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Einführung
Im vorherigen Kapitel wurde gezeigt, dass exakte mathematische Berechnungen der Kräfte ruhender Flüssigkeiten leicht möglich sind. Dies liegt daran, dass in der Hydrostatik nur einfache Druckkräfte wirken. Betrachtet man eine bewegte Flüssigkeit, gestaltet sich die Analyse deutlich komplexer. Nicht nur Größe und Richtung der Partikelgeschwindigkeit müssen berücksichtigt werden, sondern auch der komplexe Einfluss der Viskosität, die Scher- oder Reibungsspannungen zwischen den bewegten Flüssigkeitspartikeln und den umgebenden Grenzflächen verursacht. Die mögliche Relativbewegung zwischen verschiedenen Elementen des Flüssigkeitskörpers führt dazu, dass Druck und Scherspannung je nach Strömungsbedingungen von Punkt zu Punkt stark variieren. Aufgrund der Komplexität des Strömungsphänomens ist eine präzise mathematische Analyse nur in wenigen und aus technischer Sicht unpraktischen Fällen möglich. Daher müssen Strömungsprobleme entweder experimentell oder durch bestimmte vereinfachende Annahmen gelöst werden, die für eine theoretische Lösung ausreichen. Beide Ansätze schließen sich nicht gegenseitig aus, da die Grundgesetze der Mechanik stets gültig sind und in einigen wichtigen Fällen die Anwendung partiell theoretischer Methoden ermöglichen. Darüber hinaus ist es wichtig, das Ausmaß der Abweichung von den tatsächlichen Bedingungen infolge einer vereinfachten Analyse experimentell festzustellen.
Die gängigste vereinfachende Annahme ist, dass die Flüssigkeit ideal oder perfekt ist, wodurch die komplizierenden Viskositätseffekte eliminiert werden. Dies ist die Grundlage der klassischen Hydrodynamik, einem Zweig der angewandten Mathematik, der von so bedeutenden Wissenschaftlern wie Stokes, Rayleigh, Rankine, Kelvin und Lamb erforscht wurde. Die klassische Theorie weist zwar gravierende inhärente Einschränkungen auf, doch da Wasser eine relativ niedrige Viskosität besitzt, verhält es sich in vielen Situationen wie eine reale Flüssigkeit. Daher kann die klassische Hydrodynamik als äußerst wertvoller Hintergrund für das Studium der Eigenschaften von Flüssigkeitsbewegungen angesehen werden. Dieses Kapitel befasst sich mit der grundlegenden Dynamik von Flüssigkeitsbewegungen und dient als grundlegende Einführung in die nachfolgenden Kapitel, die sich mit den spezifischeren Problemen der Bauhydraulik befassen. Die drei wichtigen Grundgleichungen der Flüssigkeitsbewegung, nämlich die Kontinuitäts-, Bernoulli- und Impulsgleichung, werden hergeleitet und ihre Bedeutung erläutert. Anschließend werden die Einschränkungen der klassischen Theorie betrachtet und das Verhalten einer realen Flüssigkeit beschrieben. Es wird durchgehend von einer inkompressiblen Flüssigkeit ausgegangen.
Strömungsarten
Die verschiedenen Arten der Flüssigkeitsbewegung können wie folgt klassifiziert werden:
1.Turbulent und laminar
2.Rotational und irrotational
3.Stetig und instabil
4. Einheitlich und uneinheitlich.
Axialpumpen der MVS-Serie und Mischpumpen der AVS-Serie (vertikale Axialpumpen und Misch-Tauch-Abwasserpumpen) sind moderne Produkte, die erfolgreich mithilfe moderner ausländischer Technologie entwickelt wurden. Die Kapazität der neuen Pumpen ist 20 % höher als die der alten. Der Wirkungsgrad ist 3–5 % höher als bei den alten Pumpen.
Turbulente und laminare Strömung.
Diese Begriffe beschreiben die physikalische Natur der Strömung.
Bei turbulenter Strömung ist die Bewegung der Flüssigkeitspartikel unregelmäßig, und es kommt zu einem scheinbar zufälligen Positionswechsel. Einzelne Partikel unterliegen schwankenden Quergeschwindigkeiten, sodass die Bewegung wirbelnd und gewunden statt geradlinig verläuft. Wird an einer bestimmten Stelle Farbstoff injiziert, verteilt er sich rasch im gesamten Strömungsstrom. Bei turbulenter Strömung in einem Rohr beispielsweise würde eine Momentaufnahme der Geschwindigkeit an einem Abschnitt eine ungefähre Verteilung wie in Abbildung 1(a) zeigen. Die konstante Geschwindigkeit, wie sie von herkömmlichen Messgeräten erfasst würde, ist gepunktet dargestellt. Es ist ersichtlich, dass turbulente Strömung durch eine instationär schwankende Geschwindigkeit gekennzeichnet ist, die einem zeitlich konstanten Mittelwert überlagert ist.
