Relativ grovhet och absolut grovhet är två termer som används för att beskriva uppsättningen befintliga oegentligheter i kommersiella rör som transporterar vätskor. Den absoluta ojämnheten är medelvärdet eller medelvärdet för dessa oegentligheter, översatt till medelvariationen av rörets inre radie.
Absolut grovhet anses vara en egenskap hos det använda materialet och mäts vanligtvis i meter, tum eller fötter. För sin del är den relativa ojämnheten kvoten mellan den absoluta ojämnheten och diametern på röret, och är därför en måttlös storlek.
Relativ ojämnhet är viktig eftersom samma absoluta ojämnhet har en mer markant effekt på tunna rör än på stora rör..
Uppenbarligen samverkar rörens grovhet med friktion, vilket i sin tur minskar hastigheten med vilken vätskan rör sig inuti dem. I mycket långa rör kan vätskan till och med sluta röra sig.
Därför är det mycket viktigt att utvärdera friktionen i flödesanalysen, för att upprätthålla rörelsen är det nödvändigt att applicera tryck med hjälp av pumpar. Att kompensera för förluster gör det nödvändigt att öka pumparnas effekt, vilket påverkar kostnaderna.
Andra källor till tryckförlust är vätskans viskositet, rörets diameter, dess längd, möjliga förträngningar och närvaron av ventiler, kranar och armbågar..
Artikelindex
Rörets insida är aldrig helt slät och slät på mikroskopisk nivå. Väggar har ojämnheter i ytan som är mycket beroende av materialet de är gjorda av.
Efter att ha varit i drift ökar dessutom ojämnheten på grund av skalning och korrosion orsakad av kemiska reaktioner mellan rörmaterialet och vätskan. Denna ökning kan variera mellan 5 och 10 gånger värdet på fabrikens ojämnhet.
Kommersiella rör indikerar grovhetsvärdet i meter eller fot, även om de uppenbarligen är giltiga för nya och rena rör, eftersom så snart tiden går kommer råheten att ändra sitt fabriksvärde.
Nedan visas de allmänt accepterade absoluta grovhetsvärdena för kommersiella rör:
- Koppar, mässing och bly: 1,5 x 10 -6 m (5 x 10 -6 fötter).
- Obestruket gjutjärn: 2,4 x 10 -4 m (8 x 10 -4 fötter).
- Smidesjärn: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 fötter).
- Nittat 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).
- Asfaltfodrad gjutjärn: 1,2 x 10 -4 m (4 x 10 -4 fötter).
- Plast och glas: 0,0 m (0,0 ft).
Den relativa ojämnheten kan utvärderas med vetskap om diametern på röret som tillverkats med det aktuella materialet. Om du anger absolut grovhet som och och diametern som D, den relativa ojämnheten uttrycks som:
ochr = e / D.
Ovanstående ekvation antar ett cylindriskt rör, men om inte, den storlek som kallas hydraulisk radie, där diametern ersätts med fyra gånger detta värde.
För att hitta rörens ojämnhet har olika empiriska modeller föreslagits som tar hänsyn till geometriska faktorer såsom formen på ojämnheterna i väggarna och deras fördelning..
Omkring 1933 täckte den tyska ingenjören J. Nikuradse, en student av Ludwig Prandtl, rör med sandkorn av olika storlekar, vars kända diametrar är precis den absoluta grovheten och. Nikuradse hanterade rörledningar för vilka värdena på e / D varierade från 0,000985 till 0,0333,
I dessa välkontrollerade experiment fördelades ojämnheterna jämnt, vilket inte är fallet i praktiken. Men dessa värden av och är fortfarande en bra approximation för att uppskatta hur grovhet kommer att påverka friktionsförluster.
Ojämnheten som anges av tillverkaren av ett rör motsvarar faktiskt den konstgjorda, precis som Nikuradse och andra experimenter gjorde. Av denna anledning är det ibland känt som motsvarande sand (motsvarande sand).
Rörets grovhet är en mycket viktig faktor att tänka på beroende på vätskans rörelsehastighet. Vätskorna i vilka viskositeten är relevant kan röra sig i ett laminärt eller turbulent system.
Vid laminärt flöde, där vätskan rör sig ordentligt i lager, har oregelbundenheterna i rörets yta mindre vikt och därför beaktas vanligtvis inte. I detta fall är det vätskans viskositet som skapar skjuvspänningar mellan skikten som orsakar energiförluster..
Exempel på laminärt flöde är en vattenström som kommer ut ur kranen med låg hastighet, rök som börjar strömma från en tänd rökelsepinne eller början på en bläckstråle som injiceras i en vattenström, som bestämts av Osborne Reynolds 1883.
Däremot är det turbulenta flödet mindre ordnat och mer kaotiskt. Det är ett flöde där rörelsen är oregelbunden och inte särskilt förutsägbar. Ett exempel är röken från rökelsepinnen när den slutar röra sig smidigt och börjar bilda en serie oregelbundna visper som kallas turbulens..
Den måttlösa numeriska parametern Reynolds nummer NR indikerar om vätskan har en eller annan regim, enligt följande kriterier:
UtanR < 2000 el flujo es laminar; Si NR > 4000 flöde är turbulent. För medelvärden anses regimen vara övergångsrik och rörelsen är instabil.
Denna faktor gör det möjligt att hitta energiförlusten på grund av friktion och beror bara på Reynolds-talet för ett laminärt flöde, men i turbulent flöde är den relativa ojämnheten närvarande..
Ja F är friktionsfaktorn, det finns en empirisk ekvation för att hitta den, kallad Colebrook-ekvationen. Det beror på den relativa ojämnheten och Reynolds-numret, men dess upplösning är inte lätt, eftersom F anges inte uttryckligen:
Det är därför som kurvor som Moody-diagrammet har skapats, vilket gör det enkelt att hitta värdet på friktionsfaktorn för ett givet Reynolds-tal och relativ grovhet. Empiriskt har ekvationer erhållits som har F uttryckligen, som ligger ganska nära Colebrook-ekvationen.
Det finns en empirisk formel för att utvärdera ökningen av absolut grovhet som uppstår på grund av användning, med vetskap om värdet på fabrikens absoluta grovhet ocheller:
e = eeller + at
Var och är grovheten efter t år som gått och α är en koefficient med enheterna m / år, tum / år eller fot / år som kallas årlig ökning av ojämnheten.
Ursprungligen avdraget för gjutjärnsrör men fungerar bra med andra typer av rör tillverkade av obelagd metall. I dessa är vätskans pH viktigt när det gäller dess hållbarhet, eftersom alkaliskt vatten kraftigt minskar flödet..
Å andra sidan upplever belagda rör eller plast, cement och slät betong inte anmärkningsvärda ökningar av ojämnheten över tiden..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.