Invoering
In het vorige hoofdstuk werd aangetoond dat exacte wiskundige formules voor de krachten die door stilstaande vloeistoffen worden uitgeoefend, gemakkelijk kunnen worden verkregen. Dit komt doordat in de hydrostatica alleen eenvoudige drukkrachten een rol spelen. Wanneer een bewegende vloeistof wordt beschouwd, wordt het analyseprobleem direct veel complexer. Niet alleen moet rekening worden gehouden met de grootte en richting van de deeltjessnelheid, maar ook met de complexe invloed van de viscositeit, die een schuif- of wrijvingsspanning veroorzaakt tussen de bewegende vloeistofdeeltjes en de begrenzende delen. De relatieve beweging die mogelijk is tussen verschillende elementen van het vloeistoflichaam zorgt ervoor dat de druk en schuifspanning aanzienlijk variëren van punt tot punt, afhankelijk van de stromingsomstandigheden. Vanwege de complexiteit van het stromingsfenomeen is een precieze wiskundige analyse slechts in een beperkt aantal, en vanuit technisch oogpunt enigszins onpraktische, gevallen mogelijk. Het is daarom noodzakelijk om stromingsproblemen op te lossen door middel van experimenten of door bepaalde vereenvoudigende aannames te maken die voldoende zijn om een theoretische oplossing te verkrijgen. De twee benaderingen sluiten elkaar niet uit, aangezien de fundamentele wetten van de mechanica altijd geldig zijn en het mogelijk maken om in verschillende belangrijke gevallen gedeeltelijk theoretische methoden toe te passen. Het is tevens belangrijk om experimenteel vast te stellen in hoeverre een vereenvoudigde analyse afwijkt van de werkelijke omstandigheden.
De meest gangbare vereenvoudigende aanname is dat de vloeistof ideaal of perfect is, waardoor de complicerende viskeuze effecten worden geëlimineerd. Dit vormt de basis van de klassieke hydrodynamica, een tak van de toegepaste wiskunde die de aandacht heeft getrokken van eminente wetenschappers als Stokes, Rayleigh, Rankine, Kelvin en Lamb. De klassieke theorie kent serieuze inherente beperkingen, maar omdat water een relatief lage viscositeit heeft, gedraagt het zich in veel situaties als een echte vloeistof. Om deze reden kan de klassieke hydrodynamica worden beschouwd als een zeer waardevolle achtergrond voor de studie van de eigenschappen van vloeistofbeweging. Dit hoofdstuk behandelt de fundamentele dynamica van vloeistofbeweging en dient als een basisinleiding op de volgende hoofdstukken die ingaan op de meer specifieke problemen die zich voordoen in de civiele techniek en hydraulica. De drie belangrijke basisvergelijkingen van vloeistofbeweging, namelijk de continuïteitsvergelijking, de Bernoulli-vergelijking en de impulsvergelijking, worden afgeleid en hun betekenis wordt uitgelegd. Vervolgens worden de beperkingen van de klassieke theorie besproken en het gedrag van een echte vloeistof beschreven. Er wordt steeds uitgegaan van een onsamendrukbare vloeistof.
Soorten stroming
De verschillende soorten vloeistofbewegingen kunnen als volgt worden ingedeeld:
1. Turbulent en laminair
2. Rotatie en irrotatie
3. Stabiel en instabiel
4. Uniform en niet-uniform.
De MVS-serie axiale pompen en de AVS-serie gemengde-stroompompen (verticale axiale en gemengde-stroom dompelpompen voor rioolwater) zijn moderne producten die succesvol zijn ontworpen met behulp van moderne buitenlandse technologie. De nieuwe pompen hebben een 20% grotere capaciteit dan de oude modellen. Het rendement is 3 tot 5% hoger.
Turbulente en laminaire stroming.
Deze termen beschrijven de fysieke aard van de stroming.
Bij turbulente stroming is de beweging van de vloeistofdeeltjes onregelmatig en vindt er een schijnbaar willekeurige uitwisseling van posities plaats. Individuele deeltjes zijn onderhevig aan fluctuerende transversale snelheden, waardoor de beweging wervelend en kronkelig is in plaats van rechtlijnig. Als kleurstof op een bepaald punt wordt geïnjecteerd, zal deze zich snel door de hele stroming verspreiden. In het geval van turbulente stroming in een pijp, bijvoorbeeld, zou een momentopname van de snelheid op een doorsnede een benaderende verdeling laten zien zoals weergegeven in figuur 1(a). De constante snelheid, zoals die zou worden gemeten met normale meetinstrumenten, is aangegeven met een stippellijn, en het is duidelijk dat turbulente stroming wordt gekenmerkt door een onstabiele, fluctuerende snelheid die is gesuperponeerd op een tijdelijke, constante gemiddelde snelheid.
