Čo je relatívna a absolútna drsnosť?

Relatívna drsnosť a absolútna drsnosť Toto sú dva výrazy, ktoré sa používajú na opis súboru nezrovnalostí existujúcich vo vnútri komerčných rúr, ktoré prepravujú kvapaliny. Absolútna drsnosť je priemerná alebo priemerná hodnota týchto nezrovnalostí, preložená do priemernej variácie vnútorného polomeru potrubia.

Absolútna drsnosť sa považuje za vlastnosť použitého materiálu a zvyčajne sa meria v metroch, palcoch alebo nohách. Na druhej strane, relatívna drsnosť je pomer medzi absolútnou drsnosťou a priemerom potrubia, a preto nepôvodným množstvom.

postava 1. Medené potrubia. Zdroj: Pixabay.

Relatívna drsnosť je dôležitá vzhľadom na skutočnosť, že rovnaká absolútna drsnosť má výraznejší účinok na tenké potrubia ako vo veľkom.

Je zrejmé, že drsnosť potrubí spolupracuje s trením, čo zase znižuje rýchlosť, s akou sa tekutina pohybuje vo vnútri. Vo veľmi dlhých potrubiach sa tekutina mohla dokonca prestať pohybovať.

Preto je veľmi dôležité vyhodnotiť trenie v analýze toku, pretože na udržanie pohybu je potrebné vyvíjať tlak čerpadlami. Kompenzujte straty, je potrebné zvýšiť výkon čerpadiel, čo ovplyvňuje náklady.

Ďalšími zdrojmi tlakových strát sú viskozita tekutiny, priemer trubice, jej dĺžka, možné zúženie a prítomnosť ventilov, kľúčov a lakťov.

[TOC]

Pôvod rugosity

Interiér potrubia nie je nikdy úplne hladký a mäkký na mikroskopickej úrovni. Steny majú na povrchu nezrovnalosti, ktoré do značnej miery závisia od materiálu, s ktorým sa vyrábajú.

Obrázok 2. Rougitaty vo vnútri potrubia. Zdroj: Self Made.

Okrem toho sa po prevádzke zvyšuje drsnosť v dôsledku inkrupcií a korózie spôsobenej chemickými reakciami medzi materiálom potrubia a tekutinou. Toto zvýšenie sa môže pohybovať medzi 5 a 10 -násobkom hodnoty drsnosti v továrni.

Môže vám slúžiť: latentné teplo

Obchodné potrubia označujú hodnotu drsnosti v metroch alebo nohách, hoci samozrejme budú platné pre nové a čisté potrubia, pretože hneď ako plynie čas, drsnosť zmení svoju továrenskú hodnotu.

Hodnoty drsnosti pre niektoré komerčné materiály

Nižšie sú uvedené hodnoty absolútnej drsnosti bežne akceptované pre komerčné potrubia:

- Meď, mosadz a olovo: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 nohy).

- Bez povlakového železa: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 nohy).

- Kované železo: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 nohy).

- Nitovaná oceľ: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 nohy).

- Komerčná oceľ alebo zváraná oceľ: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 nohy).

- Liatina pokrytá asfaltom: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 nohy).

- Plast a sklo: 0.0 m (0.0 stôp).

Relatívna drsnosť sa dá vyhodnotiť poznaním priemeru potrubia vyrobeného s príslušným materiálom. Ak to označuje absolútnu drsnosť ako a a priemer ako D, Relatívna drsnosť je vyjadrená ako:

a_r = E /d

Predchádzajúca rovnica je valcová rúrka, ale ak nie, môže sa volať veľkosť volania Hydraulický rádio, v ktorom je priemer nahradený štvornásobným hodnotou.

Stanovenie absolútnej drsnosti

Na nájdenie drsnosti potrubí boli navrhnuté rôzne empirické modely, ktoré berú do úvahy geometrické faktory, ako je forma nezrovnalostí v stenách a ich distribúcia.

Do roku 1933 nemecký inžinier J. Nikuradse, študent Ludwig Prandtl, pokryté potrubia s zrnami piesku rôznych veľkostí, ktorých známe priemery sú presne absolútne drsnosť a. Nikuradse riešil rúry, pre ktoré hodnoty e/d Sa pohybovali od 0.000985 a 0.0333,

V týchto dobre usporiadaných experimentoch boli distribuované rovnomerne, čo sa v praxi nedeje. Avšak tieto hodnoty a Stále sú dobrým prístupom k odhadu, ako ovplyvnia straty trenia.

