Względna szorstkość i bezwzględna szorstkość to dwa terminy używane do opisania zestawu istniejących nieprawidłowości w rurach handlowych transportujących płyny. Bezwzględna szorstkość to średnia lub średnia wartość tych nieregularności, przekładana na średnią zmianę wewnętrznego promienia rury.
Bezwzględną szorstkość uważa się za właściwość użytego materiału i zwykle mierzy się ją w metrach, calach lub stopach. Ze swojej strony względna szorstkość jest ilorazem bezwzględnej szorstkości i średnicy rury, a zatem jest wielkością bezwymiarową.
Względna szorstkość jest ważna, ponieważ ta sama bezwzględna szorstkość ma bardziej wyraźny wpływ na cienkie rury niż na duże..
Oczywiście chropowatość rur współdziała z tarciem, co z kolei zmniejsza prędkość, z jaką ciecz przemieszcza się w nich. W bardzo długich rurach płyn może nawet przestać się poruszać.
Dlatego bardzo ważna jest ocena tarcia w analizie przepływu, ponieważ w celu utrzymania ruchu konieczne jest zastosowanie ciśnienia za pomocą pomp. Kompensacja strat powoduje konieczność zwiększenia mocy pomp, co wpływa na koszty.
Innymi źródłami strat ciśnienia są lepkość płynu, średnica rurki, jej długość, możliwe zwężenia oraz obecność zaworów, kurków i kolanek..
Indeks artykułów
Wnętrze rury nigdy nie jest całkowicie gładkie i gładkie na poziomie mikroskopowym. Ściany mają nierówności powierzchni, które w dużym stopniu zależą od materiału, z którego są wykonane.
Ponadto po eksploatacji chropowatość wzrasta z powodu kamienia i korozji spowodowanych reakcjami chemicznymi między materiałem rury a płynem. Ten wzrost może wynosić od 5 do 10-krotności wartości fabrycznej szorstkości.
Rury handlowe wskazują wartość chropowatości w metrach lub stopach, chociaż oczywiście będą one obowiązywać dla nowych i czystych rur, ponieważ jak tylko minie czas, chropowatość zmieni wartość fabryczną.
Poniżej znajdują się powszechnie akceptowane bezwzględne wartości chropowatości dla rur handlowych:
- Miedź, mosiądz i ołów: 1,5 x 10 -6 m (5 x 10 -6 stopy).
- Żeliwo niepowlekane: 2,4 x 10 -4 m (8 x 10 -4 stopy).
- Kute żelazo: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 stopy).
- Stal nitowana: 1,8 x 10 -3 m (6 x 10 -3 stopy).
- Stal handlowa lub stal spawana: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 stopy).
- Żeliwo pokryte asfaltem: 1,2 x 10 -4 m (4 x 10 -4 stopy).
- Plastik i szkło: 0,0 m (0,0 stopy).
Względną szorstkość można ocenić znając średnicę rury wykonanej z danego materiału. Jeśli oznaczysz bezwzględną szorstkość jako i a średnica jak re, względną szorstkość wyraża się jako:
ir = e / D
Powyższe równanie zakłada cylindryczną rurę, ale jeśli nie, to wielkość tzw promień hydrauliczny, gdzie średnica jest zastąpiona czterokrotnością tej wartości.
Aby określić chropowatość rur, zaproponowano różne modele empiryczne, które uwzględniają czynniki geometryczne, takie jak kształt nierówności w ścianach i ich rozmieszczenie..
Około 1933 roku niemiecki inżynier J.Nikuradse, uczeń Ludwiga Prandtla, pokrył rury ziarenkami piasku o różnych rozmiarach, których znane średnice to właśnie bezwzględna szorstkość. i. Nikuradse obsługiwał rurociągi, dla których wartości e / D wahał się od 0,000985 do 0,0333,
W tych dobrze kontrolowanych eksperymentach nierówności były równomiernie rozłożone, co nie ma miejsca w praktyce. Jednak te wartości i są nadal dobrym przybliżeniem do oszacowania, jak chropowatość wpłynie na straty spowodowane tarciem.
Chropowatość wskazana przez producenta rury jest w rzeczywistości równoważna z tą stworzoną sztucznie, tak jak zrobili to Nikuradse i inni eksperymentatorzy. Z tego powodu jest czasami nazywany odpowiednik piasku (odpowiednik piasku).
Chropowatość rury jest bardzo ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę w zależności od szybkości ruchu płynu. Płyny, w których lepkość jest istotna, mogą poruszać się w trybie laminarnym lub turbulentnym.
W przepływie laminarnym, w którym płyn porusza się w sposób uporządkowany warstwami, nierówności na powierzchni rury mają mniejszą wagę i dlatego zwykle nie są brane pod uwagę. W tym przypadku to lepkość płynu wytwarza naprężenia ścinające między warstwami, powodując straty energii..
Przykłady przepływu laminarnego to strumień wody wychodzący z kranu z małą prędkością, dym zaczynający się wydzielać z zapalonego kadzidełka lub początek atramentu wtryskiwany do strumienia wody, jak ustalił Osborne Reynolds w 1883 r..
W przeciwieństwie do tego przepływ burzliwy jest mniej uporządkowany i bardziej chaotyczny. Jest to przepływ, w którym ruch jest nieregularny i mało przewidywalny. Przykładem jest dym z kadzidełka, który przestaje się płynnie poruszać i zaczyna tworzyć serię nieregularnych pasm zwanych turbulencjami..
Bezwymiarowy parametr numeryczny zwany liczbą Reynoldsa NR wskazuje, czy płyn ma taki czy inny reżim, zgodnie z następującymi kryteriami:
BezR < 2000 el flujo es laminar; Si NR > 4000 przepływ jest turbulentny. W przypadku wartości pośrednich reżim uważa się za przejściowy, a ruch jest niestabilny.
Współczynnik ten pozwala znaleźć straty energii spowodowane tarciem i zależy tylko od liczby Reynoldsa dla przepływu laminarnego, ale w przepływie turbulentnym występuje względna szorstkość..
tak fa jest współczynnikiem tarcia, istnieje równanie empiryczne umożliwiające jego znalezienie, zwane równaniem Colebrooka. Zależy to od względnej szorstkości i liczby Reynoldsa, ale jego rozdzielczość nie jest łatwa, ponieważ fa nie jest wyraźnie podane:
Dlatego powstały krzywe, takie jak wykres Moody'ego, które ułatwiają znalezienie wartości współczynnika tarcia dla danej liczby Reynoldsa i względnej szorstkości. Z empirycznego punktu widzenia otrzymano równania, które mają fa wyraźnie, które są dość zbliżone do równania Colebrooka.
Istnieje wzór empiryczny do oceny wzrostu bezwzględnej szorstkości, który występuje w wyniku użytkowania, znając wartość fabrycznej bezwzględnej szorstkości ilub:
e = elub + αt
Gdzie i jest szorstkość po t lat, które upłynęły, a α jest współczynnikiem o nazwie m / rok, cale / rok lub stopa / rok tempo rocznego wzrostu chropowatości.
Pierwotnie odliczane dla rur żeliwnych, ale działa dobrze z innymi typami rur wykonanych z niepowlekanego metalu. W nich pH płynu jest ważne ze względu na jego trwałość, ponieważ wody alkaliczne znacznie zmniejszają przepływ..
Z drugiej strony w przypadku rur powlekanych lub plastiku, cementu i gładkiego betonu nie występuje z upływem czasu znaczący wzrost chropowatości..
Jeszcze bez komentarzy