Introduzione
Nel capitolo precedente si è dimostrato che è possibile ottenere facilmente soluzioni matematiche precise per le forze esercitate dai fluidi a riposo. Questo perché in idrostatica sono coinvolte solo semplici forze di pressione. Quando si considera un fluido in movimento, il problema di analisi diventa immediatamente molto più complesso. Non solo occorre tenere conto dell'intensità e della direzione della velocità delle particelle, ma anche della complessa influenza della viscosità, che causa uno sforzo di taglio o di attrito tra le particelle di fluido in movimento e ai confini del contenitore. Il moto relativo possibile tra i diversi elementi del corpo fluido fa sì che la pressione e lo sforzo di taglio varino considerevolmente da un punto all'altro a seconda delle condizioni di flusso. A causa della complessità associata al fenomeno del flusso, un'analisi matematica precisa è possibile solo in pochi casi, peraltro piuttosto impraticabili dal punto di vista ingegneristico. È quindi necessario risolvere i problemi di flusso mediante sperimentazione o mediante opportune semplificazioni che consentano di ottenere una soluzione teorica. I due approcci non si escludono a vicenda, poiché le leggi fondamentali della meccanica sono sempre valide e permettono di adottare metodi parzialmente teorici in diversi casi importanti. È inoltre importante accertare sperimentalmente l'entità della deviazione dalle condizioni reali conseguente a un'analisi semplificata.
L'ipotesi semplificativa più comune è che il fluido sia ideale o perfetto, eliminando così gli effetti viscosi che complicano il problema. Questa è la base dell'idrodinamica classica, una branca della matematica applicata che ha ricevuto l'attenzione di eminenti studiosi come Stokes, Rayleigh, Rankine, Kelvin e Lamb. La teoria classica presenta seri limiti intrinseci, ma poiché l'acqua ha una viscosità relativamente bassa, si comporta come un fluido reale in molte situazioni. Per questo motivo, l'idrodinamica classica può essere considerata un fondamento prezioso per lo studio delle caratteristiche del moto dei fluidi. Il presente capitolo si occupa della dinamica fondamentale del moto dei fluidi e funge da introduzione di base ai capitoli successivi che trattano i problemi più specifici incontrati nell'idraulica dell'ingegneria civile. Vengono derivate le tre equazioni fondamentali del moto dei fluidi, ovvero l'equazione di continuità, l'equazione di Bernoulli e l'equazione della quantità di moto, e ne viene spiegato il significato. Successivamente, vengono considerati i limiti della teoria classica e viene descritto il comportamento di un fluido reale. Si assume che il fluido sia incomprimibile.
Tipi di flusso
I vari tipi di movimento dei fluidi possono essere classificati come segue:
1. Turbolento e laminare
2. Rotazionale e irrotazionale
3. Stabile e instabile
4. Uniformi e non uniformi.
Pompa sommersa per acque reflue
Le pompe assiali della serie MVS e le pompe a flusso misto della serie AVS (pompe sommergibili per acque reflue a flusso assiale verticale e a flusso misto) sono prodotti moderni progettati con successo grazie all'adozione di tecnologie all'avanguardia straniere. La capacità delle nuove pompe è superiore del 20% rispetto ai modelli precedenti. L'efficienza è superiore del 3-5%.
Flusso turbolento e laminare.
Questi termini descrivono la natura fisica del flusso.
Nel flusso turbolento, la progressione delle particelle fluide è irregolare e si verifica un apparente scambio casuale di posizioni. Le singole particelle sono soggette a velocità trasversali fluttuanti, cosicché il movimento è vorticoso e sinuoso piuttosto che rettilineo. Se si inietta un colorante in un certo punto, questo si diffonderà rapidamente in tutto il flusso. Nel caso di un flusso turbolento in un tubo, ad esempio, una registrazione istantanea della velocità in una sezione rivelerebbe una distribuzione approssimativa come quella mostrata in Figura 1(a). La velocità stazionaria, come verrebbe registrata dai normali strumenti di misura, è indicata con un contorno tratteggiato, ed è evidente che il flusso turbolento è caratterizzato da una velocità fluttuante non stazionaria sovrapposta a una media temporale stazionaria.
