Algemene beschrijving
Een vloeistof, zoals de naam al aangeeft, kenmerkt zich door zijn vermogen om te stromen. Het verschilt van een vaste stof doordat het vervormt door schuifspanning, hoe klein die schuifspanning ook mag zijn. Het enige criterium is dat er voldoende tijd moet verstrijken voordat de vervorming plaatsvindt. In die zin is een vloeistof vormloos.
Vloeistoffen kunnen worden onderverdeeld in vloeistoffen en gassen. Een vloeistof is slechts licht samendrukbaar en heeft een vrij oppervlak wanneer deze zich in een open vat bevindt. Een gas daarentegen zet altijd uit om de hele container te vullen. Een gasdamp is een gas dat zich in een toestand bevindt die dicht bij de vloeibare fase ligt.
De vloeistof waarmee de ingenieur zich hoofdzakelijk bezighoudt, is water. Dit kan tot drie procent lucht in oplossing bevatten, die bij een lagere druk dan de atmosferische druk de neiging heeft vrij te komen. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van pompen, kleppen, leidingen, enzovoort.
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.
De belangrijkste fysische eigenschappen van vloeistoffen worden als volgt beschreven:
Dichtheid (ρ)
De dichtheid van een vloeistof is de massa per eenheid volume. In het SI-stelsel wordt dit uitgedrukt in kg/m³.3.
Water heeft een maximale dichtheid van 1000 kg/m³.3bij 4 °C. De dichtheid neemt licht af bij stijgende temperatuur, maar voor praktische doeleinden is de dichtheid van water 1000 kg/m³.3.
Relatieve dichtheid is de verhouding tussen de dichtheid van een vloeistof en die van water.
Soortelijke massa (w)
De soortelijke massa van een vloeistof is de massa per eenheid volume. In het SI-systeem wordt deze uitgedrukt in N/m³.3Bij normale temperaturen is w gelijk aan 9810 N/m.3of 9,81 kN/m3(ongeveer 10 kN/m3 (voor het gemak van de berekening).
Soortelijk gewicht (SG)
De soortelijke massa van een vloeistof is de verhouding tussen de massa van een bepaald volume vloeistof en de massa van hetzelfde volume water. Het is dus ook de verhouding tussen de dichtheid van een vloeistof en de dichtheid van zuiver water, normaal gesproken gemeten bij 15 °C.
Vacuüm-aanzuigpomp voor bronwater
Modelnr.: TWP
De TWP-serie verplaatsbare, zelfaanzuigende dieselpompen voor noodgevallen is een gezamenlijk ontwerp van DRAKOS PUMP uit Singapore en REEOFLO uit Duitsland. Deze pompserie kan alle soorten schone, neutrale en corrosieve media met deeltjes verpompen. Veel problemen met traditionele zelfaanzuigende pompen worden hiermee opgelost. De unieke droogloopconstructie van deze zelfaanzuigende pomp zorgt ervoor dat deze automatisch start en herstart zonder vloeistof. De aanzuighoogte kan meer dan 9 meter bedragen. Het uitstekende hydraulische ontwerp en de unieke constructie garanderen een hoog rendement van meer dan 75%. Er zijn verschillende installatiemogelijkheden beschikbaar.
Volumemodulus (k)
Voor praktische doeleinden kunnen vloeistoffen als onsamendrukbaar worden beschouwd. Er zijn echter bepaalde gevallen, zoals onstabiele stroming in leidingen, waarbij rekening moet worden gehouden met de samendrukbaarheid. De volumemodulus van elasticiteit, k, wordt gegeven door:
waarbij p de drukverhoging is die, toegepast op een volume V, resulteert in een volumevermindering van AV. Omdat een volumevermindering gepaard moet gaan met een evenredige toename van de dichtheid, kan vergelijking 1 als volgt worden uitgedrukt:
De soortelijke weerstand van water is bij normale temperaturen en drukken ongeveer 2150 MPa. Hieruit volgt dat water ongeveer 100 keer samendrukbaarder is dan staal.
Ideale vloeistof
Een ideale of perfecte vloeistof is een vloeistof waarin geen tangentiële of schuifspanningen tussen de vloeistofdeeltjes bestaan. De krachten werken altijd loodrecht op een doorsnede en zijn beperkt tot druk- en versnellingskrachten. Geen enkele reële vloeistof voldoet volledig aan dit concept, en voor alle bewegende vloeistoffen zijn er tangentiële spanningen aanwezig die een dempend effect hebben op de beweging. Sommige vloeistoffen, waaronder water, benaderen echter een ideale vloeistof, en deze vereenvoudigde aanname maakt het mogelijk om wiskundige of grafische methoden te gebruiken bij het oplossen van bepaalde stromingsproblemen.
