Allgemeine Beschreibung
Ein Fluid zeichnet sich, wie der Name schon sagt, durch seine Fließfähigkeit aus. Es unterscheidet sich von einem Festkörper dadurch, dass es sich aufgrund von Scherspannungen verformt, selbst wenn diese noch so gering sind. Entscheidend ist lediglich, dass genügend Zeit für die Verformung vergeht. In diesem Sinne ist ein Fluid formlos.
Fluide lassen sich in Flüssigkeiten und Gase unterteilen. Eine Flüssigkeit ist nur geringfügig komprimierbar und besitzt in einem offenen Gefäß eine freie Oberfläche. Ein Gas hingegen dehnt sich stets aus und füllt den gesamten Behälter aus. Dampf ist ein Gas, das sich im Zustand nahe an der Flüssigkeit befindet.
Die Flüssigkeit, mit der sich der Ingenieur hauptsächlich befasst, ist Wasser. Sie kann bis zu drei Prozent gelöste Luft enthalten, die bei Unterdruck entweicht. Dies muss bei der Konstruktion von Pumpen, Ventilen, Rohrleitungen usw. berücksichtigt werden.
Vertikale Turbinen-Mehrstufen-Kreiselpumpe mit Wellenantrieb für Dieselmotoren. Diese vertikale Entwässerungspumpe wird hauptsächlich zum Pumpen von nicht korrosiven Abwässern mit einer Temperatur unter 60 °C und einem Gehalt an Schwebstoffen (ohne Fasern und Sand) von unter 150 mg/l eingesetzt. Die vertikale Entwässerungspumpe vom Typ VTP ist eine vertikale Wasserpumpe mit einem erhöhten Schaft und einem Kragen, deren Rohre mit Wasser geschmiert werden. Sie kann Abwässer mit einer Temperatur unter 60 °C fördern, die Feststoffe (wie z. B. Schrott, Feinsand, Kohle usw.) enthalten.
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten werden wie folgt beschrieben:
Dichte (ρ)
Die Dichte einer Flüssigkeit ist ihre Masse pro Volumeneinheit. Im SI-System wird sie in kg/m³ angegeben.3.
Wasser hat seine maximale Dichte von 1000 kg/m³.3bei 4 °C. Die Dichte nimmt mit steigender Temperatur leicht ab, aber für praktische Zwecke beträgt die Dichte von Wasser 1000 kg/m³.3.
Die relative Dichte ist das Verhältnis der Dichte einer Flüssigkeit zu der von Wasser.
Spezifische Masse (w)
Die spezifische Masse eines Fluids ist seine Masse pro Volumeneinheit. Im Siliziumsystem wird sie in N/m³ angegeben.3Bei normalen Temperaturen beträgt w 9810 N/m².3oder 9,81 kN/m3(ungefähr 10 kN/m3 (zur Vereinfachung der Berechnung).
Spezifisches Gewicht (SG)
Die relative Dichte einer Flüssigkeit ist das Verhältnis der Masse eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens zur Masse desselben Volumens Wasser. Sie entspricht somit auch dem Verhältnis der Dichte der Flüssigkeit zur Dichte von reinem Wasser, üblicherweise bei einer Temperatur von 15 °C.
Modellnr.: TWP
Die mobilen, selbstansaugenden Brunnenpumpen der TWP-Serie mit Dieselmotor für Notfälle wurden gemeinsam von DRAKOS PUMP (Singapur) und REEOFLO (Deutschland) entwickelt. Diese Pumpenserie fördert alle Arten von sauberen, neutralen und korrosiven Medien mit Partikeln. Sie behebt viele Probleme herkömmlicher selbstansaugender Pumpen. Dank ihrer einzigartigen Trockenlaufkonstruktion startet und wieder an, auch ohne Flüssigkeit. Die Saughöhe beträgt über 9 m. Die exzellente Hydraulik und die einzigartige Konstruktion gewährleisten einen Wirkungsgrad von über 75 %. Verschiedene Installationsoptionen sind verfügbar.
