Vedelate transpordisüsteemides on voolukiirus ja kõrgus kaks olulist parameetrit, mis mõjutavad üksteist ja määravad süsteemi jõudluse. Mõnikord täheldame aga huvitavat nähtust: voolukiiruse kasvades pea tegelikult väheneb. See läheb vastuollu meie intuitsiooniga ning vallandab inimestes uudishimu ja segaduse. Selles artiklis uurime selle nähtuse põhjuseid ja selgitame, miks voolukiiruse suurenedes ilmneb väiksema pea nähtus.
Miks voolukiirus suureneb ja pea väheneb? Esiteks peame mõistma voolukiiruse ja kõrguse põhimõisteid. Voolukiirus viitab torustikku või pumpa ajaühikus läbiva vedeliku mahule, mida tavaliselt väljendatakse kuupmeetrites sekundis (m³/s) või gallonites minutis (GPM). Kõrgus on vedeliku tõstmiseks või pumbaga transportimiseks vajalik energia, mida tavaliselt väljendatakse meetrites (m) või jalgades (jalgades). Voolukiirus ja kõrgus on omavahel seotud pumba tööpõhimõtte ja süsteemi hüdrauliliste omaduste kaudu.
Nähtuse puhul on pea vähenemisel voolukiiruse suurenemisel kaks peamist põhjust. Esiteks põhjustab voolukiiruse suurenemine vedeliku kiiruse suurenemist torujuhtmesüsteemis. Bernoulli võrrandi kohaselt väheneb vedeliku kiiruse suurenedes staatiline rõhk. See tähendab, et voolukiiruse suurenedes muudetakse vedeliku rõhuenergia osaliselt kineetiliseks energiaks, mille tulemuseks on pea vähenemine. Teiseks suurendab voolukiiruse suurenemine pumba sisemist hõõrdekadu. Pumbad annavad kineetilist energiat, pöörates masinaid, kandes energiat vedelikele, et tõsta või transportida vedelikke. Voolukiiruse suurenedes suureneb aga ka pumba sees oleva vedeliku voolukiirus, suurendades seeläbi hõõrdekadusid. See tähendab, et pump vajab sisemise hõõrdumise ületamiseks rohkem energiat, vähendades tõstekõrguse tagamiseks saadaolevat energiat, mille tulemuseks on tõstekõrguse vähenemine. Tuleb märkida, et madalama kõrguse ja suurema voolukiirusega nähtus ei kehti kõigi vedeliku transpordisüsteemide puhul. See sobib peamiselt teatud tüüpi pumpade ja konkreetsete süsteemikonfiguratsioonide jaoks. Erinevat tüüpi pumpadel ja süsteemikonstruktsioonidel võivad olla erinevad omadused ja käitumine. Seetõttu peame praktilistes rakendustes hoolikalt hindama ja analüüsima vedeliku etteandesüsteemide nõudeid ning valima konkreetsetest olukordadest lähtudes sobivad pumbad ja süsteemikonfiguratsioonid. Kokkuvõttes võib voolukiiruse suurenemisel madalama kõrguse nähtuse seostada vedeliku kiiruse suurenemise ja pumba sisehõõrdekadude suurenemisega põhjustatud staatilise rõhu langusega. See nähtus tuletab meile meelde, et vedeliku kohaletoimetamise süsteemide kavandamisel ja valimisel arvestaksime voolukiiruse ja rõhu vahelist seost ning tagama, et süsteem vastab nõutavatele voolukiiruse ja rõhu nõuetele. Praktilistes rakendustes saame tasakaalustada voolu ja tõstekõrgust mõistliku pumbavaliku, torujuhtme disaini ja süsteemi optimeerimise abil, et saavutada parim vedeliku transpordiefekt.