Lokale Verluste – Definition

Alle Armaturen, Bögen und T-Stücke können zu einer Gesamtlänge zusammengefasst und der Druckverlust aus dieser Länge berechnet werden. Es wurde experimentell gefunden, dass, wenn die äquivalenten Längen für einen Bereich von Größen eines gegebenen Armaturentyps durch die Durchmesser der Armaturen geteilt werden, ein nahezu konstantes Verhältnis (dh L _e / D) erhalten wird. Der Vorteil der Methode mit äquivalenter Länge besteht darin, dass ein einzelner Datenwert ausreicht, um alle Größen dieser Anpassung abzudecken , und daher die Tabellierung von Daten mit äquivalenter Länge relativ einfach ist. Einige typische äquivalente Längen sind in der Tabelle aufgeführt.Siehe auch: Software zur Rohrgrößen- und Durchflussberechnung

Widerstandskoeffizientenmethode – K-Methode – Überschusskopf

Die Widerstandskoeffizientenmethode (oder K-Methode oder Überkopfmethode) ermöglicht es dem Benutzer, den Druckverlust durch einen Winkel oder eine Armatur durch eine dimensionslose Zahl – K – zu beschreiben . Diese dimensionslose Zahl (K) kann auf sehr ähnliche Weise wie die Methode der äquivalenten Länge in die Darcy-Weisbach-Gleichung aufgenommen werden. Anstelle von Daten gleicher Länge wird in diesem Fall die dimensionslose Zahl (K) verwendet, um die Armatur zu charakterisieren, ohne sie mit den Eigenschaften des Rohrs zu verknüpfen.

Der K-Wert stellt das Vielfache der Geschwindigkeitsköpfe dar , die durch durch die Armatur fließende Flüssigkeit verloren gehen. Die Gleichung zur Berechnung des Druckverlustes des Hydraulikelements lautet daher:
Daher lautet die Gleichung zur Berechnung des Druckverlusts des gesamten Hydrauliksystems:

Der K-Wert kann für verschiedene Strömungsregime charakterisiert werden (dh gemäß der Reynolds-Zahl ), und dies führt dazu, dass er genauer ist als die Methode mit äquivalenter Länge.

Es gibt verschiedene andere Methoden zur Berechnung des Druckverlusts für Armaturen. Diese Methoden sind ausgefeilter und auch genauer :

• 2K-Methode . Die 2K-Methode ist eine von Hooper BW entwickelte Technik, um den Kopfverlust in einem Ellbogen, Ventil oder T-Stück vorherzusagen. Die 2K-Methode verbessert die Überkopfmethode, indem die Änderung des Druckverlusts aufgrund variierender Reynolds-Zahlen charakterisiert wird . Das 2-K-Verfahren ist gegenüber anderen Verfahren insbesondere im laminaren Strömungsbereich vorteilhaft .

• 3K-Methode . Die 3K-Methode (von Ron Darby im Jahr 1999) verbessert die Genauigkeit der Druckverlustberechnung weiter, indem auch die Änderung der geometrischen Proportionen einer Armatur bei Änderung ihrer Größe charakterisiert wird . Dies macht die 3K-Methode besonders genau für ein System mit großen Armaturen .

Zusammenfassung:

• Der Druckverlust des Hydrauliksystems wird in zwei Hauptkategorien unterteilt :
  • Großer Kopfverlust – aufgrund von Reibung in geraden Rohren
  • Geringer Druckverlust – aufgrund von Komponenten wie Ventilen, Biegungen…
• Eine spezielle Form der Darcy-Gleichung kann verwendet werden, um geringfügige Verluste zu berechnen .
• Die geringfügigen Verluste sind ungefähr proportional zum Quadrat der Durchflussrate und können daher durch den Widerstandskoeffizienten K leicht in die Darcy-Weisbach-Gleichung integriert werden .
• Als lokaler Druckverlust kann auch eine Flüssigkeitsbeschleunigung in einem beheizten Kanal in Betracht gezogen werden.

Es gibt folgende Methoden:

• Methode mit äquivalenter Länge
• K-Methode (Widerstandskoeffizientenmethode)
• 2K-Methode
• 3K-Methode

Warum ist der Kopfverlust sehr wichtig?

Wie aus dem Bild ersichtlich ist, ist der Druckverlust ein wesentliches Merkmal eines jeden Hydrauliksystems. In Systemen, bei denen einige bestimmte Fließgeschwindigkeit eingehalten werden ( zum Beispiel eine ausreichende Kühlung oder Wärmeübertragung von einem bereitzustellen Reaktorkern ), das Gleichgewicht der Druckverlust und dem  Kopf hinzugefügt durch eine Pumpe , um die Fließgeschwindigkeit durch das System bestimmt.