Kompressionsmodul (k)
Für praktische Zwecke können Flüssigkeiten als inkompressibel betrachtet werden. Es gibt jedoch Fälle, wie beispielsweise instationäre Strömungen in Rohren, in denen die Kompressibilität berücksichtigt werden muss. Der Kompressionsmodul k ist gegeben durch:
Dabei ist p die Druckerhöhung, die, angewendet auf ein Volumen V, zu einer Volumenverringerung AV führt. Da eine Volumenverringerung mit einer proportionalen Dichteerhöhung einhergehen muss, kann Gleichung 1 wie folgt ausgedrückt werden:
Für Wasser beträgt der k-Wert bei normalen Temperaturen und Drücken ungefähr 2150 MPa. Daraus folgt, dass Wasser etwa 100-mal kompressibler ist als Stahl.
Ideale Flüssigkeit
Ein ideales Fluid ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fluidpartikeln keine Tangential- oder Scherspannungen auftreten. Die Kräfte wirken stets senkrecht auf einen Querschnitt und beschränken sich auf Druck- und Beschleunigungskräfte. Kein reales Fluid entspricht diesem Konzept vollständig; bei allen Fluiden in Bewegung treten Tangentialspannungen auf, die die Bewegung dämpfen. Einige Flüssigkeiten, darunter Wasser, verhalten sich jedoch nahezu ideal, und diese vereinfachende Annahme ermöglicht die Anwendung mathematischer oder grafischer Methoden zur Lösung bestimmter Strömungsprobleme.
Vertikale Turbinen-Feuerlöschpumpe
Modellnr.: XBC-VTP
Die vertikalen Langschaft-Feuerlöschpumpen der XBC-VTP-Serie sind ein- und mehrstufige Diffusorpumpen, die gemäß der aktuellen nationalen Norm GB6245-2006 gefertigt werden. Zusätzlich wurde das Design unter Berücksichtigung der Standards der United States Fire Protection Association (USPA) optimiert. Sie werden hauptsächlich zur Löschwasserversorgung in der Petrochemie, der Erdgasindustrie, Kraftwerken, der Textilindustrie, in Häfen, der Luftfahrt, Lagerhallen, Hochhäusern und anderen Branchen eingesetzt. Darüber hinaus eignen sie sich für die Versorgung von Schiffen, Seetanks und Feuerlöschschiffen.
Viskosität
Die Viskosität einer Flüssigkeit ist ein Maß für ihren Widerstand gegen tangentiale oder Scherspannungen. Sie entsteht durch die Wechselwirkung und den Zusammenhalt der Flüssigkeitsmoleküle. Alle realen Flüssigkeiten besitzen Viskosität, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß. Die Scherspannung in einem Festkörper ist proportional zur Scherverformung, während die Scherspannung in einer Flüssigkeit proportional zur Scherverformungsrate ist. Daraus folgt, dass in einer ruhenden Flüssigkeit keine Scherspannung auftreten kann.
Abb. 1. Viskose Deformation
Betrachten wir eine Flüssigkeit, die zwischen zwei Platten eingeschlossen ist, die sich im Abstand y befinden (Abb. 1). Die untere Platte ist stationär, während sich die obere Platte mit der Geschwindigkeit v bewegt. Die Flüssigkeitsbewegung erfolgt in einer Reihe unendlich dünner Schichten oder Laminae, die frei übereinander gleiten können. Es gibt keine Querströmung oder Turbulenzen. Die Schicht an der stationären Platte ruht, während die Schicht an der bewegten Platte die Geschwindigkeit v aufweist. Die Scherverformungsrate bzw. der Geschwindigkeitsgradient beträgt dv/dy. Die dynamische Viskosität oder, einfacher, die Viskosität μ ist gegeben durch
So dass:
Dieser Ausdruck für die viskose Spannung wurde erstmals von Newton aufgestellt und ist als Newtonsche Viskositätsgleichung bekannt. Fast alle Flüssigkeiten besitzen einen konstanten Proportionalitätskoeffizienten und werden als Newtonsche Flüssigkeiten bezeichnet.
