Przepływ Płynów Spis Treści
Wiedza Hydrauliczna i Pneumatyczna
Urządzenia Zasilane Płynami
Spadek ciśnienia w rurach jest spowodowany przez:
- tarcie
- różnicę pionową rur lub wzniesienie
- zmianę energii kinetycznej
- obliczenie spadku ciśnienia spowodowanego tarciem w rurach o przekroju kołowym
Aby określić spadek ciśnienia płynu (cieczy lub gazu) wzdłuż rury lub elementu rury, należy wykonać następujące obliczenia, w następującej kolejności.
Liczba Reynoldsa:
|
Re = ω D / v Re = ρ v l / µ Re = ω l / v |
Gdzie: Re = Liczba Reynoldsa (bez jednostki) Wiskoza kinematyczna Przykładowe wartości lepkości kinematycznej dla powietrza i wody przy 1 atm i różnych temperaturach. Wiskoza kinematyczna powietrza m2/a
Water Kinematic Viscosity m2/ a
Tablica lepkości kinematycznej Chart of Liquids |
Jeśli liczba Reynoldsa < 2320, to mamy przepływ laminarny.
Przepływ laminarny charakteryzuje się poślizgiem koncentrycznych, cylindrycznych warstw obok siebie w uporządkowany sposób. Prędkość płynu jest maksymalna na osi rury i gwałtownie maleje do zera przy ściance. Spadek ciśnienia spowodowany tarciem w przepływie laminarnym nie zależy od chropowatości rury.
Jeśli liczba Reynoldsa > 2320, mamy do czynienia z przepływem turbulentnym.
Występuje nieregularny ruch cząsteczek płynu w kierunkach poprzecznych do kierunku głównego przepływu. Rozkład prędkości w przepływie turbulentnym jest bardziej równomierny na całej średnicy rury niż w przepływie laminarnym. Spadek ciśnienia spowodowany tarciem w przepływie turbulentnym zależy od chropowatości rury.
Wybierz współczynnik tarcia rury:
Współczynnik tarcia rury jest liczbą bezwymiarową. Współczynnik tarcia dla warunków przepływu laminarnego jest funkcją tylko liczby Reynoldsa, dla przepływu turbulentnego jest również funkcją charakterystyki ścianki rury.
Określenie współczynnika tarcia rury przy przepływie laminarnym:
λ = 64 / Re
Gdzie:
λ = współczynnik tarcia rury
Re = liczba Reynoldsa
Uwaga: Idealnie gładkie rury będą miały chropowatość równą zero.
Określenie współczynnika tarcia rury przy przepływie turbulentnym (w większości przypadków) Równanie Colbrooka:
lub
Gdzie:
= Współczynnik tarcia rur
g = Przyspieszenie grawitacyjne (9.8 m/s)
Re = Liczba Reynoldsa (bez jednostki)
k = Chropowatość bezwzględna (mm)
D = Średnica rury (m)
lg = Skrót od Log
Rozwiązania tego obliczenia są wykreślane w zależności od liczby Reynoldsa w celu utworzenia wykresu Moody’ego.
Następująca tabela podaje typowe wartości chropowatości w milimetrach dla powszechnie stosowanych materiałów rurociągów.
| Materiał powierzchniowy |
Współczynnik chropowatości bezwzględnej – k (mm)
|
| Aluminium, ołów |
0.001 – 0.002
|
| Mosiądz ciągniony, Miedź ciągniona |
0.0015
|
| Aluminium, Ołów |
0.001 – 0.002
|
| PVC, Rury z tworzyw sztucznych |
0.0015
|
| Włókno szklane |
0.005
|
| Stal nierdzewna |
0.015
|
| Rura handlowa stalowa |
0.045 – 0.09
|
| Stal rozciągana |
0.015
|
| Stal spawana |
0.045
|
| Stal ocynkowana |
0.15
|
| Stal zardzewiała |
0.15 – 4
|
| Stal nitowana |
0,9 – 9
|
| Żeliwo nowe |
0,25 – 0.8
|
| Żeliwo zużyte |
0,8 – 1,5
|
| Żeliwo skorodowane |
1.5 – 2.5
|
| Żeliwo spiekane |
0.012
|
| Żeliwo ocynkowane |
0,015
|
| Cement wygładzony |
0.3
|
| Beton zwykły |
0,3 – 3
|
| Drewno dobrze strugane |
0,18 – 0.9
|
| Drewno strugane |
5
|
Określenie spadku ciśnienia w rurach o przekroju kołowym:
Gdzie:
Δp = Spadek ciśnienia (Pa lub kg / m-s 2)
λ = Współczynnik tarcia rury
L = Długość rury (m)
D = Średnica rury (m)
p = Gęstość (kg/m3)
ω = Prędkość przepływu (m/s)
Jeśli masz zawory, kolanka i inne elementy wzdłuż rury, a następnie obliczyć spadek ciśnienia ze współczynnikami oporu specjalnie dla elementu. Współczynniki oporu są w większości przypadków ustalane na podstawie testów praktycznych i dokumentów specyfikacji dostawcy. Jeśli współczynnik oporu jest znany, możemy obliczyć spadek ciśnienia dla danego elementu.
Gdzie:
= Spadek ciśnienia (kg/m2)
= Współczynnik oporu (określony na podstawie badania lub specyfikacji sprzedawcy)
p =. Gęstość (kg/m3)
ω = Prędkość przepływu
Spadek ciśnienia pod wpływem grawitacji lub pionowego wzniesienia
Gdzie:
Δp = Spadek ciśnienia (kg/m2)
p = Gęstość (kg/m3)
g = Przyspieszenie grawitacji (9,8 m/s)
ΔH = Pionowe wzniesienie lub spadek (m)
Spadek ciśnienia gazów i pary
Płyny ściśliwe rozszerzają się z powodu spadku ciśnienia (tarcie), a prędkość wzrośnie. Dlatego spadek ciśnienia wzdłuż rury nie jest stały.
Gdzie:
p1 = Ciśnienie przychodzące (kg/m2)
T1 = Temperatura przychodząca (°C)
p2 = Ciśnienie wychodzące (kg/m2)
T2 = Temperatura wychodząca (°C)
Ustawiamy liczbę tarcia rury jako stałą i obliczamy ją za pomocą danych wejściowych. Temperatura, która jest używana w równaniu, jest średnią z wejścia i wyjścia z rury.
Uwaga: Można obliczać gazy jako ciecze, jeśli względna zmiana gęstości jest mała (zmiana gęstości/gęstość = 0,02).