Падение давления (часто сокращенно «dP» или «ΔP») [1] определяется как разница в общем давлении между двумя точками сети транспортировки жидкости. Падение давления происходит, когда силы трения , вызванные сопротивлением потоку, действуют на жидкость, когда она течет по трубопроводу (например, каналу, трубе или трубке ). Это трение преобразует часть гидравлической энергии жидкости в тепловую энергию (т. е. внутреннюю энергию ). Поскольку тепловая энергия не может быть преобразована обратно в гидравлическую энергию, жидкость испытывает падение давления, как того требует закон сохранения энергии . [2]
Основными факторами, определяющими сопротивление потоку жидкости, являются скорость жидкости в трубе и вязкость жидкости . Падение давления увеличивается пропорционально силам сдвига трения в трубопроводной сети. Трубопроводная сеть, содержащая высокий относительный рейтинг шероховатости , а также множество фитингов и соединений труб, схождение труб, расхождение, повороты, шероховатость поверхности и другие физические свойства, повлияют на падение давления. Высокие скорости потока или высокие вязкости жидкости приводят к большему падению давления на участке трубы, клапане или коленчатом соединении. Низкая скорость приведет к меньшему (или отсутствию) падению давления. Жидкость также может быть двухфазной, как при пневматической транспортировке с газом и твердым телом; в этом случае трение твердого тела также должно учитываться для расчета падения давления. [3]
Жидкость в системе всегда будет течь из области с более высоким давлением в область с более низким давлением, если у нее есть путь для этого. [4] При прочих равных условиях более высокий перепад давления приведет к более высокому потоку (за исключением случаев запертого потока ). [5]
Падение давления в данной системе будет определять количество энергии, необходимое для перемещения жидкости через эту систему. Например, для перемещения определенного количества воды через трубы меньшего диаметра (с большей скоростью и, следовательно, большим падением давления) может потребоваться насос большего размера по сравнению с системой с трубами большего диаметра (с меньшей скоростью и, следовательно, меньшим падением давления). [6]
Падение давления обратно пропорционально диаметру трубы в пятой степени. [7] Например, уменьшение диаметра трубы вдвое увеличит падение давления в раз (например, с 2 фунтов на квадратный дюйм до 64 фунтов на квадратный дюйм), при условии отсутствия изменений в расходе.
Падение давления в трубопроводе прямо пропорционально длине трубопровода — например, труба с вдвое большей длиной будет иметь вдвое большее падение давления при той же скорости потока. [8] Фитинги трубопровода (такие как коленчатые и тройниковые соединения) обычно приводят к большему падению давления, чем прямая труба. Таким образом, был разработан ряд корреляций для расчета эквивалентной длины фитингов. [9]
Некоторые клапаны снабжены связанным коэффициентом расхода , обычно известным как C v или K v . Коэффициент расхода связывает падение давления, расход и удельный вес для данного клапана. [10]
Существует множество эмпирических расчетов для расчета падения давления, в том числе:
