유압 헤드

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유압 헤드 또는 피에조메트릭 헤드는 수직 ^[1][2]기준점 위의 액체 압력의 특정 측정값입니다.

일반적으로 압전계 입구(또는 바닥)에서 길이 단위로 표시되는 액체 표면 표고로 측정됩니다.대수층에서는 압전계 우물(특수 우물)의 깊이에서 물까지 계산하여 압전계의 표고와 스크린 깊이의 정보를 얻을 수 있다.수압헤드는 마찬가지로 스탠드파이프 압전계를 사용하여 공통기준에 대한 튜브 내 수면의 높이를 측정함으로써 물기둥에서 측정할 수 있다.유압 헤드를 사용하여 두 개 이상의 지점 사이의 유압 구배를 결정할 수 있습니다.

유체 역학에서 "헤드"

유체역학에서 헤드는 압축할 수 없는 유체의 에너지를 해당 유체의 등가 정적 기둥의 높이와 관련짓는 개념입니다.베르누이의 원리에 따르면, 유체의 특정 지점에서의 총 에너지는 유체의 움직임과 관련된 에너지와 유체 내의 정적 압력으로부터의 에너지, 그리고 임의의 기준점에 상대적인 유체의 높이로부터의 에너지입니다.헤드는 미터나 피트와 같은 거리 단위로 표시됩니다.중력장 내 유체의 단위 부피당 힘은 θg와 같다. 여기서 θ는 유체의 밀도, g는 중력 가속도이다.지구에서는 담수 높이가 증가하면 미터당 약 9.8 kPa(0.098 bar/m) 또는 물기둥 높이 피트당 0.433 psi의 정적 압력이 추가됩니다.

펌프의 정적 헤드는 펌프가 공급할 수 있는 최대 높이(압력)입니다.특정 RPM에서 펌프의 기능은 Q-H 곡선(유량 대높이)

일반적인 오해는 헤드가 단위 무게당 유체의 에너지와 동일하지만, 실제로 압력이 있는 용어는 어떤 유형의 에너지도 나타내지 않는다는 것입니다(비압축성 유체에 대한 베르누이 방정식에서 이 용어는 압력의 작용을 나타냅니다).헤드는 펌핑 특성이 유체 밀도와 무관한 경향이 있기 때문에 원심 펌프를 지정하는 데 유용합니다.

헤드에는 일반적으로 다음 4가지 유형이 있습니다.

1. 속도 헤드는 유체의 부피 운동(운동 에너지)으로 인해 발생합니다.

${\displaystyle h_{v}=blashtfrac {1}{2}}\rho v^{2}/\rho g=blashfrac {1}{2}}{\frac {v^{2}}{g}}}}$

gh ${\displaystyle v_{}}$\$displaystyle \rh gh_{v}$는 비회전$$ 흐름의 동적 압력과 동일합니다.

1. 상승 헤드는 유체 기둥에 작용하는 중력인 유체의 무게 때문입니다.상승 헤드는 단순히 임의로 지정된 영점 위의 유체의 상승(h):

${\displaystyle h_{e}=\rho gh/\rho g}$

1. 압력 헤드는 용기에 힘을 가하는 유체의 내부 분자 운동인 정압에 기인합니다.이는 압력을 중력장 내 유체의 힘/부피로 나눈 값과 같습니다.

${\displaystyle h_{p}=p/\rho g}$

1. 저항 헤드(또는 마찰 헤드 또는 헤드 손실)는 용기에 의한 유체의 움직임에 반하는 마찰력으로 인해 발생합니다.연속 매질의 경우, 이는 Darcy의 법칙에 의해 설명되며, Darcy의 법칙은 부피 유량(q)을 유압 전도율 K를 통해 유압 헤드의 구배와 관련짓습니다.

$\displaystyle \mathbf {q} =-K\nabla h}$

배관 시스템에서 머리 손실은 하겐-푸아세유 방정식과 베르누이 방정식으로 설명된다.

유압 헤드의 구성 요소

초기 속도 0에서 진공 상태에서 높이 $(디스플레이 스타일$ h$)$를 자유 낙하한 후 질량이 속도에 도달합니다.

