Mikä on suhteellinen ja ehdoton karheus?

Suhteellinen karheus ja absoluuttinen karheus Nämä ovat kaksi termiä, joita käytetään kuvaamaan nesteitä kuljettavien kaupallisten putkien sisällä olevien epäsäännöllisyyksien joukkoa. Absoluuttinen karheus on näiden epäsäännöllisyyksien keskimääräinen tai keskiarvo, joka on käännetty putkilinjan sisäisen säteen keskimääräiseen vaihteluun.

Absoluuttista karheutta pidetään käytetyn materiaalin ominaisuutena ja mitataan yleensä metreinä, tuumina tai jalkoina. Toisaalta suhteellinen karheus on absoluuttisen karheuden ja putken halkaisijan välinen suhde, siksi ei -vähäinen määrä.

Kuvio 1. Kupariputket. Lähde: Pixabay.

Suhteellinen karheus on tärkeää, kun otetaan huomioon, että samalla absoluuttisella karheudella on huomattavampi vaikutus ohuisiin putkiin kuin suurissa.

Putkien karheus on selvästi yhteistyössä kitkan kanssa, mikä puolestaan ​​vähentää nesteen liikkumisen nopeutta niiden sisällä. Hyvin pitkissä putkissa neste voisi jopa lopettaa liikkumisen.

Siksi on erittäin tärkeää arvioida kitka virtausanalyysissä, koska liikkumisen ylläpitämiseksi on tarpeen kohdistaa paine pumppuilla. Kompensoida tappioita on tarpeen lisätä pumppujen tehoa, joka vaikuttaa kustannuksiin.

Muita painehäviöitä ovat nesteen viskositeetti, putken halkaisija, sen pituus, mahdolliset kapeat ja venttiilien, avaimien ja kyynärpäiden läsnäolo.

[TOC]

Rugositeetin alkuperä

Putken sisustus ei ole koskaan täysin sileä ja pehmeä mikroskooppisella tasolla. Seinillä on pinnalla epäsäännöllisyydet, jotka riippuvat suurelta osin materiaalista, jolla ne tehdään.

Kuva 2. Karkeut putken sisällä. Lähde: Itse tehty.

Lisäksi käytön jälkeen karheus lisääntyy putken materiaalin ja nesteen välisten kemiallisten reaktioiden aiheuttamien inkrosioiden ja korroosion vuoksi. Tämä lisäys voi olla 5–10 kertaa tehtaan karheuden arvo.

Voi palvella sinua: piilevä lämpö

Kaupalliset putket osoittavat metrien tai jalkojen karheuden arvon, vaikka ne tietenkin ovat voimassa uusille ja puhtaille putkille, koska heti ajan kuluessa karheus muuttaa sen tehdasarvoa.

Joidenkin kaupallisten materiaalien karheusarvot

Alla on absoluuttiset karheusarvot, jotka yleisesti hyväksytty kaupallisille putkille:

- Kupari, messinki ja lyijy: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 jalat).

- Ilman pinnoitetta rautaa: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 jalat).

- Taottu rauta: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 jalat).

- Niitattu teräs: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 jalat).

- Kaupallinen teräs tai hitsattu teräs: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 jalat).

- Valurauta, joka on peitetty asfaltilla: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 jalat).

- Muovi ja lasi: 0.0 m (0.0 jalkaa).

Suhteellinen karheus voidaan arvioida tietämällä kyseisen materiaalin kanssa tehdyn putken halkaisija. Jos se tarkoittaa ehdotonta karheutta ja ja halkaisijaksi D -d, Suhteellinen karheus ilmaistaan ​​seuraavasti:

ja_{r -} = E /d

Aikaisempi yhtälö on lieriömäinen putki, mutta jos ei, soittamista suuruutta voidaan käyttää Hydraulinen radio, jossa halkaisija korvataan tämän arvon nelinkertaisella.

Absoluuttisen karheuden määrittäminen

Putkien karheuden löytämiseksi on ehdotettu erilaisia ​​empiirisiä malleja, joissa otetaan huomioon geometriset tekijät, kuten seinien väärinkäytösten muoto ja niiden jakauma.

Vuoteen 1933 mennessä saksalainen insinööri J. Nikuradse, Ludwig Prandtlin opiskelija, peitetyt putket, joissa on erikokoisia hiekkajyviä, joiden tunnetut halkaisijat ovat tarkalleen ehdoton karheus ja. Nikuradse käsitteli putkia, joiden arvot E/D Ne vaihtelivat 0.000985 ja 0.0333,

Näissä kaivojen hallinnoiduissa kokeissa karkeut jaettiin tasaisesti, mikä ei tapahdu käytännössä. Nämä arvot kuitenkin ja Ne ovat edelleen hyvä lähestymistapa arvioida, kuinka kitkamistymät vaikuttavat.