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.
Viscositeit
De viscositeit van een vloeistof is een maat voor de weerstand tegen tangentiële of schuifspanning. Deze ontstaat door de interactie en cohesie van vloeistofmoleculen. Alle reële vloeistoffen bezitten viscositeit, zij het in verschillende mate. De schuifspanning in een vaste stof is evenredig met de vervorming, terwijl de schuifspanning in een vloeistof evenredig is met de snelheid waarmee de vervorming optreedt. Hieruit volgt dat er geen schuifspanning kan bestaan in een vloeistof die in rust is.
Figuur 1. Viskeuze vervorming
Beschouw een vloeistof die zich bevindt tussen twee platen die zich op een zeer korte afstand y van elkaar bevinden (Fig. 1). De onderste plaat staat stil, terwijl de bovenste plaat beweegt met snelheid v. De vloeistofbeweging vindt plaats in een reeks oneindig dunne lagen of lamellen, die vrij over elkaar kunnen schuiven. Er is geen dwarsstroming of turbulentie. De laag grenzend aan de stilstaande plaat staat stil, terwijl de laag grenzend aan de bewegende plaat een snelheid v heeft. De schuifspanning of snelheidsgradiënt is dv/dy. De dynamische viscositeit, of eenvoudiger gezegd de viscositeit μ, wordt gegeven door
Zodat:
Deze uitdrukking voor de viskeuze spanning werd voor het eerst geformuleerd door Newton en staat bekend als de viscositeitsvergelijking van Newton. Vrijwel alle vloeistoffen hebben een constante evenredigheidscoëfficiënt en worden Newtoniaanse vloeistoffen genoemd.
Figuur 2. Verband tussen schuifspanning en schuifvervormingssnelheid.
Figuur 2 is een grafische weergave van vergelijking 3 en illustreert het verschillende gedrag van vaste stoffen en vloeistoffen onder schuifspanning.
De viscositeit wordt uitgedrukt in centipoise (Pa·s of Ns/m³).2).
Bij veel problemen met betrekking tot vloeistofbeweging komt de viscositeit samen met de dichtheid voor in de vorm μ/ρ (onafhankelijk van de kracht) en is het handig om een enkele term v te gebruiken, bekend als de kinematische viscositeit.
De waarde van ν voor een zware olie kan oplopen tot 900 x 10-6m2/s, terwijl voor water, dat een relatief lage viscositeit heeft, deze slechts 1,14 x 10⁻⁶ m²/s bedraagt bij 15 °C. De kinematische viscositeit van een vloeistof neemt af met toenemende temperatuur. Bij kamertemperatuur is de kinematische viscositeit van lucht ongeveer 13 keer zo hoog als die van water.
Oppervlaktespanning en capillaire werking
Opmerking:
Cohesie is de aantrekkingskracht die gelijksoortige moleculen op elkaar uitoefenen.
Adhesie is de aantrekkingskracht die verschillende moleculen op elkaar uitoefenen.
Oppervlaktespanning is de fysische eigenschap die ervoor zorgt dat een waterdruppel in een kraan in suspensie blijft, dat een vat tot iets boven de rand gevuld kan worden zonder over te lopen, of dat een naald op het oppervlak van een vloeistof blijft drijven. Al deze verschijnselen zijn te danken aan de cohesie tussen moleculen aan het oppervlak van een vloeistof die grenst aan een andere, niet-mengbare vloeistof of gas. Het is alsof het oppervlak bestaat uit een elastisch membraan, gelijkmatig gespannen, dat de neiging heeft om het oppervlak altijd te laten krimpen. Zo zien we dat gasbellen in een vloeistof en vochtdruppels in de atmosfeer ongeveer bolvormig zijn.
De oppervlaktespanningskracht over een denkbeeldige lijn aan een vrij oppervlak is evenredig met de lengte van de lijn en werkt loodrecht daarop. De oppervlaktespanning per lengte-eenheid wordt uitgedrukt in mN/m. De grootte ervan is vrij klein, ongeveer 73 mN/m voor water in contact met lucht bij kamertemperatuur. Er is een lichte afname van de oppervlaktespanning.ibij stijgende temperatuur.
