Vad är relativt och absolut grovhet?

Relativ grovhet och absolut grovhet Dessa är två termer som används för att beskriva uppsättningen av oegentligheter som finns i de kommersiella rören som transporterar vätskor. Absolut grovhet är medelvärdet eller medelvärdet för dessa oegentligheter, översatt till den genomsnittliga variationen i den inre radien för rörledningen.

Absolut grovhet betraktas som en egenskap hos det använda materialet och mäts vanligtvis i meter, tum eller fötter. Å andra sidan är relativ grovhet förhållandet mellan absolut grovhet och rörets diameter, därför en icke -dimensiv mängd.

Figur 1. Kopparrör. Källa: Pixabay.

Relativ grovhet är viktigt med tanke på att samma absoluta grovhet har en mer markant effekt på tunna rör än i stora.

Självklart samarbetar rörelsen i rören med friktion, vilket i sin tur minskar hastigheten med vilken vätskan rör sig inuti dem. I mycket långa rör kunde vätskan till och med sluta röra sig.

Därför är det mycket viktigt att utvärdera friktion i flödesanalys, eftersom det för att upprätthålla rörelse är nödvändigt att tillämpa tryck från pumpar. Kompensera förluster gör det nödvändigt att öka pumpens kraft, vilket påverkar kostnaderna.

Andra källor till tryckförluster är viskositeten hos vätskan, rörets diameter, dess längd, möjliga smalningar och närvaron av ventiler, nycklar och armbågar.

[TOC]

Rugositet

Rörets inre är aldrig helt smidigt och mjukt på mikroskopisk nivå. Väggarna har oegentligheter på ytan som till stor del beror på materialet som de är gjorda.

figur 2. Grovheter inuti ett rör. Källa: Självgjord.

Dessutom, efter att ha varit i tjänst, ökas grovheten på grund av ökning och korrosion orsakad av kemiska reaktioner mellan rörmaterial och vätska. Denna ökning kan variera mellan 5 och 10 gånger värdet på fabrikens grovhet.

Kan tjäna dig: latent värme

Kommersiella rör indikerar värdet på grovhet i meter eller fötter, även om de uppenbarligen kommer att vara giltiga för nya och rena rör, för så snart tiden går kommer grovhet att ändra fabriksvärdet.

Grovhetsvärden för vissa kommersiella material

Nedan följer de absoluta grovhetsvärdena som vanligtvis accepteras för kommersiella rör:

- Koppar, mässing och bly: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 fötter).

- Utan beläggning av järn: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 fötter).

- Smidd järn: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 fötter).

- Nitat stål: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 fötter).

- Kommersiellt stål eller svetsat stål: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 fötter).

- Gjutjärn täckt med asfalt: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 fötter).

- Plast och glas: 0.0 m (0.0 fot).

Relativ grovhet kan utvärderas genom att känna till rörets diameter med materialet i fråga. Om det betecknar absolut grovhet som och och till diameter som D, Relativ grovhet uttrycks som:

och_r = E /d

Den föregående ekvationen är ett cylindriskt rör, men om inte, kan storleken som kallas användas Hydraulradio, där diametern ersätts av fyrdubbla av detta värde.

Bestämning av absolut grovhet

För att hitta rörens grovhet har olika empiriska modeller föreslagits som tar hänsyn till geometriska faktorer såsom formen av oegentligheter i väggarna och deras distribution.

År 1933. Nikuradse, student i Ludwig Prandtl, täckta rör med sandkorn i olika storlekar, vars kända diametrar är exakt absolut grovhet och. Nikuradse hanterade rör som värdena på e/d De varierade från 0.000985 och 0.0333,

I dessa välkontrollerade experiment fördelades groviteterna jämnt, vilket inte händer i praktiken. Emellertid dessa värden på och De är fortfarande ett bra tillvägagångssätt för att uppskatta hur friktionsförluster kommer att påverka.

Kan tjäna dig: Solid State Physics: Egenskaper, struktur, exempel

Den grovhet som tillverkaren av tillverkaren av ett rör är faktiskt motsvarande det konstgjorda skapade, som Nikuradse och andra experter gjorde. Av denna anledning är det ibland känt som Ekvivalent sand (motsvarande sand).

Laminärt flöde och turbulent flöde

Rörets grovhet är en mycket viktig faktor att tänka på enligt rörelsesregimen som vätskan har. Vätskorna där viskositeten är relevant kan röra sig i en laminär eller turbulent regim.

I det laminära flödet, där vätskan rör sig snyggt i skikt, har oegentligheterna på rörets yta mindre vikt och det är därför de vanligtvis inte beaktas. I det här fallet är det viskositeten hos vätskan som skapar skär spänningar mellan skikten som orsakar energiförluster.

Exempel på laminärt flöde är en vattenstråle som kommer ut ur kranen med låg hastighet, röken som börjar spira från en trollstav på rökelse tänd eller början på en injicerad bläckstråle till en ström av vatten, såsom bestämdes 1883.

Å andra sidan är turbulent flöde mindre ordnat och mer kaotiskt. Det är ett flöde där rörelsen är oregelbunden och inte särskilt förutsägbar. Ett exempel är rökens rök när den slutar röra sig försiktigt och börjar bilda en serie oregelbundna rullar som kallas turbulens.

Den dimensionella numeriska parametern som kallas Reynolds N -nummer_R Anger om vätskan har en eller annan regim, enligt följande kriterier:

Utan_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 flödet är turbulent. För mellanvärden betraktas regimen som övergång och rörelsen är instabil.

Kan tjäna dig: Reaktionsentalpi: Definition, termokemi, övningar

Friktionsfaktorn

Denna faktor gör det möjligt att hitta förlusten av friktionsenergi och beror bara på antalet Reynolds för ett laminärt flöde, men i det turbulenta flödet finns relativ grovhet närvarande.

Ja F Det är friktionsfaktorn, det finns en empirisk ekvation att hitta den, kallad Colleebrook -ekvation. Det beror på den relativa grovheten och Reynolds -numret, men dess upplösning är inte enkel, eftersom F Det ges inte uttryckligen:

Det är därför kurvor som Moody Diagram har skapats, vilket underlättar värdet på friktionsfaktorn för ett Reynolds -nummer och en relativ grovhet som ges. Empiriskt har de erhållit ekvationer som har F Uttryckligen, som är ganska nära Colebrook -ekvationen.

Åldrandet av rören

Det finns en empirisk formel för att utvärdera ökningen av absolut grovhet som produceras genom användning, och känner till värdet på fabrikens absoluta grovhet och_antingen:

e = e_antingen + at

Var och Det är grovheten efter t år förflutit och a är en koefficient med m/årsenheter, tum/år eller fot/år Årlig ökning av rossaliteten.

Ursprungligen härleddes det för gjutjärnrör men fungerar bra med andra typer av rör gjorda av icke -belagda metall. I dessa är vätskans pH viktigt när det gäller dess hållbarhet, eftersom alkaliska vatten kraftigt minskar flödet.

Å andra sidan.

Referenser

1. Belyadi, Hoss. Hydraulisk frakturering av kemiskt urval och design. Återhämtat sig från: scientedirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Mekanik för vätskor, grundläggande faktorer och applikationer. Mc. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, J. 1999. Fluid Mechanics With Application är inom teknik. Mc. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Flytande mekanik. 4th. Utgåva. Pearson Education. 240-242.
5. Ratnayaka, d. Hydraulik. Återhämtat sig från: scientedirect.com.