Abb. 1(a) Turbulente Strömung
Abb. 1(b) Laminare Strömung
Bei einer laminaren Strömung bewegen sich alle Flüssigkeitspartikel parallel, ohne dass eine transversale Geschwindigkeitskomponente auftritt. Der geordnete Verlauf ist so, dass jedes Partikel exakt der Bahn des vorhergehenden Partikels folgt, ohne abzuweichen. So bleibt ein dünner Farbstofffaden als solcher erhalten, ohne zu diffundieren. Der transversale Geschwindigkeitsgradient ist bei einer laminaren Strömung (Abb. 1b) deutlich größer als bei einer turbulenten Strömung. Beispielsweise beträgt bei einer Rohrleitung das Verhältnis der mittleren Geschwindigkeit V zur maximalen Geschwindigkeit V max 0,5 bei turbulenter Strömung und 0,05 bei laminarer Strömung.
Laminare Strömungen treten bei niedrigen Geschwindigkeiten und viskosen, trägen Flüssigkeiten auf. In Rohrleitungen und offenen Gerinnen sind die Geschwindigkeiten fast immer ausreichend hoch, um eine turbulent wirkende Strömung zu gewährleisten, obwohl in der Nähe fester Randbedingungen eine dünne laminare Schicht verbleibt. Die Gesetze der laminaren Strömung sind vollständig verstanden, und bei einfachen Randbedingungen lässt sich die Geschwindigkeitsverteilung mathematisch analysieren. Aufgrund ihrer unregelmäßig pulsierenden Natur entzieht sich die turbulente Strömung einer strengen mathematischen Behandlung, und zur Lösung praktischer Probleme ist man weitgehend auf empirische oder semiempirische Beziehungen angewiesen.
Vertikale Turbinen-Feuerlöschpumpe
Modellnummer: XBC-VTP
Die vertikalen Feuerlöschpumpen der XBC-VTP-Serie mit langer Welle sind ein- und mehrstufige Diffusorpumpen, die gemäß der neuesten nationalen Norm GB6245-2006 hergestellt werden. Das Design wurde zudem anhand der Standards der US-amerikanischen Brandschutzvereinigung (USFVA) verbessert. Sie werden hauptsächlich zur Löschwasserversorgung in der Petrochemie, Erdgasindustrie, Kraftwerken, Baumwolltextilien, Werften, der Luftfahrt, Lagerhaltung, im Hochbau und anderen Industriezweigen eingesetzt. Sie können auch für die Versorgung von Schiffen, Seetanks, Feuerlöschschiffen und anderen Einsatzzwecken eingesetzt werden.
Rotations- und Rotationsfreiheitsströmung.
Von einer Rotationsströmung spricht man, wenn jedes Fluidteilchen eine Winkelgeschwindigkeit um seinen eigenen Massenmittelpunkt aufweist.
Abbildung 2a zeigt eine typische Geschwindigkeitsverteilung bei turbulenter Strömung an einer geraden Grenze. Aufgrund der ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung erleidet ein Partikel, dessen zwei Achsen ursprünglich senkrecht zueinander stehen, eine Deformation bei geringer Rotation. In Abbildung 2a ist die Strömung in einem Kreis dargestellt.
Der Pfad wird dargestellt, wobei die Geschwindigkeit direkt proportional zum Radius ist. Die beiden Achsen des Partikels rotieren in die gleiche Richtung, sodass es sich ebenfalls um eine Rotationsströmung handelt.
Abb. 2(a) Rotationsströmung
Damit die Strömung wirbelfrei ist, muss die Geschwindigkeitsverteilung an der geraden Grenze gleichmäßig sein (Abb. 2b). Bei einer Kreisströmung lässt sich zeigen, dass eine wirbelfreie Strömung nur dann vorliegt, wenn die Geschwindigkeit umgekehrt proportional zum Radius ist. Auf den ersten Blick scheint dies in Abbildung 3 falsch zu sein, doch bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass die beiden Achsen gegenläufig rotieren, sodass ein kompensierender Effekt entsteht, der eine im Vergleich zum Ausgangszustand unveränderte mittlere Ausrichtung der Achsen bewirkt.
Abb. 2(b) Wirbelfreie Strömung
Da alle Flüssigkeiten Viskosität besitzen, ist die Tiefe einer realen Flüssigkeit nie wirklich rotationsfrei, und eine laminare Strömung ist natürlich stark rotationsbehaftet. Daher ist rotationsfreie Strömung ein hypothetischer Zustand, der nur von akademischem Interesse wäre, wenn nicht in vielen Fällen turbulenter Strömung die Rotationseigenschaften so unbedeutend wären, dass sie vernachlässigt werden könnten. Dies ist praktisch, da rotationsfreie Strömungen mit den bereits erwähnten mathematischen Konzepten der klassischen Hydrodynamik analysiert werden können.