Voi palvella sinua: Solid State Fysiikka: Ominaisuudet, rakenne, esimerkit

Putken valmistajan osoittama karheus vastaa tosiasiallisesti keinotekoisesti luotua, kuten Nikuradse ja muut kokeilijat tekivät. Tästä syystä se tunnetaan joskus nimellä Vastaava hiekka (vastaava hiekka).

Laminaarivirtaus ja myrskyisä virtaus

Putken karheus on erittäin tärkeä tekijä, joka on otettava huomioon nesteellä olevan liikkumisjärjestelmän mukaan. Nesteet, joissa viskositeetti on merkityksellistä.

Laminaarivirtauksessa, jossa neste liikkuu siististi kerroksissa, putken pinnan epäsäännöllisyydet ovat vähemmän painoa, ja siksi niitä ei yleensä oteta huomioon. Tässä tapauksessa nesteen viskositeetti luo leikkausjännitteet energiahäviöitä aiheuttavien kerrosten välillä.

Esimerkkejä laminaarivirtauksesta ovat vesisuihku, joka tulee hanalla alhaisella nopeudella, savu, joka alkaa itää suitsukkeesta valaistuun sauvalta tai injektoidun mustesuihkun alkuun vesivirtaan, kuten vuonna 1883 määritettiin vuonna 1883.

Toisaalta turbulentti virtaus on vähemmän järjestetty ja kaoottinen. Se on virtaus, jossa liike on epäsäännöllinen eikä kovin ennustettava. Esimerkki on suitsukkeiden sauvan savu, kun se lakkaa liikkumasta varovasti ja alkaa muodostaa sarjan epäsäännöllisiä rullaa, nimeltään turbulenssi.

Dimension numeerinen parametri, nimeltään Reynolds N -numero_{R -} Osoittaa, onko nesteessä yksi tai toinen järjestelmä seuraavien kriteerien mukaan:

Ilman_{R -} < 2000 el flujo es laminar; Si N_{R -} > 4000 virtaus on turbulentti. Väliarvoille järjestelmää pidetään siirtymävaiheessa ja liike on epävakaa.

Voi palvella sinua: Reaktion entalpia: Määritelmä, lämpökemia, harjoitukset

Kitkakerroin

Tämä tekijä mahdollistaa kitkanergian menetyksen ja riippuu vain laminaarivirtauksen Reynolds.

Joo F Se on kitkakerroin, sen löytämiseksi on empiirinen yhtälö, nimeltään Colleeroebok -yhtälö. Se riippuu suhteellisesta karheudesta ja Reynolds -numerosta, mutta sen resoluutio ei ole yksinkertainen, koska F Sitä ei anneta nimenomaisesti:

Siksi on luotu käyrät, kuten Moody -kaavio. Empiirisesti he ovat saaneet yhtälöitä, joilla on F Nimenomaisesti, jotka ovat melko lähellä Colebrook -yhtälöä.

Putkien ikääntyminen

On olemassa empiirinen kaava, jolla arvioidaan absoluuttisen karheuden lisääntyminen, jota käytetään käytön avulla, tietäen tehtaan absoluuttisen karheuden arvon ja_jompikumpi-

e = e_jompikumpi + αt

Missä ja Se on karheus sen jälkeen t Vuosia kulunut ja α on kerroin, jossa on m/vuosi yksiköt, tuumaa/vuosi tai jalka/vuosi Vuotuinen nousu rossiteetin.

Alun perin se johdettiin valurautaputkille, mutta toimii hyvin muun tyyppisten putkien kanssa, jotka on valmistettu ei -päällystetyistä metallista. Näissä nesteen pH on tärkeä sen kestävyyden kannalta, koska alkaliset vedet vähentävät suuresti virtausta.

Toisaalta.

Viitteet

1. Belyadi, Hoss. Hydraulinen murtumiskemiallinen valinta ja muotoilu. Toipunut: ScienEdirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Nesteiden, perusteiden ja sovellusten mekaniikka. MC. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, J. 1999. Nesteen mekaniikka levittämällä on tekniikka. MC. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Fluidimekaniikka. Neljäs. Painos. Pearson -koulutus. 240-242.
5. Ratnayaka, D. Hydrauliikka. Toipunut: ScienEdirect.com.