Kaj je relativna in absolutna hrapavost?

Relativna hrapavost in absolutna hrapavost To sta dva izraza, ki se uporabljata za opis niza nepravilnosti, ki obstajajo znotraj komercialnih cevi, ki prevažajo tekočine. Absolutna hrapavost je povprečna ali povprečna vrednost teh nepravilnosti, prevedena v povprečno variacijo notranjega polmera cevovoda.

Absolutna hrapavost se šteje za lastnost uporabljenega materiala in se običajno meri v metrih, palcih ali stopalih. Po drugi strani je relativna hrapavost razmerje med absolutno hrapavostjo in premerom cevi, torej nedimenska količina.

Slika 1. Bakrene cevi. Vir: Pixabay.

Relativna hrapavost je pomembna zaradi dejstva, da ima ista absolutna hrapavost bolj izrazit učinek na tanke cevi kot v velikih.

Očitno hrapavost cevi sodeluje s trenjem, kar posledično zmanjšuje hitrost, s katero se tekočina premika v njih. V zelo dolgih ceveh se lahko tekočina celo neha premikati.

Zato je zelo pomembno oceniti trenje v analizi pretoka, saj je za vzdrževanje gibanja treba pritisk s črpalkami. Kompenzacijo izgub omogoča povečanje moči črpalk, kar vpliva na stroške.

Drugi viri izgube tlaka so viskoznost tekočine, premer cevi, njena dolžina, možne zože in prisotnost ventilov, ključev in komolcev.

[TOC]

Izvor ragoznosti

Notranjost cevi ni nikoli popolnoma gladka in mehka na mikroskopski ravni. Stene imajo na površini nepravilnosti, ki so v veliki meri odvisne od materiala, s katerim so izdelane.

Slika 2. Hrapavost znotraj cevi. Vir: Self Made.

Poleg tega se po uporabi poveča hrapavost zaradi spodbujanja in korozije, ki jo povzročajo kemične reakcije med cevmi in tekočino. To povečanje se lahko giblje med 5 in 10 -krat večjo vrednost tovarniške hrapavosti.

Vam lahko služi: latentna toplota

Komercialne cevi kažejo na vrednost hrapavosti v metrih ali metrih, čeprav očitno veljajo za nove in čiste cevi, saj bo takoj, ko čas mineva, hrapavost spremenila svojo tovarniško vrednost.

Vrednosti hrapavosti za nekatere komercialne materiale

Spodaj so absolutne vrednosti hrapavosti, ki so običajno sprejete za komercialne cevi:

- Baker, medenina in svinec: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 stopala).

- Brez prevleke železa: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 stopala).

- Kovano železo: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 stopala).

- Zakovičeno jeklo: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 stopala).

- Komercialno jeklo ali varjeno jeklo: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 stopala).

- Lito železo, prekrito z asfaltom: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 stopala).

- Plastika in steklo: 0.0 m (0.0 stopala).

Relativno hrapavost je mogoče ovrednotiti s poznavanjem premera cevi, narejene z zadevnim materialom. Če označuje absolutno hrapavost kot in in do premera kot D, Relativna hrapavost je izražena kot:

in_r = E /D

Prejšnja enačba je cilindrična cev, če pa ne, se lahko uporablja velikost Hidravlični radio, v katerem premer nadomesti četverica te vrednosti.

Določitev absolutne hrapavosti

Za iskanje hrapavosti cevi so predlagani različni empirični modeli, ki upoštevajo geometrijske dejavnike, kot je oblika nepravilnosti v stenah in njihova distribucija.

Do leta 1933 nemški inženir J. Nikuradse, študent Ludwiga Prandtla, pokrito cevi z zrni peska različnih velikosti, katerih znani premeri so natančno absolutna hrapavost in. Nikuradse je obravnaval cevi, za katere so vrednosti e/d So segali od 0.000985 in 0.0333,

V teh dobro nadzorovanih poskusih so bile hrapavosti razporejene enakomerno, kar se v praksi ne zgodi. Vendar te vrednosti in Še vedno so dober pristop za oceno, kako bodo vplivale izgube trenja.