Fig. 1(a) Turbulente stroming
Fig. 1(b) Laminaire stroming
Bij laminaire stroming bewegen alle vloeistofdeeltjes langs parallelle paden en is er geen transversale snelheidscomponent. De ordelijke voortgang is zodanig dat elk deeltje exact het pad volgt van het deeltje dat eraan voorafgaat, zonder enige afwijking. Een dunne kleurstofdraad blijft dus onveranderd, zonder diffusie. Er is een veel grotere transversale snelheidsgradiënt bij laminaire stroming (Fig. 1b) dan bij turbulente stroming. Bijvoorbeeld, voor een pijp is de verhouding tussen de gemiddelde snelheid V en de maximale snelheid Vmax 0,5 bij turbulente stroming en 0,05 bij laminaire stroming.
Laminaire stroming wordt geassocieerd met lage snelheden en stroperige, viskeuze vloeistoffen. In pijpleiding- en openkanaalhydraulica zijn de snelheden vrijwel altijd hoog genoeg om turbulente stroming te garanderen, hoewel er in de buurt van een vaste grens een dunne laminaire laag blijft bestaan. De wetten van laminaire stroming zijn volledig bekend en voor eenvoudige randvoorwaarden kan de snelheidsverdeling wiskundig worden geanalyseerd. Door zijn onregelmatige, pulserende karakter heeft turbulente stroming zich niet laten rigoureus wiskundig behandelen, en voor het oplossen van praktische problemen is het grotendeels noodzakelijk om te vertrouwen op empirische of semi-empirische relaties.
Modelnr.: XBC-VTP
De XBC-VTP-serie verticale brandbluspompen met lange schacht is een serie eentraps en meertraps diffusorpompen, vervaardigd volgens de nieuwste nationale norm GB6245-2006. Het ontwerp is tevens verbeterd op basis van de normen van de United States Fire Protection Association. De pompen worden voornamelijk gebruikt voor de bluswatervoorziening in de petrochemische industrie, aardgaswinning, energiecentrales, katoenindustrie, havens, de luchtvaart, magazijnen, hoogbouw en andere sectoren. Ze zijn ook geschikt voor de bevoorrading van schepen, zeetanks, blusboten en andere toepassingen.
Rotatie- en irrotatiestroming.
Er is sprake van een rotatiestroming als elk vloeistofdeeltje een hoeksnelheid heeft rond zijn eigen massamiddelpunt.
Figuur 2a toont een typische snelheidsverdeling die hoort bij turbulente stroming langs een rechte grens. Door de niet-uniforme snelheidsverdeling ondergaat een deeltje waarvan de twee assen oorspronkelijk loodrecht op elkaar stonden een vervorming bij een kleine rotatie. In figuur 2a is de stroming in een cirkelvormige stroming weergegeven.
Het pad wordt weergegeven, waarbij de snelheid recht evenredig is met de straal. De twee assen van het deeltje roteren in dezelfde richting, zodat de stroming wederom rotatieel is.
Fig. 2(a) Rotatiestroom
Voor een wervelingsvrije stroming moet de snelheidsverdeling nabij de rechte grens uniform zijn (Fig. 2b). In het geval van een stroming in een cirkelvormig pad kan worden aangetoond dat wervelingsvrije stroming alleen optreedt als de snelheid omgekeerd evenredig is met de straal. Op het eerste gezicht lijkt dit in Figuur 3 onjuist, maar een nadere beschouwing laat zien dat de twee assen in tegengestelde richtingen roteren, waardoor een compenserend effect ontstaat dat resulteert in een gemiddelde oriëntatie van de assen die onveranderd blijft ten opzichte van de beginsituatie.
Fig. 2(b) Irrotatiestroom
Omdat alle vloeistoffen viscositeit bezitten, is de wet van een echte vloeistof nooit werkelijk rotatievrij, en laminaire stroming is uiteraard sterk rotatiegevoelig. Rotatievrije stroming is dus een hypothetische toestand die van academisch belang zou zijn – ware het niet dat in veel gevallen van turbulente stroming de rotatiekarakteristieken zo onbeduidend zijn dat ze verwaarloosd kunnen worden. Dit is handig omdat het mogelijk is om rotatievrije stroming te analyseren met behulp van de eerder genoemde wiskundige concepten van de klassieke hydrodynamica.