Modellnummer: ASN ASNV
Bei den Pumpenmodellen ASN und ASNV handelt es sich um einstufige Kreiselpumpen mit geteiltem Spiralgehäuse und doppelter Saugwirkung. Sie werden zum Transport von Flüssigkeiten in Wasserwerken, Klimaanlagen, Gebäuden, Bewässerungsanlagen, Entwässerungspumpstationen, Elektrizitätswerken, industriellen Wasserversorgungssystemen, Feuerlöschsystemen, Schiffen, Gebäuden usw. verwendet.
Gleichmäßiger und unregelmäßiger Fluss.
Eine Strömung gilt als stationär, wenn die Bedingungen zu jedem Zeitpunkt zeitlich konstant sind. Eine strenge Auslegung dieser Definition würde zu dem Schluss führen, dass turbulente Strömungen nie wirklich stationär sind. Für den vorliegenden Zweck ist es jedoch sinnvoll, die allgemeine Strömung als Kriterium zu betrachten und die mit der Turbulenz verbundenen unregelmäßigen Schwankungen nur als sekundären Einflussfaktor. Ein offensichtliches Beispiel für eine stationäre Strömung ist ein konstanter Abfluss in einer Rohrleitung oder einem offenen Gerinne.
Daraus folgt, dass die Strömung instationär ist, wenn sich die Bedingungen zeitlich ändern. Ein Beispiel für eine instationäre Strömung ist ein schwankender Abfluss in einer Leitung oder einem offenen Gerinne; dies ist in der Regel ein vorübergehendes Phänomen, das auf einen stationären Abfluss folgt oder von diesem gefolgt wird. Andere bekannte
Beispiele periodischer Natur sind Wellenbewegungen und die zyklische Bewegung großer Wassermassen bei Gezeitenströmungen.
Die meisten praktischen Probleme im Wasserbau betreffen stationäre Strömungen. Dies ist ein Glücksfall, da die Zeitvariable bei instationären Strömungen die Analyse erheblich erschwert. Daher beschränkt sich die Betrachtung instationärer Strömungen in diesem Kapitel auf einige relativ einfache Fälle. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass einige häufige Fälle instationärer Strömungen durch das Prinzip der Relativbewegung auf den stationären Zustand reduziert werden können.
So kann ein Problem, bei dem sich ein Schiff durch stilles Wasser bewegt, so umformuliert werden, dass das Schiff stillsteht und das Wasser in Bewegung ist; das einzige Kriterium für die Ähnlichkeit des Flüssigkeitsverhaltens ist die gleiche relative Geschwindigkeit. Auch Wellenbewegungen in tiefem Wasser lassen sich reduzieren auf
stationären Zustand, indem angenommen wird, dass ein Beobachter mit der gleichen Geschwindigkeit mit den Wellen reist.
Dieselmotor-Vertikalturbinen-Mehrstufen-Kreiselpumpe mit Inline-Welle. Diese Art von vertikaler Entwässerungspumpe wird hauptsächlich zum Pumpen von korrosionsfreiem Abwasser oder Abwasser mit Temperaturen unter 60 °C und einem Feststoffgehalt von weniger als 150 mg/l (ohne Fasern und Körner) verwendet. Die vertikale Entwässerungspumpe vom Typ VTP gehört zu den vertikalen Wasserpumpen vom Typ VTP. Die Ölschmierung des Rohrs erfolgt über eine Erhöhung und einen Kragen. Bei Temperaturen unter 60 °C kann das Abwasser oder Abwasser mit Feststoffen (wie Eisenschrott, Feinsand, Kohle usw.) befüllt werden.
Gleichmäßiger und ungleichmäßiger Fluss.
Die Strömung gilt als gleichmäßig, wenn Größe und Richtung des Geschwindigkeitsvektors von einem Punkt zum anderen entlang des Fließwegs unverändert bleiben. Um dieser Definition zu entsprechen, müssen sowohl die Strömungsfläche als auch die Geschwindigkeit an jedem Querschnitt gleich sein. Eine ungleichmäßige Strömung liegt vor, wenn der Geschwindigkeitsvektor ortsabhängig variiert. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Strömung zwischen konvergierenden oder divergierenden Grenzen.
Beide alternativen Strömungsbedingungen sind in der offenen Kanalhydraulik üblich, obwohl es sich strenggenommen um einen Idealzustand handelt, der nur angenähert und nie tatsächlich erreicht wird, da sich die gleichmäßige Strömung immer asymptotisch annähert. Es ist zu beachten, dass sich diese Bedingungen eher auf den Raum als auf die Zeit beziehen und daher bei geschlossenen Strömungen (z. B. in Rohren unter Druck) völlig unabhängig von der stationären oder instationären Natur der Strömung sind.
Veröffentlichungszeit: 29. März 2024