Vam lahko služi: fizika trdnega stanja: lastnosti, struktura, primeri

Hrapavost, ki jo navaja proizvajalec cevi, je dejansko enakovredna umetno ustvarjeni. Zaradi tega je včasih znano kot Enakovreden pesek (enakovredni pesek).

Laminarni pretok in turbulenten pretok

Hrapavost cevi je zelo pomemben dejavnik, ki ga je treba upoštevati v skladu z režimom gibanja, ki ga ima tekočina. Tekočine, v katerih je viskoznost pomembna, se lahko premikajo v laminarnem ali burnem režimu.

V laminarnem toku, v katerem se tekočina lepo premika v plasteh, imajo nepravilnosti na površini cevi manjše teže in zato jih običajno ne upoštevajo. V tem primeru je viskoznost tekočine, ki ustvarja rezalne napetosti med plastmi, ki povzročajo izgube energije.

Primeri laminarnega pretoka so curek vode, ki izhaja iz pipe z nizko hitrostjo, dim, ki začne kazati s palice na kadilnici ali začetek injiciranega črnila v tok vode, kot je določeno leta 1883.

Po drugi strani je turbulentni tok manj urejen in bolj kaotičen. Je tok, v katerem je gibanje nepravilno in ne zelo predvidljivo. Primer je dim kadilne palice, ko se nežno nežno premika in začne tvoriti vrsto nepravilnih svitkov, imenovanih turbulenca.

Dimenzijski numerični parameter, imenovan Reynolds N Številka_R Nakazuje, ali ima tekočina en ali drug režim, v skladu z naslednjimi merili:

Brez_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 Pretok je buren. Za vmesne vrednosti se režim šteje za prehod in gibanje je nestabilno.

Vam lahko služi: reakcija entalpija: definicija, termokemija, vaje

Faktor trenja

Ta dejavnik omogoča iskanje izgube energije trenja in je odvisen le od števila Reynoldov za laminarni tok, vendar je v turbulentnem toku prisotna relativna hrapavost.

Ja F To je faktor trenja, obstaja empirična enačba, imenovana Colleebrook enačba. Odvisno je od relativne hrapavosti in števila Reynoldsa, vendar njegova ločljivost ni preprosta, saj F Ni izrecno dano:

Zato so bile ustvarjene krivulje, kot je razpoložen diagram, kar olajša vrednost faktorja trenja za Reynoldsovo številko in relativno hrapavost. Empirično so pridobili enačbe, ki imajo F Izrecno, ki so precej blizu Colebrookove enačbe.

Staranje cevi

Obstaja empirična formula za oceno povečanja absolutne hrapavosti, ki nastane z uporabo, pri čemer pozna vrednost absolutne hrapavosti tovarne in_tudi:

e = e_tudi + αt

Kje in Je hrapavost po t leta pretekel in α je koeficient z enotami m/leto, palcev/leto ali stopalo/leto Letno povečanje rosalnosti.

Prvotno je bil sklenjen za cevi iz litega železa, vendar dobro deluje z drugimi vrstami cevi iz kovine, ki ni bila prevlečena. V teh je pH tekočine pomemben glede na njegovo trajnost, saj alkalne vode močno zmanjšajo tok.

Po drugi strani.

Reference

1. Belyadi, Hoss. Izbira in oblikovanje hidravlične lomljenja. Okrevano od: scientirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Mehanika tekočin, osnov in aplikacij. MC. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, j. 1999. Mehanika tekočine z uporabo je v inženirstvu. MC. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Mehanika tekočine. 4. Izdaja. Pearson Education. 240-242.
5. Ratnayaka, d. Hidravlika. Okrevano od: scientirect.com.