Figura 1(a) Flusso turbolento
Figura 1(b) Flusso laminare
Nel flusso laminare tutte le particelle di fluido si muovono lungo traiettorie parallele e non vi è alcuna componente trasversale della velocità. La progressione ordinata è tale che ogni particella segue esattamente la traiettoria della particella che la precede, senza alcuna deviazione. Pertanto, un sottile filamento di colorante rimarrà tale senza diffondersi. Nel flusso laminare (Fig. 1b) si ha un gradiente di velocità trasversale molto maggiore rispetto al flusso turbolento. Ad esempio, per un tubo, il rapporto tra la velocità media V e la velocità massima Vmax è 0,5 nel flusso turbolento e 0,05 nel flusso laminare.
Il flusso laminare è associato a basse velocità e fluidi viscosi e lenti. Nell'idraulica di condotte e canali aperti, le velocità sono quasi sempre sufficientemente elevate da garantire un flusso turbolento, sebbene un sottile strato laminare persista in prossimità di una superficie solida. Le leggi del flusso laminare sono pienamente comprese e, per semplici condizioni al contorno, la distribuzione della velocità può essere analizzata matematicamente. A causa della sua natura pulsante e irregolare, il flusso turbolento ha resistito a un trattamento matematico rigoroso e, per la soluzione di problemi pratici, è necessario fare affidamento in larga misura su relazioni empiriche o semi-empiriche.
Pompa antincendio a turbina verticale
Modello n.: XBC-VTP
Le pompe antincendio verticali ad albero lungo della serie XBC-VTP sono pompe a diffusione monostadio e multistadio, prodotte in conformità con la più recente norma nazionale GB6245-2006. Abbiamo inoltre migliorato il design prendendo come riferimento lo standard della United States Fire Protection Association. Sono utilizzate principalmente per l'approvvigionamento idrico antincendio in settori quali petrolchimico, del gas naturale, centrali elettriche, tessile, portuale, aeronautico, della logistica, degli edifici multipiano e altri. Possono essere impiegate anche per navi, serbatoi marittimi, navi antincendio e altre applicazioni.
Flusso rotazionale e irrotazionale.
Si dice che il flusso è rotazionale se ogni particella di fluido possiede una velocità angolare attorno al proprio centro di massa.
La Figura 2a mostra una tipica distribuzione di velocità associata al flusso turbolento attorno a un confine rettilineo. A causa della distribuzione di velocità non uniforme, una particella con i suoi due assi originariamente perpendicolari subisce una deformazione con un piccolo grado di rotazione. Nella Figura 2a, il flusso in un cerchio
Viene raffigurata la traiettoria, con la velocità direttamente proporzionale al raggio. I due assi della particella ruotano nella stessa direzione, quindi il flusso è nuovamente rotazionale.
Figura 2(a) Flusso rotazionale
Affinché il flusso sia irrotazionale, la distribuzione della velocità adiacente al confine rettilineo deve essere uniforme (Fig. 2b). Nel caso di un flusso in un percorso circolare, si può dimostrare che il flusso irrotazionale si verifica solo se la velocità è inversamente proporzionale al raggio. A prima vista, osservando la Figura 3, questo potrebbe sembrare errato, ma un esame più attento rivela che i due assi ruotano in direzioni opposte, creando un effetto compensatorio che determina un orientamento medio degli assi invariato rispetto allo stato iniziale.
Figura 2(b) Flusso irrotazionale
Poiché tutti i fluidi possiedono viscosità, il moto di un fluido reale non è mai veramente irrotazionale, e il flusso laminare è ovviamente fortemente rotazionale. Pertanto, il flusso irrotazionale è una condizione ipotetica che sarebbe di interesse puramente accademico, se non fosse per il fatto che in molti casi di flusso turbolento le caratteristiche rotazionali sono così insignificanti da poter essere trascurate. Questo è conveniente perché è possibile analizzare il flusso irrotazionale per mezzo dei concetti matematici dell'idrodinamica classica a cui si è fatto riferimento in precedenza.