Abb. 2. Zusammenhang zwischen Scherspannung und Scherverformungsgeschwindigkeit.
Abbildung 2 ist eine grafische Darstellung von Gleichung 3 und veranschaulicht das unterschiedliche Verhalten von Festkörpern und Flüssigkeiten unter Scherspannung.
Die Viskosität wird in Centipoise (Pa·s oder Ns/m²) angegeben.2).
Bei vielen Problemen im Zusammenhang mit der Bewegung von Flüssigkeiten tritt die Viskosität zusammen mit der Dichte in der Form μ/p (unabhängig von der Kraft) auf, und es ist zweckmäßig, einen einzigen Term v zu verwenden, der als kinematische Viskosität bekannt ist.
Der Wert von ν für ein Schweröl kann bis zu 900 x 10 betragen.-6m2Die kinematische Viskosität von Luft beträgt hingegen nur 1,14 × 10⁻³ m²/s bei 15 °C, im Gegensatz zu Wasser, das eine relativ niedrige Viskosität aufweist. Die kinematische Viskosität einer Flüssigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei Raumtemperatur ist die kinematische Viskosität von Luft etwa 13-mal so hoch wie die von Wasser.
Oberflächenspannung und Kapillarität
Notiz:
Kohäsion ist die Anziehungskraft, die ähnliche Moleküle zueinander haben.
Adhäsion ist die Anziehungskraft, die ungleiche Moleküle zueinander haben.
Die Oberflächenspannung ist die physikalische Eigenschaft, die es einem Wassertropfen ermöglicht, an einem Wasserhahn in der Schwebe zu bleiben, ein Gefäß bis knapp über den Rand mit Flüssigkeit zu füllen, ohne dass etwas überläuft, oder eine Nadel auf der Oberfläche einer Flüssigkeit zu schwimmen. All diese Phänomene beruhen auf dem Zusammenhalt der Moleküle an der Oberfläche einer Flüssigkeit, die an eine andere, nicht mischbare Flüssigkeit oder ein Gas angrenzt. Es ist, als bestünde die Oberfläche aus einer elastischen, gleichmäßig gespannten Membran, die stets dazu neigt, ihre Fläche zu verkleinern. Daher sind Gasblasen in einer Flüssigkeit und Feuchtigkeitströpfchen in der Atmosphäre annähernd kugelförmig.
Die Oberflächenspannung entlang einer beliebigen gedachten Linie an einer freien Oberfläche ist proportional zur Länge dieser Linie und wirkt senkrecht dazu. Die Oberflächenspannung pro Längeneinheit wird in mN/m angegeben. Ihr Wert ist recht gering und beträgt etwa 73 mN/m für Wasser in Kontakt mit Luft bei Raumtemperatur. Es gibt eine leichte Abnahme der Oberflächenspannung bei längeren Wasseroberflächen.imit steigender Temperatur.
In den meisten Anwendungen der Hydraulik ist die Oberflächenspannung von geringer Bedeutung, da die damit verbundenen Kräfte im Vergleich zu den hydrostatischen und dynamischen Kräften vernachlässigbar sind. Die Oberflächenspannung ist nur dann relevant, wenn eine freie Oberfläche vorliegt und die Abmessungen der Begrenzungen klein sind. Daher können Oberflächenspannungseffekte, die im realen System keine Rolle spielen, bei hydraulischen Modellen das Strömungsverhalten beeinflussen. Diese Fehlerquelle in der Simulation muss bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden.