${\displaystyle v=syslogrt {{2g}{h}}}$

$여기$서 g$\displaystyle$g는$$ 중력에 의한 가속도입니다.헤드로 정렬:

${\displaystyle h}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{{}^{}}{\mathrm{}}}$ ${\displaystyle \frac{2}{}}$g ({$displaystyle$ h$=snarfrac {v^{2}}$ {$2g$

${\displaystyle \frac{{}^{}}{\mathrm{}}}$ $({$이라는 용어는 속도$$ 헤드(velocity head)라고 하며, 길이 측정으로 표현됩니다.흐르는 유체는 부피 운동으로 인한 유체의 에너지를 나타냅니다.

유체의 총 유압 헤드는 압력 헤드와 상승 ^[1][2]헤드로 구성됩니다.압력 헤드는 피에조미터 하단의 물기둥과 동등한 게이지 압력이며, 상승 헤드는 상승 측면에서 상대적인 위치 에너지입니다.비압축성 유체에 대한 베르누이 원리의 단순화된 형태인 머리 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.

${\displaystyle h=\psi +z}$

어디에

$\displaystyle$h는$$ 유압 헤드(길이(m 또는 ft 단위)이며 피에조미터 헤드라고도 합니다.

$∙(\displaystyle$ \psi$)$는 압전계 하부에 대한 물기둥의 표고차(길이(m 또는 ft))로 환산하여 압력헤드이며,

${\displaystyle z}${$displaystyle$ z$}$는 피에조미터 하단의 표고입니다(길이(m 또는 ft).

깊이가 400m이고 표고가 1000m이고 수심이 100m인 예: z = 600m, θ = 300m, h = 900m이다.

압력 헤드는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

${\displaystyle \psi = specfrac {P}{\gamma}}= specfrac {P}{\rho g}}$

어디에

$(\displaystyle$ P$)$는 게이지 압력(단위 면적당 힘, 종종 Pa 또는 psi),

$§$ $(\displaystyle$ \gamma$)$는 액체의 단위 중량입니다(단위 부피당 힘, 일반적으로⁻³ N·m 또는 lbf/ft†),

$∙(\displaystyle$ \rho$)$는 액체의 밀도(단위 부피당 질량, 자주 kg⁻³·m)이며,

${\displaystyle g}${$displaystyle$ g$}$는 중력 가속도입니다(단위시간당 변화량, 종종 m·s⁻²).

민물머리

압력 헤드는 물의 밀도에 따라 달라지며, 온도와 화학 성분(특히 염도)에 따라 달라질 수 있습니다.즉, 유압 헤드 계산은 피에조미터 내 물의 밀도에 따라 달라집니다.하나 이상의 유압 헤드 측정을 비교하려면 일반적으로 담수 헤드와 표준화해야 하며, 이는 다음과 같이 계산될 수 있습니다.

${\displaystyle h_{\mathrm {fw}}=\psi {frac {rho }{\rho _{\mathrm {fw}}}+z}$

어디에

${\displaystyle {h\mathrm{}}_{}}$ f ${\displaystyle {\mathrm{w}}_{}{}_{}}${\$displaystyle h_{\mathrm {fw}},}$는 담수 헤드(길이, m 또는 ft)입니다.

${\displaystyle {}_{}}$§ $w$ \$displaystyle$ \$rho$_ { \$mathrm$ { fw $}$ } 은$$ 담수의 밀도입니다(단위 부피당 질량, 일반적으로⁻³ kg·m).

유압 구배

유압 구배는 유로 길이에 걸쳐 두 개 이상의 유압 헤드 측정 사이의 벡터 구배입니다.지하수의 경우, 다아시 플럭스 또는 방류의 양을 결정하기 때문에 '다아시 슬로프'라고도 불린다.또, 오픈 채널 플로우에서는, 리치가 에너지를 얻고 있는지 어떤지를 판단하기 위해서 사용할 수단은 오픈 채널 플로우도 있습니다.치수 없는 유압 구배는 다음과 같이 알려진 헤드 값을 사용하여 두 점 사이에서 계산할 수 있습니다.

${\displaystyle i=matrixfrac {dl}}=matrixfrac {h_{2}-h_{1}{\mathrm {length}}}$

어디에

$\displaystyle$i는$$ 유압 구배(무압)입니다.

${\displaystyle d}$ h$(\displaystyle$ dh$)$는 두 유압 헤드의 차이(길이, 보통 m 또는 ft)입니다.

${\displaystyle d}$ l$\displaystyle$dl은$$ 2개의 피에조미터 사이의 흐름 경로 길이(길이, 보통 m 또는 ft 단위)입니다.