Pompa centrifuga per acqua di mare
Numero di modello: ASN ASNV
Le pompe modello ASN e ASNV sono pompe centrifughe a singolo stadio a doppia aspirazione con corpo a voluta divisa, utilizzate per il trasporto di liquidi in impianti idrici, sistemi di circolazione per l'aria condizionata, edilizia, irrigazione, stazioni di pompaggio per il drenaggio, centrali elettriche, sistemi di approvvigionamento idrico industriale, sistemi antincendio, navi, edifici e così via.
Flusso costante e flusso non costante.
Si dice che un flusso è stazionario quando le condizioni in qualsiasi punto sono costanti nel tempo. Un'interpretazione rigorosa di questa definizione porterebbe alla conclusione che un flusso turbolento non è mai stato veramente stazionario. Tuttavia, ai fini del presente studio, è conveniente considerare il moto generale del fluido come criterio e le fluttuazioni erratiche associate alla turbolenza come un'influenza secondaria. Un esempio ovvio di flusso stazionario è una portata costante in un condotto o in un canale aperto.
Di conseguenza, il flusso è instabile quando le condizioni variano nel tempo. Un esempio di flusso instabile è una portata variabile in un condotto o in un canale aperto; questo è solitamente un fenomeno transitorio successivo o seguito da una portata costante. Altri esempi familiari
Esempi di natura più periodica sono il moto ondoso e il movimento ciclico di grandi masse d'acqua nelle maree.
La maggior parte dei problemi pratici nell'ingegneria idraulica riguarda il flusso stazionario. Questo è un aspetto positivo, poiché la variabile tempo nel flusso non stazionario complica considerevolmente l'analisi. Pertanto, in questo capitolo, la considerazione del flusso non stazionario sarà limitata ad alcuni casi relativamente semplici. È importante tuttavia tenere presente che diverse situazioni comuni di flusso non stazionario possono essere ricondotte allo stato stazionario in virtù del principio del moto relativo.
Pertanto, un problema che coinvolge un'imbarcazione che si muove attraverso acqua ferma può essere riformulato in modo che l'imbarcazione sia stazionaria e l'acqua sia in movimento; l'unico criterio per la somiglianza del comportamento del fluido è che la velocità relativa sia la stessa. Ancora una volta, il moto ondoso in acque profonde può essere ridotto a
stato stazionario ipotizzando che un osservatore si muova con le onde alla stessa velocità.
Motore diesel, turbina verticale, pompa centrifuga multistadio ad albero in linea per drenaggio dell'acqua. Questo tipo di pompa di drenaggio verticale è utilizzato principalmente per il pompaggio di acque reflue o di scarico non corrosive, a temperature inferiori a 60 °C e con un contenuto di solidi sospesi (escluse fibre e sabbia fine) inferiore a 150 mg/L. La pompa di drenaggio verticale di tipo VTP è una pompa per acqua verticale di tipo VTP e, sulla base dell'aumento e del collare, imposta la lubrificazione dell'olio del tubo ad acqua. Può inviare acque reflue o di scarico contenenti una certa quantità di solidi granulari (come rottami di ferro, sabbia fine, carbone, ecc.) a temperature inferiori a 60 °C.
Flusso uniforme e non uniforme.
Si dice che il flusso è uniforme quando non vi è alcuna variazione nell'intensità e nella direzione del vettore velocità da un punto all'altro lungo il percorso del flusso. Affinché questa definizione sia valida, sia l'area di flusso che la velocità devono essere le stesse in ogni sezione trasversale. Il flusso non uniforme si verifica quando il vettore velocità varia con la posizione, un esempio tipico è il flusso tra confini convergenti o divergenti.
Entrambe queste condizioni alternative di flusso sono comuni nell'idraulica a canale aperto, sebbene, a rigor di termini, poiché il flusso uniforme viene sempre raggiunto asintoticamente, si tratti di uno stato ideale a cui ci si avvicina soltanto e che non viene mai effettivamente raggiunto. Va notato che le condizioni si riferiscono allo spazio piuttosto che al tempo e quindi, nei casi di flusso in un ambiente chiuso (ad esempio, tubi in pressione), sono del tutto indipendenti dalla natura stazionaria o non stazionaria del flusso.
Data di pubblicazione: 29 marzo 2024