In de meeste hydraulische toepassingen is oppervlaktespanning van weinig belang, omdat de bijbehorende krachten doorgaans verwaarloosbaar zijn in vergelijking met de hydrostatische en dynamische krachten. Oppervlaktespanning is alleen relevant waar een vrij oppervlak aanwezig is en de afmetingen van de grens klein zijn. In hydraulische modellen kunnen effecten van oppervlaktespanning, die in het prototype geen rol spelen, het stromingsgedrag in het model beïnvloeden. Deze bron van fouten in de simulatie moet daarom in overweging worden genomen bij de interpretatie van de resultaten.
Oppervlaktespanningseffecten zijn zeer uitgesproken bij buizen met een kleine diameter die openstaan naar de atmosfeer. Dit kunnen bijvoorbeeld manometerbuizen in een laboratorium zijn of open poriën in de bodem. Wanneer bijvoorbeeld een klein glazen buisje in water wordt gedompeld, zal blijken dat het water in het buisje omhoog komt, zoals weergegeven in figuur 3.
Het wateroppervlak in de buis, ofwel de meniscus, is naar boven toe concaaf. Dit verschijnsel staat bekend als capillaire werking, en het tangentiële contact tussen het water en het glas geeft aan dat de interne cohesie van het water kleiner is dan de adhesie tussen het water en het glas. De waterdruk in de buis, direct naast het vrije oppervlak, is lager dan de atmosferische druk.
Afbeelding 3. Capillariteit
Kwik gedraagt zich heel anders, zoals weergegeven in figuur 3(b). Omdat de cohesiekrachten groter zijn dan de adhesiekrachten, is de contacthoek groter en heeft de meniscus een bolle kant naar de atmosfeer en is deze naar beneden gedrukt. De druk vlakbij het vrije oppervlak is groter dan de atmosferische druk.
Capillaire effecten in manometers en peilglazen kunnen worden vermeden door buizen te gebruiken met een diameter van minimaal 10 mm.
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.
Dampdruk
Vloeistofmoleculen met voldoende kinetische energie worden aan het vrije oppervlak van de vloeistof uit de vloeistofmassa gestoten en gaan over in de damp. De druk die deze damp uitoefent, staat bekend als de dampdruk, P. Een temperatuurstijging gaat gepaard met een grotere moleculaire beweging en dus een toename van de dampdruk. Wanneer de dampdruk gelijk is aan de druk van het gas erboven, kookt de vloeistof. De dampdruk van water bij 15 °C is 1,72 kPa (1,72 kN/m³).2).
Atmosferische druk
De luchtdruk aan het aardoppervlak wordt gemeten met een barometer. Op zeeniveau is de gemiddelde luchtdruk 101 kPa en deze waarde wordt als standaardwaarde gehanteerd. De luchtdruk neemt af met de hoogte; op 1500 meter is deze bijvoorbeeld gereduceerd tot 88 kPa. De waterkolom die overeenkomt met de hoogte van de luchtkolom heeft een hoogte van 10,3 meter op zeeniveau en wordt vaak de waterbarometer genoemd. Deze hoogte is hypothetisch, aangezien de dampdruk van water een volledig vacuüm onmogelijk maakt. Kwik is een veel betere barometrische vloeistof, omdat de dampdruk ervan verwaarloosbaar is. Bovendien zorgt de hoge dichtheid van kwik ervoor dat de waterkolom een redelijke hoogte heeft – ongeveer 0,75 meter op zeeniveau.
Aangezien de meeste drukken die in de hydraulica voorkomen hoger zijn dan de atmosferische druk en worden gemeten met instrumenten die relatieve waarden registreren, is het handig om de atmosferische druk als referentiepunt te nemen, oftewel nul. Drukken worden dan aangeduid als overdruk wanneer ze hoger zijn dan de atmosferische druk en als vacuümdruk wanneer ze lager zijn. Als een werkelijke nuldruk als referentiepunt wordt genomen, spreekt men van absolute drukken. In hoofdstuk 5, waar NPSH wordt besproken, worden alle waarden uitgedrukt in absolute waterbarometerwaarden: zeeniveau = 0 bar, overdruk = 1 bar, absoluut = 101 kPa = 10,3 m waterkolom.
Geplaatst op: 20 maart 2024