Centrifugaal zeewater bestemmingspomp
Modelnr.: ASN ASNV
De pompen van de modellen ASN en ASNV zijn eentraps centrifugaalpompen met dubbele aanzuiging en een gesplitst spiraalvormig pomphuis. Ze worden gebruikt voor vloeistoftransport in waterleidingbedrijven, airconditioningsystemen, gebouwen, irrigatie, drainagepompstations, elektriciteitscentrales, industriële watervoorzieningssystemen, brandbestrijdingssystemen, schepen, enzovoort.
Stationaire en niet-stationaire stroming.
Een stroming wordt als stationair beschouwd wanneer de omstandigheden op elk punt constant zijn ten opzichte van de tijd. Een strikte interpretatie van deze definitie zou leiden tot de conclusie dat turbulente stroming nooit echt stationair is. Voor dit doel is het echter handig om de algemene vloeistofbeweging als criterium te beschouwen en de grillige fluctuaties die samenhangen met de turbulentie slechts als een secundaire invloed. Een duidelijk voorbeeld van stationaire stroming is een constante debiet in een leiding of open kanaal.
Hieruit volgt dat de stroming onstabiel is wanneer de omstandigheden in de tijd variëren. Een voorbeeld van onstabiele stroming is een variërende afvoer in een leiding of open kanaal; dit is meestal een tijdelijk verschijnsel dat volgt op, of wordt gevolgd door, een constante afvoer. Andere bekende voorbeelden zijn onstabiele stroming.
Voorbeelden van een meer periodiek karakter zijn golfbewegingen en de cyclische beweging van grote watermassa's bij getijstroming.
De meeste praktische problemen in de hydraulische techniek hebben betrekking op stationaire stroming. Dit is gunstig, aangezien de tijdsvariabele in niet-stationaire stroming de analyse aanzienlijk compliceert. Daarom zullen we in dit hoofdstuk de beschouwing van niet-stationaire stroming beperken tot een paar relatief eenvoudige gevallen. Het is echter belangrijk te onthouden dat verschillende veelvoorkomende gevallen van niet-stationaire stroming door middel van het principe van relatieve beweging tot een stationaire toestand kunnen worden herleid.
Een probleem waarbij een schip door stil water beweegt, kan dus worden hergeformuleerd zodat het schip stilstaat en het water in beweging is; het enige criterium voor gelijksoortig vloeistofgedrag is dat de relatieve snelheid gelijk moet zijn. Ook golfbewegingen in diep water kunnen worden gereduceerd tot...
stationaire toestand door aan te nemen dat een waarnemer met dezelfde snelheid als de golven meebeweegt.
Dieselmotor verticale turbine meertraps centrifugaal inline as waterafvoerpomp. Dit type verticale afvoerpomp wordt voornamelijk gebruikt voor het verpompen van corrosievrij afvalwater met een temperatuur lager dan 60 °C en een gehalte aan zwevende deeltjes (exclusief vezels en zand) van minder dan 150 mg/L. De VTP-type verticale afvoerpomp is een verticale waterpomp met een opbouw en kraag, waarbij de buizen met water worden gesmeerd. De pomp kan afvalwater met een temperatuur lager dan 60 °C verwerken en een bepaalde hoeveelheid vaste deeltjes (zoals schrootijzer, fijn zand, steenkool, enz.) bevatten.
Gelijkmatige en niet-gelijkmatige stroming.
Er is sprake van een uniforme stroming wanneer de grootte en richting van de snelheidsvector niet variëren tussen verschillende punten langs het stroompad. Om aan deze definitie te voldoen, moeten zowel het stroomoppervlak als de snelheid op elke dwarsdoorsnede gelijk zijn. Een niet-uniforme stroming treedt op wanneer de snelheidsvector varieert met de locatie; een typisch voorbeeld hiervan is de stroming tussen convergerende of divergerende grenzen.
Beide alternatieve stromingscondities komen vaak voor in de hydraulica van open kanalen, hoewel ze strikt genomen, omdat een uniforme stroming asymptotisch altijd wordt benaderd, een ideale toestand is die slechts wordt benaderd en nooit daadwerkelijk wordt bereikt. Het is belangrijk op te merken dat de condities betrekking hebben op de ruimte in plaats van de tijd en daarom in gevallen van gesloten stroming (bijv. leidingen onder druk) vrijwel onafhankelijk zijn van het stationaire of niet-stationaire karakter van de stroming.
Geplaatst op: 29 maart 2024