16.7 : Линия энергии и линия гидравлического градиента

Согласно уравнению Бернулли, линия энергии (EL) и линия гидравлического уклона (HGL) дают графическое представление распределения энергии в системе потока жидкости. Для стационарных, несжимаемых, невязких потоков уравнение Бернулли выражается как:

Здесь H — полный напор, p/γ — напор давления, V^2/2g — скоростной напор, а z — напор высоты.

Линия энергии (EL) представляет полный напор, доступный в потоке. Она расположена выше точки отсчета и включает все три компонента энергии. В идеальных условиях она остается горизонтальной, поскольку полная энергия не меняется вдоль линии тока. Высота EL может быть измерена с помощью трубки Пито, которая фиксирует давление торможения и обеспечивает полное значение энергии.

Линия гидравлического уровня (HGL) отображает пьезометрический напор (p/γ+ z), который исключает скоростной напор. Она лежит ниже EL на величину вертикального расстояния, которое равно скоростному напору (V^2/2g​). HGL отображает изменения давления внутри системы. В напорных трубопроводах она лежит над трубой, тогда как в потоке открытого канала она совпадает с поверхностью воды.

Если скорость жидкости или диаметр трубы изменяются, высота HGL соответствующим образом корректируется. Напор равен нулю на выходе из трубы, что делает HGL совпадающим с высотой напора. Для устойчивого, невязкого потока из резервуара EL и HGL горизонтальны, отражая постоянный напор и атмосферное давление на выходе.

Практические приложения часто включают вязкие эффекты и потери, которые искажают EL и HGL. Эти концепции имеют решающее значение для анализа распределения давления и энергии в жидкостных системах.