유압 구배는 del 연산자를 사용하여 벡터 표기로 표시할 수 있습니다.이를 위해서는 유압 헤드 필드가 필요하며, 이는 실질적으로 지하수 또는 오픈 채널의 표준 단계 또는 HEC-RAS와 같은 수치 모델에서만 얻을 수 있습니다.데카르트 좌표에서는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$\displaystyle \frac h=\frac {\frac h}, {\frac {\frac z}, {\frac {\frac h}, {\frac x}, {\frac h} + {\frac h}, {\frac z}, {\frac z}, {\f}, {\f}, frac h}, frac}, {\f}, frac}, fr}, frcf}, frac, frac, fr, fr}, f$

이 벡터는 지하수 흐름의 방향을 나타냅니다. 여기서 음수 값은 치수를 따라 흐르는 흐름을 나타내고 0은 '흐르지 않음'을 나타냅니다.물리학의 다른 예시와 마찬가지로, 에너지는 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르도록 해야 합니다. 그래서 그 흐름은 음의 구배에 있습니다.이 벡터는 Darcy의 법칙 및 유압 전도율 텐서와 함께 물의 유속을 3차원으로 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

지하수 유압헤드

정수 케이스용 헤드와 하향 플로우 케이스의 관계.

대수층을 통과하는 유압 헤드의 분포에 따라 지하수가 어디로 흐를지가 결정됩니다.유압 헤드가 일정한 정수형 예(첫 번째 그림)에서는 흐름이 없습니다.그러나 바닥에서 배출되어 유압 헤드가 위에서 아래로 차이가 나면(두 번째 그림), 유압 구배라고도 하는 헤드의 차이로 인해 물이 아래로 흐릅니다.

기압

유압 헤드를 계산할 때 게이지 압력을 사용하는 것이 관례이지만, 이것이 지하수 흐름을 구동하는 것이므로 총 압력(게이지 압력 + 대기압)을 사용하는 것이 더 정확합니다.기압에 대한 자세한 관찰이 시간에 따라 각 유정에서 제공되지 않는 경우가 많으므로, 이는 종종 무시된다(유압 구배가 낮거나 유정 사이의 각도가 예리한 위치에서 큰 오차에 기인한다).

대기압 변화가 우물에서 관찰된 수위에 미치는 영향은 오랫동안 알려져 왔다.영향은 직접적이며, 대기압의 증가는 대수층의 물에 대한 부하가 증가하여 수심을 증가시킨다(수면 상승률을 낮춘다).파스칼은 17세기에 이러한 영향을 처음으로 정성적으로 관찰했고, 1907년 미국 농무부(USDA)에서 일하는 토양 물리학자인 에드거 버킹엄에 의해 공기 흐름 모델을 사용하여 더 엄격하게 기술되었다.

헤드 로스

실제 움직이는 유체에서는 마찰로 인해 에너지가 소멸됩니다. 난류는 높은 레이놀즈 수 흐름을 위해 훨씬 더 많은 에너지를 방출합니다.헤드 손실이라고 불리는 이러한 산란은 파이프 길이당 에너지 손실과 관련된 "대손실"과 벤딩, 부속품, 밸브 등과 관련된 "소손실"의 두 가지 주요 범주로 구분된다.주요 헤드 손실 계산에 사용되는 가장 일반적인 방정식은 Darcy-Weisbach 방정식입니다.더 오래되고 경험적인 접근방식은 하젠-윌리엄스 방정식과 프로니 방정식이다.

비교적 짧은 파이프 시스템의 경우 상대적으로 많은 수의 벤딩과 피팅이 있는 경우 사소한 손실이 큰 손실을 쉽게 초과할 수 있습니다.설계에서, 경미한 손실은 일반적으로 계수를 사용하거나 경미한 손실을 동등한 파이프 길이로 더 단순하고 덜 정확한 감소로 추정됩니다. 이 방법은 종종 공압 반송 라인의 압력 ^[3]강하의 지름길 계산에 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 보르다-카르노 방정식
• 동적 압력
• 파이프 흐름의 경미한 손실
• 총 동적 헤드
• 단계(수문학)
• 헤드(수문학)

메모들

레퍼런스

• 곰, J. 1972년다공질 미디어의 유체 역학, 도버.ISBN 0-486-65675-6.
• 수문 지질학의 맥락에서 유압 헤드에 대해 논의하는 다른 참고 자료는 이 페이지의 추가 읽기 섹션을 참조하십시오.