Podstawowe równanie maszyn przepływowych

PODSTAWOWE RÓWNANIE MASZYN PRZEPŁYWOWYCH – RÓWNANIE EULERA

Rys. 1. Przepływ przez wirnik pompy odśrodkowej

Prędkość cząsteczki cieczy na wlocie i wylocie z wirnika możemy przedstawić w postaci trójkątów prędkości.

Rys. 2. Trójkąty prędkości

a) na wlocie przy dopływie prostopadłym, b) na wylocie z wirnika.

c - prędkość bezwzględna
w - prędkość względna, równoległa do łopatki
u - prędkość obwodowa
cu - rzut prędkości na kierunek prędkości unoszenia
1 - indeks oznaczający wlot do wirnika
2 - indeks oznaczający wylot z wirnika

Kręt masy cieczy, przepływającej przez wirnik, można zapisać jako iloczyn: masy, składowej obwodowej prędkości i promienia.

K=m \cdot c_u \cdot r

K - kręt masy cieczy przepływającej przez wirnik
m - masa cieczy przepływającej przez wirnik
cu - rzut prędkości cieczy na kierunek unoszenia
r - promień

Pochodna krętu K po czasie określa moment na wirniku.

M={dK \over dt}={{d ( m \cdot c_u \cdot r)} \over dt}

Po przejściu na różnice skończone przyrost krętu, między wlotem a wylotem z wirnika, możemy napisać jako:

M={{{\Delta m} \over {\Delta t}} \cdot {(c_{u2} \cdot r_2 - c_{u1} \cdot r_1)}}

Uwzględniając fakt, że masa cieczy, przepływająca przez pompę, określona jest wzorem:

m=V \cdot \rho

możemy napisać:

M={{\Delta V \cdot \rho} \over \Delta t} \cdot (c_{u2} \cdot r_2 - c_{u1} \cdot r_1) = {Q \cdot \rho} \cdot (c_{u2} \cdot r_2 - c_{u1} \cdot r_1)

Po pomnożeniu obu stron równania przez prędkość kątową, otrzymamy wzór na wewnętrzną moc hydrauliczną pompy w postaci:

P=M \cdot \omega={Q \cdot \rho} \cdot (c_{u2} \cdot u_2 - c_{u1} \cdot u_1)

P - wewnętrzna moc hydrauliczna, moc przekazywana przez łopatki
M - moment na łopatkach wirnika
Q - przepływ przez wirnik
ρ - gęstość cieczy
cu2 - składowa obwodowa prędkość na wylocie
cu1 - składowa obwodowa prędkość na wlocie
r2 - promień na wylocie z wirnika
r1 - promień na wlocie do wirnika
ω - prędkość kątowa
r1ω=u1- prędkość obwodowa na wlocie
r2ω=u2- prędkość obwodowa na wylocie

Po podstawieniu wzoru na moc hydrauliczną można napisać wzór na wysokość podnoszenia pompy jako:

P=Q \cdot H \cdot \rho \cdot g={Q \cdot \rho} \cdot (c_{u2} \cdot u_2 - c_{u1} \cdot u_1)

Ostatecznie po wyeliminowaniu Q i ρ otrzymamy:

H={1 \over g} \cdot (c_{u2} \cdot u_2 - c_{u1} \cdot u_1)

Zależność ta jest nazywana wzorem Eulera.