 году. Ситуация низкого давления возникает, когда скорость высока. Вот в чем заключается принцип Бернулли.

До разработки теории сплошной среды в механике жидкости это было руководящей концепцией гидродинамики. Фундаментальным принципом является принцип сохранения энергии в механике жидкости. То есть сумма энергий движения, гравитации и давления остается неизменной.

В результате его можно использовать только с идеальными жидкостями с бесконечной плотностью и нулевой вязкостью. Принцип Бернулли использует следующее уравнение: p+1/2ρv2+ρgh=C

Где:
p = Давление в жидкости
v = Скорость потока жидкости
ρ = Плотность жидкости
g = ускорение свободного падения
h = Высота точки/горизонтального перепада
C = Константа

Для того чтобы принцип Бернулли работал, должны быть выполнены следующие предположения:

Должен быть стационарный поток (свойства жидкости не меняются со временем).
Должен быть несжимаемый поток (плотность должна быть постоянной).
Поток должен быть беспрепятственным.
Жидкость должна течь вдоль линии тока, и линии тока не должны пересекаться.

Уравнение Хагена-Пуазейля:

Определяет скорость потока для ламинарного течения в трубе, где скорость потока прямо пропорциональна разнице давления и обратно пропорциональна вязкости жидкости и длине трубы.

Уравнение Дарси-Вейсбаха:

Связывает падение давления со скоростью потока в условиях турбулентного потока с учетом шероховатости трубы и коэффициентов трения.

Что такое падение давления?

Технически и экономически падение давления (или потеря давления) показывает, сколько энергии необходимо для работы устройства. Это общий перепад давления жидкости между входом и выходом устройства.

Падение давления — это уменьшение давления от одной точки трубопровода или жидкостной системы к другой, вызванное трением или сопротивлением потоку.
Потеря давления, испытываемая жидкостью при ее движении по прямолинейному трубопроводу, называется падением давления по длине.

Термин «локальное падение давления» описывает потерю давления из-за изменения поперечного сечения потока при прохождении жидкости через отверстие клапана, колено или какое-либо другое локальное сопротивление.

Влияние падения давления на скорость потока

Падение давления происходит, когда жидкость движется через ограничение, сопротивление трения или перепады высот в трубопроводе. По мере снижения давления скорость жидкости должна увеличиваться для поддержания непрерывности массы, что влияет на измерения расхода. Высокие перепады давления могут привести к неэффективности, потерям энергии и потенциальному повреждению оборудования.

Расходомер Кориолиса, перепад давления

Причины падения давления в кориолисовых расходомерах

Несмотря на свою точность, кориолисовы расходомеры вносят падение давления в систему из-за:

Изгиб и вибрация трубок, создающие сопротивление потоку.
Внутренний диаметр счетчика может быть меньше диаметра трубопровода, что увеличивает скорость и приводит к потере давления.
Более высокая вязкость жидкости, что увеличивает сопротивление и дополнительно способствует падению давления.

Уменьшение падения давления в кориолисовых расходомерах

Выберите расходомер большего диаметра, чтобы уменьшить изменения скорости.
Установите счетчик на прямом, не имеющем ограничений участке трубопровода.
Используйте байпасную систему, если необходимо снизить падение давления, сохранив при этом точность.

Мониторинг давления и расхода в трубопроводе

Перепад давления в диафрагмах

Факторы, влияющие на перепад давления в диафрагмах:

Диаметр диафрагмы: Меньшие отверстия создают большие перепады давления.
Скорость потока: более высокая скорость увеличивает перепад давления.
Свойства жидкости: Вязкость и плотность влияют на степень потери давления.
Коэффициент бета: отношение диаметра отверстия к диаметру трубы влияет на эффективность; более низкие коэффициенты приводят к большему падению давления.

Расчеты падения давления: основные соображения

Падение давления обычно оценивается с помощью эмпирических уравнений, таких как:

Уравнение Дарси-Вейсбаха: Применимо как для ламинарного, так и для турбулентного течения.

Зависимость между расходом и падением давления можно описать уравнением Дарси-Вейсбаха, которое связывает падение давления с диаметром трубы, плотностью жидкости, скоростью потока и коэффициентом трения:

ΔP = f (L/D) (ρV^2/2)

где:
ΔP = падение давления
f = коэффициент трения
L = длина трубы
D = диаметр трубы
ρ = плотность жидкости
V = скорость потока

Уравнение показывает, что падение давления пропорционально квадрату скорости потока. Таким образом, увеличение скорости потока приведет к большему падению давления, что может быть проблематичным, если падение давления слишком велико и влияет на производительность системы.

Уравнение отверстия: Используется для устройств ограничения потока, таких как диафрагмы.

Коэффициенты расхода (Cv и Kv): Используется при калибровке клапанов и контрольно-измерительных приборов.

Снижение перепада давления при сохранении точности расхода

Выбирайте подходящие расходомеры с учетом свойств жидкости и эксплуатационных потребностей.
Оптимизируйте конструкцию трубопровода, чтобы уменьшить количество изгибов, фитингов и резких изменений диаметра.
По возможности используйте расходомеры с низким сопротивлением, такие как ультразвуковые или электромагнитные расходомеры.

Другие решения для измерения расхода

Прохождение жидкости через систему требует градиента давления между двумя точками, такими как вход и выход. Внутри системы поток прямо пропорционален давлению. Таким образом, когда возникает высокое давление, оно приводит к большей скорости потока по сравнению с более низким давлением.

Расходомеры Кориолиса, хотя и очень точны, вносят перепады давления, которые должны тщательно контролироваться. Диафрагмы, хотя и широко используются, также вызывают значительные потери давления. Анализируя соотношения давления и расхода и выбирая соответствующие измерительные приборы, отрасли могут достичь большей эффективности, надежности и экономии средств.

Если вам нужно экспертное мнение относительно расхода или давления, или какой расходомер/датчик давления лучше всего подойдет для ваших требований, свяжитесь с нашей экспертной группой в Sino-Inst. У нас есть широкий спектр решений для расходомеров, подходящих для различных применений.