Hva som er relativt og absolutt ruhet?

Relativ ruhet og absolutt ruhet Dette er to begreper som brukes til å beskrive settet med uregelmessigheter som eksisterer i de kommersielle rørene som transporterer væsker. Absolutt ruhet er gjennomsnittlig eller gjennomsnittsverdi av disse uregelmessighetene, oversatt til den gjennomsnittlige variasjonen av den interne radius for rørledningen.

Absolutt ruhet regnes som en egenskap av materialet som brukes og måles vanligvis i meter, tommer eller fot. På den annen side er relativ ruhet forholdet mellom absolutt ruhet og rørets diameter, derfor en ikke -dimensiv mengde.

Figur 1. Kobberrør. Kilde: Pixabay.

Relativ grovhet er viktig med tanke på at den samme absolutte ruheten har en mer markert effekt på tynne rør enn i det store.

Det er klart at rørets ruhet samarbeider med friksjon, som igjen reduserer hastigheten som væsken beveger seg inni dem. I veldig lange rør kan væsken til og med slutte å bevege seg.

Derfor er det veldig viktig å evaluere friksjon i strømningsanalyse, siden det for å opprettholde bevegelse er nødvendig å bruke trykk med pumper. Kompensere tap gjør det nødvendig å øke pumpens kraft, og påvirke kostnadene.

Andre kilder til trykktap er væskens viskositet, rørets diameter, dets lengde, mulige innsnevringer og tilstedeværelse av ventiler, nøkler og albuer.

[TOC]

Opprinnelse til rugositet

Interiøret av røret er aldri helt glatt og mykt på mikroskopisk nivå. Veggene har uregelmessigheter på overflaten som i stor grad avhenger av materialet de er laget.

Figur 2. Grovheter inne i et rør. Kilde: Selvlaget.

Etter å ha vært i tjeneste økes ruheten på grunn av inkrustasjoner og korrosjon forårsaket av kjemiske reaksjoner mellom rørmateriale og væske. Denne økningen kan variere mellom 5 og 10 ganger verdien av fabrikkens ruhet.

Kan tjene deg: latent varme

Kommersielle rør indikerer verdien av ruhet i meter eller føtter, selv om de åpenbart vil være gyldige for nye og rene rør, fordi så snart tiden går, vil ruhet endre fabrikkverdien.

Ruhetsverdier for noen kommersielle materialer

Nedenfor er de absolutte ruhetsverdiene som ofte er akseptert for kommersielle rør:

- Kobber, messing og bly: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 føtter).

- Uten belegg jern: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 føtter).

- Smidd jern: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 føtter).

- Naglet stål: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 føtter).

- Kommersielt stål eller sveiset stål: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 føtter).

- Støpejern dekket med asfalt: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 føtter).

- Plast og glass: 0.0 m (0.0 fot).

Relativ ruhet kan evalueres ved å kjenne diameteren til røret laget med det aktuelle materialet. Hvis det betegner absolutt ujevnhet som og og til diameter som D, Relativ ruhet uttrykkes som:

og_r = E /D

Den forrige ligningen er et sylindrisk rør, men hvis ikke kan størrelsen som kalles brukes Hydraulisk radio, der diameteren erstattes av firedoblingen av denne verdien.

Bestemmelse av absolutt ruhet

For å finne ruten i rørene, er det foreslått forskjellige empiriske modeller som tar hensyn til geometriske faktorer som formen for uregelmessigheter i veggene og deres distribusjon.

I 1933 er den tyske ingeniøren J. Nikuradse, student av Ludwig Prandtl, dekket rør med korn av sand i forskjellige størrelser, hvis kjente diametre er nøyaktig absolutte ruhet og. Nikuradse håndterte rør som verdiene til e/d De varierte fra 0.000985 og 0.0333,

I disse godt kontrollerte eksperimentene ble grovhetene fordelt jevnt, noe som ikke skjer i praksis. Imidlertid disse verdiene av og De er fremdeles en god tilnærming for å estimere hvordan friksjonstap vil påvirke.

Kan tjene deg: Solid State Physics: Egenskaper, struktur, eksempler

Grovheten indikert av produsenten av et rør tilsvarer faktisk det kunstig skapte, slik Nikuradse og andre eksperimenter gjorde. Av denne grunn er det noen ganger kjent som Tilsvarende sand (tilsvarende sand).

Laminær strømning og turbulent strømning

Rørets ruhet er en veldig viktig faktor å vurdere i henhold til bevegelsesregimet som væsken har. Væskene som viskositet er relevant, kan bevege seg i et laminært eller turbulent regime.

I den laminære strømmen, der væsken beveger seg pent i lag, har uregelmessighetene på overflaten av røret mindre vekt, og det er derfor de vanligvis ikke blir tatt i betraktning. I dette tilfellet er det viskositeten til væsken som skaper kuttingsspenninger mellom lagene som forårsaker energitap.

Eksempler på laminær strømning er en vannstråle som kommer ut av kranen i lav hastighet, røyken som begynner å spire fra en stav på røkelse tent eller begynnelsen på en injisert blekkstrål i en strøm av vann, som bestemt i 1883.

På den annen side er turbulent strømning mindre ryddig og mer kaotisk. Det er en flyt der bevegelsen er uregelmessig og ikke veldig forutsigbar. Et eksempel er røyken fra røkelsestasjonen når den slutter å bevege seg forsiktig og begynner å danne en serie uregelmessige ruller som kalles turbulens.

Den dimensjonale numeriske parameteren kalt Reynolds n nummer_R Indikerer om væsken har et eller annet regime, i henhold til følgende kriterier:

Uten_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 strømmen er turbulent. For mellomverdier anses regimet som overgang og bevegelsen er ustabil.

Kan tjene deg: Reaksjon entalpi: Definisjon, termokjemi, øvelser

Friksjonsfaktoren

Denne faktoren gjør det mulig å finne tap av friksjonsenergi og avhenger bare av antall Reynolds for en laminær strøm, men i den turbulente strømmen er relativ ruhet til stede.

Ja F Det er friksjonsfaktoren, det er en empirisk ligning for å finne den, kalt collegebrook ligning. Det avhenger av den relative ruheten og Reynolds -nummeret, men oppløsningen er ikke enkel, siden F Det er ikke eksplisitt gitt:

Det er grunnen til. Empirisk har de oppnådd ligninger som har F Eksplisitt, som er ganske nær Colebrook -ligningen.

Aldring av rørene

Det er en empirisk formel for å evaluere økningen i absolutt ruhet som produseres ved bruk, og kjenne til verdien av absolutt ruhet på fabrikken og_enten:

e = e_enten + αt

Hvor og Det er ujevnheten etter t år går og α er en koeffisient med M/år enheter, tommer/år eller fot/år Årlig økning i rosenhet.

Opprinnelig ble det trukket ut for støpejernsrør, men fungerer godt med andre typer rør laget av ikke -belagt metall. I disse er væskens pH.

På den andre siden.

Referanser

1. Belyadi, Hoss. Hydraulisk bruddkjemisk seleksjon og design. Gjenopprettet fra: Scientedirect.com.
2. Cimbala, ca. 2006. Mekanikk av væsker, grunnleggende og applikasjoner. MC. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, J. 1999. Væskemekanikk med anvendelse er i ingeniørfag. MC. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Væskemekanikk. 4. plass. Utgave. Pearson Education. 240-242.
5. Ratnayaka, d. Hydraulikk. Gjenopprettet fra: Scientedirect.com.