Wat is relatieve en absolute ruwheid?

Relatieve ruwheid en absolute ruwheid Dit zijn twee termen die worden gebruikt om de reeks onregelmatigheden te beschrijven die bestaat in de commerciële leidingen die vloeistoffen transporteren. Absolute ruwheid is de gemiddelde of gemiddelde waarde van deze onregelmatigheden, vertaald in de gemiddelde variatie van de interne straal van de pijpleiding.

Absolute ruwheid wordt beschouwd als een eigenschap van het gebruikte materiaal en wordt meestal gemeten in meters, inches of voeten. Aan de andere kant is de relatieve ruwheid de verhouding tussen absolute ruwheid en de diameter van de pijp, daarom een ​​niet -dimensieve hoeveelheid.

Figuur 1. Koperen buizen. Bron: Pixabay.

Relatieve ruwheid is belangrijk gezien het feit dat dezelfde absolute ruwheid een duidelijker effect heeft op dunne pijpen dan in grote.

Het is duidelijk dat de ruwheid van de leidingen samenwerkt met wrijving, die op zijn beurt de snelheid verlaagt waarmee de vloeistof erin beweegt. In zeer lange pijpen kon de vloeistof zelfs stoppen met bewegen.

Daarom is het erg belangrijk om wrijving in stroomanalyse te evalueren, omdat het noodzakelijk is om de druk uit te oefenen door pompen uit te oefenen. Verliezen compenseren maakt het noodzakelijk om het vermogen van de pompen te verhogen, waardoor de kosten worden beïnvloed.

Andere bronnen van drukverliezen zijn de viscositeit van de vloeistof, de diameter van de buis, de lengte, mogelijke versterkingen en de aanwezigheid van kleppen, toetsen en ellebogen.

[TOC]

Oorsprong van robositeit

Het interieur van de pijp is nooit volledig glad en zacht op microscopisch niveau. De wanden hebben onregelmatigheden op het oppervlak die grotendeels afhankelijk zijn van het materiaal waarmee ze zijn gemaakt.

Figuur 2. Ruwheden in een pijp. Bron: zelf gemaakt.

Bovendien wordt na het gebruik van de ruwheid verhoogd vanwege de toename en corrosie veroorzaakt door chemische reacties tussen buismateriaal en vloeistof. Deze toename kan variëren tussen 5 en 10 keer de waarde van de fabrieksruwheid.

Kan u van dienst zijn: latente hitte

Commerciële leidingen geven de waarde van ruwheid aan in meters of voeten, hoewel ze uiteraard geldig zijn voor nieuwe en schone pijpen, omdat zodra de tijd verstrijkt, ruwheid zijn fabriekswaarde zal veranderen.

Ruwheidwaarden voor sommige commerciële materialen

Hieronder staan ​​de absolute ruwheidswaarden die gewoonlijk worden geaccepteerd voor commerciële leidingen:

- Koper, messing en lood: 1.5 x 10 ^-6 M (5 x 10 ^-6 voeten).

- Zonder ijzer te coaten: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 voeten).

- Gesmede ijzer: 4.6 x 10 ^-5 M (1.5 x 10 ^-4 voeten).

- Geklonken staal: 1.8 x 10 ^-3 M (6 x 10 ^-3 voeten).

- Commercieel staal of gelast staal: 4.6 x 10 ^-5 M (1.5 x 10 ^-4 voeten).

- Gietijzer bedekt met asfalt: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 voeten).

- Plastic en glas: 0.0 m (0.0 voet).

Relatieve ruwheid kan worden geëvalueerd door de diameter van de pijp te kennen gemaakt met het materiaal in kwestie. Als het absolute ruwheid aangeeft En en tot diameter als D, Relatieve ruwheid wordt uitgedrukt als:

En_R = E /D

De vorige vergelijking is een cilindrische pijp, maar zo niet, dan kan de genoemde grootte worden gebruikt Hydraulische radio, waarin de diameter wordt vervangen door de viervoud van deze waarde.

Bepaling van absolute ruwheid

Om de ruwheid van de leidingen te vinden, zijn verschillende empirische modellen voorgesteld die rekening houden met geometrische factoren zoals de vorm van onregelmatigheden in de muren en hun verdeling.