Die Auswirkungen der Oberflächenspannung sind bei dünnen, zur Atmosphäre offenen Röhren besonders ausgeprägt. Beispiele hierfür sind Manometerrohre im Labor oder offene Poren im Boden. Taucht man beispielsweise ein kleines Glasrohr in Wasser, steigt das Wasser im Inneren des Rohrs an, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Die Wasseroberfläche im Röhrchen, der sogenannte Meniskus, ist nach oben konkav. Dieses Phänomen wird als Kapillarität bezeichnet. Der tangentiale Kontakt zwischen Wasser und Glas zeigt an, dass die innere Kohäsion des Wassers geringer ist als die Adhäsion zwischen Wasser und Glas. Der Wasserdruck im Röhrchen nahe der freien Oberfläche ist geringer als der Atmosphärendruck.
Abb. 3. Kapillarität
Quecksilber verhält sich deutlich anders, wie in Abbildung 3(b) dargestellt. Da die Kohäsionskräfte größer sind als die Adhäsionskräfte, ist der Kontaktwinkel größer, und der Meniskus weist eine konvexe Seite zur Atmosphäre hin auf und ist eingedrückt. Der Druck an der freien Oberfläche ist höher als der Atmosphärendruck.
Kapillareffekte in Manometern und Schaugläsern können vermieden werden, indem man Röhrchen mit einem Durchmesser von mindestens 10 mm verwendet.
Zentrifugalpumpe für Meerwasser
Modellnr.: ASN ASNV
Die Pumpen der Modelle ASN und ASNV sind einstufige, doppelseitig saugende Kreiselpumpen mit geteiltem Spiralgehäuse und werden für den Flüssigkeitstransport in Wasserwerken, Klimaanlagen, Gebäuden, Bewässerungsanlagen, Entwässerungspumpstationen, Kraftwerken, industriellen Wasserversorgungssystemen, Feuerlöschanlagen, Schiffen, Gebäuden usw. eingesetzt.
Dampfdruck
Flüssigkeitsmoleküle mit ausreichender kinetischer Energie werden an der freien Oberfläche aus dem Flüssigkeitskörper herausgeschleudert und gehen in den Dampf über. Der vom Dampf ausgeübte Druck wird als Dampfdruck P bezeichnet. Mit steigender Temperatur nimmt die Molekülbewegung zu, wodurch der Dampfdruck steigt. Sobald der Dampfdruck dem Druck des darüber liegenden Gases entspricht, siedet die Flüssigkeit. Der Dampfdruck von Wasser bei 15 °C beträgt 1,72 kPa (1,72 kN/m²).2).
Atmosphärischer Druck
Der Luftdruck an der Erdoberfläche wird mit einem Barometer gemessen. Auf Meereshöhe beträgt der durchschnittliche Luftdruck 101 kPa und ist auf diesen Wert standardisiert. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck ab; beispielsweise sinkt er in 1500 m Höhe auf 88 kPa. Die Wassersäule, die dem Luftdruck entspricht, hat auf Meereshöhe eine Höhe von 10,3 m und wird daher oft als Wasserbarometer bezeichnet. Diese Höhe ist jedoch hypothetisch, da der Dampfdruck von Wasser ein vollständiges Vakuum verhindern würde. Quecksilber ist eine wesentlich bessere barometrische Flüssigkeit, da sein Dampfdruck vernachlässigbar ist. Seine hohe Dichte führt außerdem zu einer relativ hohen Säule von etwa 0,75 m auf Meereshöhe.
Da die meisten in der Hydraulik auftretenden Drücke über dem Atmosphärendruck liegen und mit Instrumenten gemessen werden, die relativ erfassen, ist es sinnvoll, den Atmosphärendruck als Bezugspunkt (Nullpunkt) zu betrachten. Drücke über dem Atmosphärendruck werden als Überdruck, Drücke darunter als Unterdruck bezeichnet. Wird der wahre Nullpunkt als Bezugspunkt festgelegt, spricht man von absoluten Drücken. In Kapitel 5, in dem der NPSH-Wert (Normaldruck-Höchstdruck) behandelt wird, sind alle Werte in absoluten Wassersäulen ausgedrückt: 0 bar Überdruck = 1 bar absolut = 101 kPa = 10,3 m Wassersäule.
Veröffentlichungsdatum: 20. März 2024