Môže vám slúžiť: Fyzika tuhého štátu: vlastnosti, štruktúra, príklady

Drsnosť naznačená výrobcom potrubia je v skutočnosti rovnocenná s umelo vytvoreným, ako to urobili Nikuradse a ďalší experimentátori. Z tohto dôvodu je niekedy známy ako Rovnocenný piesok (ekvivalentný piesok).

Laminárny prietok a turbulentný tok

Drsnosť potrubia je veľmi dôležitým faktorom, ktorý treba zvážiť podľa režimu pohybu, ktorý má tekutina. Tekutiny, v ktorých je viskozita relevantná, sa môžu pohybovať v laminárnom alebo turbulentnom režime.

V laminárnom toku, v ktorom sa tekutina pohybuje úhľadne vo vrstvách, majú nepravidelnosti na povrchu potrubia menšiu váhu, a preto sa zvyčajne nezohľadňujú. V tomto prípade je to viskozita tekutiny, ktorá vytvára rezanie napätia medzi vrstvami spôsobujúcimi energetické straty.

Príklady laminárneho toku sú prúdom vody, ktorý vychádza z kohútika pri nízkej rýchlosti, dym, ktorý začína pučať z prútika na osvetlení kadidla alebo na začiatku vstrekovaného atramentu do prúdu vody, ako je stanovené v roku 1883.

Na druhej strane, turbulentný tok je menej usporiadaný a chaotickejší. Je to tok, v ktorom je pohyb nepravidelný a nie príliš predvídateľný. Príkladom je dym kadidla prútika, keď sa prestane pohybovať a začne tvoriť sériu nepravidelných zvitkov nazývaných turbulencia.

Dimenzionálny numerický parameter nazývaný Reynolds n číslo_R Označuje, či má tekutina jeden alebo druhý režim, podľa nasledujúcich kritérií:

Bez_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 Tok je turbulentný. Pre stredné hodnoty sa režim považuje za prechod a pohyb je nestabilný.

Môže vám slúžiť: reakčná entalpia: Definícia, termochémia, cvičenia

Faktor trenia

Tento faktor umožňuje nájsť stratu trenia energie a závisí iba od počtu Reynoldov pre laminárny tok, ale v turbulentnom toku je prítomná relatívna drsnosť.

Jo F Je to trenie faktor, existuje empirická rovnica, ktorá sa nachádza, nazývaná Colebrookova rovnica. Závisí to od relatívnej drsnosti a Reynoldsovho čísla, ale jeho rozlíšenie nie je jednoduché, pretože F Nie je to výslovne uvedené:

Z tohto dôvodu boli vytvorené krivky, ako napríklad náladový diagram, čo uľahčuje hodnotu trenia faktora pre číslo Reynolds a dané relatívna drsnosť. Empiricky získali rovnice, ktoré majú F Výslovne, ktoré sú celkom blízko k rovnici Colebrook.

Starnutie potrubí

Existuje empirický vzorec na vyhodnotenie zvýšenia absolútnej drsnosti, ktorý sa vytvára pomocou použitia, pretože pozná hodnotu absolútnej drsnosti továrne a_ani:

e = e_ani + αtón

Kde a Je to drsnosť po tón Uplynulé roky a α je koeficient s M/rok jednotky, palce/rok alebo noha/rok Ročné zvýšenie rossality.

Pôvodne bol odvodený pre liatinové potrubia, ale dobre funguje s inými typmi rúr vyrobených z kovu, ktorý nie je potiahnutý. V nich je pH tekutiny dôležité z hľadiska jej trvanlivosti, pretože alkalické vody výrazne znižujú tok.

Na druhej strane.

Odkazy

1. Belyadi, Hoss. Hydraulické štiepenie chemického výberu a konštrukcie. Získané z: ScienceDirect.com.
2. Cimbala, C. 2006. Mechanika tekutín, základov a aplikácií. MC. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, J. 1999. Mechanika tekutín s aplikáciou je v inžinierstve. MC. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Tekutina. 4. Vydanie. Pearson Vzdelanie. 240-242.
5. Ratnayaka, D. Hydraulika. Získané z: ScienceDirect.com.