Tegen 1933 de Duitse ingenieur J. Nikuradse, student van Ludwig Prandtl, bedekte pijpen met zandkorrels van verschillende groottes, waarvan de bekende diameters precies absolute ruwheid zijn En. Nikuradse behandelde pijpen waarvoor de waarden van E/D Ze varieerden van 0.000985 en 0.0333,

In deze putgerichte experimenten werden de ruwheden gelijkmatig verdeeld, wat in de praktijk niet gebeurt. Maar deze waarden van En Ze zijn nog steeds een goede aanpak om te schatten hoe wrijvingsverliezen zullen beïnvloeden.

Kan u van dienst zijn: Solid State Fysica: eigenschappen, structuur, voorbeelden

De ruwheid aangegeven door de fabrikant van een pijp is eigenlijk gelijkwaardig aan de kunstmatig gecreëerde, zoals Nikuradse en andere experimenteerders deden. Om deze reden wordt het soms bekend als Gelijkwaardig zand (gelijkwaardig zand).

Laminaire stroming en turbulente stroming

De ruwheid van de pijp is een zeer belangrijke factor om te overwegen volgens het bewegingsregime dat de vloeistof heeft. De vloeistoffen waarin viscositeit relevant is, kunnen in een laminair of turbulent regime bewegen.

In de laminaire stroom, waarbij de vloeistof netjes in lagen beweegt, hebben de onregelmatigheden op het oppervlak van de pijp minder gewicht en daarom worden ze meestal niet in aanmerking genomen. In dit geval is het de viscositeit van de vloeistof die snijspanningen creëert tussen de lagen die energieverliezen veroorzaken.

Voorbeelden van laminaire stroming zijn een waterstraal die bij lage snelheid uit de kraan komt, de rook die begint te ontspruiten van een toverstok op wierookverlicht of het begin van een geïnjecteerde inktjet in een waterstroom, zoals bepaald in 1883.

Aan de andere kant is turbulente stroming minder geordend en chaotischer. Het is een stroom waarin de beweging onregelmatig is en niet erg voorspelbaar. Een voorbeeld is de rook van de wierookwand wanneer het stopt met zacht bewegen en begint een reeks onregelmatige rollen te vormen die turbulentie wordt genoemd.

De dimensionale numerieke parameter genaamd Reynolds N -nummer_R Geeft aan of de vloeistof een of ander regime heeft, volgens de volgende criteria:

Zonder_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 De stroom is turbulent. Voor tussenliggende waarden wordt het regime beschouwd als overgang en de beweging is onstabiel.

Kan u dienen: Reactie Enthalpy: Definitie, Thermochemie, Oefeningen

De wrijvingsfactor

Deze factor maakt het mogelijk om het verlies van wrijvingsenergie te vinden en hangt alleen af ​​van het aantal Reynolds voor een laminaire stroom, maar in de turbulente stroming is de relatieve ruwheid aanwezig.

Ja F Het is de wrijvingsfactor, er is een empirische vergelijking om het te vinden, genaamd collegebrook -vergelijking. Het hangt af van de relatieve ruwheid en het Reynolds -nummer, maar de resolutie is niet eenvoudig, omdat F Het wordt niet expliciet gegeven:

Dat is de reden waarom er curven zoals het humeurige diagram zijn gemaakt, die de waarde van de wrijvingsfactor voor een Reynolds -nummer en een relatieve ruwheid vergemakkelijken. Empirisch hebben ze vergelijkingen verkregen die wel hebben F Expliciet, die vrij dicht bij de ColeBrook -vergelijking liggen.

Het verouderen van de pijpen

Er is een empirische formule om de toename van absolute ruwheid te evalueren die wordt geproduceerd door gebruik, wetende de waarde van absolute ruwheid van de fabriek En_of:

e = e_of + αT

Waar En Het is de ruwheid daarna T Jaren verstreken en α is een coëfficiënt met m/jaar eenheden, inches/jaar of voet/jaar Jaarlijkse toename van Rossaliteit.

Oorspronkelijk werd het afgeleid voor gietijzeren pijpen, maar werkt goed met andere soorten buizen gemaakt van niet -gecoat metaal. Hierin is de pH van de vloeistof belangrijk in termen van de duurzaamheid, omdat alkalische wateren de stroom aanzienlijk verminderen.

Aan de andere kant.

Referenties

1. Belyadi, Hoss. Hydraulische breuken chemische selectie en ontwerp. Hersteld van: Scientedirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Mechanica van vloeistoffen, basisprincipes en toepassingen. MC. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, J. 199999. Vloeistofmechanica met toepassing is in engineering. MC. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Vloeistofmechanica. 4e. Editie. Pearson Education. 240-242.
5. Ratnayaka, D. Hydraulica. Hersteld van: Scientedirect.com.