Flow durch Elbow – Minor Loss

Der Fluss durch die Ellbogen ist ziemlich kompliziert . Tatsächlich verursacht jedes gekrümmte Rohr immer einen größeren Verlust als das einfache gerade Rohr. Dies liegt an der Tatsache, dass sich in einem gekrümmten Rohr die Strömung an den gekrümmten Wänden trennt . Bei einem sehr kleinen Krümmungsradius kann die ankommende Strömung an der Biegung nicht einmal die Kurve machen, daher trennt sich die Strömung und stagniert teilweise gegen die gegenüberliegende Seite des Rohrs. In diesem Teil der Kurve steigt der Druck (aufgrund des Bernoulli-Prinzips ) und die Geschwindigkeit nimmt ab.

Ein interessantes Merkmal der K-Werte für Ellbogen ist ihr nicht monotones Verhalten mit zunehmendem R / D-Verhältnis . Die K-Werte umfassen sowohl die lokalen Verluste als auch die Reibungsverluste des Rohrs. Die lokalen Verluste, die durch Strömungstrennung und Sekundärströmung verursacht werden, nehmen mit R / D ab, während die Reibungsverluste zunehmen, weil die Biegelänge zunimmt. Daher gibt es ein Minimum im K-Wert nahe dem normalisierten Krümmungsradius von 3.

Flüssigkeitsbeschleunigung

Es ist bekannt, dass sich das Fluid beim Erhitzendes Fluids (z. B. in einem Kraftstoffkanal) ausdehnt(Änderung der Fluiddichte) und seine Strömungsgeschwindigkeitinfolge der Kontinuitätsgleichungerhöht (der Kanalquerschnitt bleibt gleich). Für ein Steuervolumen mit einem einzelnen Einlass und einem einzelnen Auslass besagt diese Gleichung, dass für einen stationären Durchfluss der Massenstrom in das Volumen gleich dem Massenstrom aus sein muss.

Masseeintritt pro Zeiteinheit = Massenaustritt pro Zeiteinheit

Siehe auch: Eigenschaften von unterkühltem Wasser

Ein weiteres sehr wichtiges Prinzip besagt ( Bernoulli-Prinzip ), dass die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im beheizten Kanal die Absenkung des Flüssigkeitsdrucks bewirkt . Dieser Druckverlust kann auch als lokaler Druckverlust betrachtet und aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

Durchflussmenge durch einen Reaktorkern – Kühlmittelbeschleunigung

Es ist ein veranschaulichendes Beispiel, die folgenden Daten entsprechen keinem Reaktordesign.

Druckwasserreaktoren werden durch flüssiges Hochdruckwasser (z. B. 16 MPa) gekühlt und moderiert . Bei diesem Druck kocht Wasser bei ungefähr 350 ° C (662 ° F). Die Einlasstemperatur des Wassers beträgt ca. 290 ° C (~ 720 kg / m ³ ). Das Wasser (Kühlmittel) wird im Reaktorkern auf ungefähr 325 ° C (~ 654 kg / m ³ )erhitzt,während das Wasser durch den Kern fließt.

Der Primärkreislauf typischer PWRs ist in 4 unabhängige Kreisläufe (Rohrdurchmesser ~ 700 mm) unterteilt. Jeder Kreislauf besteht aus einem Dampferzeuger und einer Hauptkühlmittelpumpe . Im Reaktordruckbehälter (RPV) fließt das Kühlmittel zunächst außerhalb des Reaktorkerns (durch das Fallrohr) nach unten. Vom Boden des Druckbehälters wird die Strömung durch den Kern umgekehrt, wo die Kühlmitteltemperatur ansteigt, wenn sie durch die Brennstäbe und die von ihnen gebildeten Baugruppen fließt.

Berechnung:

• Druckverlust durch Kühlmittelbeschleunigung in einem isolierten Kraftstoffkanal

 wann

• Die Strömungsgeschwindigkeit des Kanaleinlasses beträgt 5,17 m / s
• Die Strömungsgeschwindigkeit des Kanalauslasses beträgt 5,69 m / s

Lösung:

Der Druckverlust aufgrund der Kühlmittelbeschleunigung in einem isolierten Kraftstoffkanal beträgt dann:

Diese Tatsache hat wichtige Konsequenzen. Aufgrund der unterschiedlichen relativen Leistung von Brennelementen in einem Kern weisen diese Brennelemente einen unterschiedlichen hydraulischen Widerstand auf. Dies kann zu einem lokalen seitlichen Fluss des Primärkühlmittels führen und muss bei thermohydraulischen Berechnungen berücksichtigt werden.