آنچه در این مقاله خواهید خواند:
فشار قطر لوله و جریان
رابطه بین جریان و فشار
فرمول‌های جریان و فشار
سرعت جریان و افت فشار
دبی و فشار دیفرانسیل
محاسبه دبی از فشار دیفرانسیل
آیا سرعت جریان در لوله با فشار آن متناسب است؟ آیا دبی با فشار، دبی و قطر لوله ارتباط دارد؟ از دیدگاه تحلیل کیفی، رابطه بین فشار و دبی در یک لوله متناسب است. یعنی هر چه فشار بیشتر باشد دبی بیشتر می‌شود. سرعت جریان برابر است با سرعت ضربدر مقطع. برای هر بخش از خط لوله، فشار تنها از یک سر وارد می‌شود، این بدین معناست که جهت یک طرفه می‌باشد. هنگامی که خروجی بسته است (دریچه بسته است)، سیال در لوله در حالت ممنوع می‌باشد. هنگامی که خروجی باز است، سرعت جریان آن به فشار درون لوله بستگی دارد.
فشار قطر لوله و جریان
قطر لوله به زمانی اطلاق می‌شود که دیواره لوله نازک باشد، قطر بیرونی لوله و قطر داخلی لوله تقریباً یکسان است، بنابراین مقدار متوسط قطر خارجی لوله و قطر داخلی لوله به عنوان قطر لوله در نظر گرفته می‌شود. معمولاً به مواد مصنوعی عمومی یا لوله فلزی اشاره دارد، هنگامی که قطر داخلی بزرگتر است، مقدار متوسط قطر داخلی و قطر خارجی به عنوان قطر لوله در نظر گرفته می‌شود. بر اساس سیستم متریک، میلی‌متر (mm) نیز DN (واحد متریک) نامیده می‌شود.
فشار به فشار داخلی یک لوله سیال گفته می‌شود.
دبی یا نرخ جریان مقدار سیالی است که از طریق مقطع موثر یک لوله بسته یا کانال باز در واحد زمان جریان می‌یابد که به عنوان جریان آنی نیز شناخته می‌شود. وقتی مقدار سیال را بر حسب حجم بیان می‌کنند، جریان حجمی نامیده می‌شود. وقتی مقدار سیال را بر حسب جرم بیان کنیم، جریان جرمی نامیده می‌شود. حجم سیالی که در واحد زمان از یک قسمت لوله عبور می‌کند، دبی حجمی آن مقطع نامیده می‌شود.
رابطه بین جریان و فشار
اول از همه، flow = flow rate × pipe inner diameter × pipe inner diameter × π ÷ 4 . بنابراین، جریان و دبی اساساً یکی را برای محاسبه پارامتر دیگر می‌شناسند.
اما اگر قطر لوله D و فشار P داخل لوله مشخص باشد، آیا می‌توان دبی را محاسبه کرد؟
پاسخ این است: نمی‌توان سرعت جریان و دبی سیال در لوله را پیدا کرد.
تصور کنید که یک دریچه در انتهای لوله وجود دارد. وقتی دریچه بسته باشد، فشار (P) در داخل لوله وجود دارد و دبی جریان در لوله صفر است.
بنابراین: میزان جریان در لوله با فشار در لوله تعیین نمی‌شود، بلکه با گرادیان افت فشار در طول لوله تعیین می‌شود. بنابراین، طول لوله و فشار دیفرانسیل در هر انتهای لوله برای یافتن سرعت و دبی لوله باید مشخص شود.
اگر از دیدگاه تحلیل کیفی به آن نگاه کنیم. رابطه بین فشار در لوله و سرعت جریان متناسب است. یعنی هر چه فشار بیشتر باشد دبی بیشتر می‌شود. نرخ جریان برابر است با سرعت ضربدر مقطع.
برای هر بخش از لوله، فشار فقط از یک سر وارد می‌شود. یعنی جهت یک طرفه است. هنگامی که خروجی در جهت فشار بسته است (شیر بسته) مایع در لوله ممنوع است. پس از باز شدن خروجی، دبی بسته به فشار در لوله جریان دارد.
برای تجزیه و تحلیل کمی، می‌توان از آزمایش‌های مدل هیدرولیک استفاده کرد. یک فشارسنج، دبی سنج یا اندازه‌گیری ظرفیت جریان نصب کنید. برای جریان لوله تحت فشار نیز می‌توان آن را محاسبه کرد. مراحل محاسبه به شرح زیر است.
- محاسبه مقاومت ویژه لوله (S). در مورد لوله‌های چدنی قدیمی یا لوله‌های فولادی قدیمی. مقاومت لوله را می‌توان با فرمول Sheverev (s=0.001736/d^5.3) یا (s=10.3n2/d^5.33) محاسبه کرد.
- تشخیص اختلاف کارگیر H = P/(ρg) در هر دو انتهای لوله. اگر افت افقی (h) وجود داشته باشد (به این معنی که ابتدای لوله به اندازه h بالاتر از انتهای آن است).
سپس H=P/(ρg)+h
جایی که: H: در متر (m).
P: اختلاف فشار بین دو سر لوله است (نه فشار یک مقطع خاص).
P در Pa.
- محاسبه نرخ جریان Q: Q = (H/sL)^(1/2)
- نرخ جریان V = 4Q/(3.1416 * d^2)
جایی که: Q – نرخ جریان، m^3/s.
H – اختلاف سر بین ابتدا و انتهای لوله، m.
L – طول از ابتدا تا انتهای لوله، m.
فرمول‌های جریان و فشار
فشار و جریان را ذکر کنید. بسیاری از مردم به معادله برنولی فکر خواهند کرد.
فیزیکدان و ریاضی‌دان سوییسی به نام دانیل برنولی اولین بار در سال 1726 پیشنهاد کرد: «در یک جریان، اگر سرعت کم باشد، فشار زیاد است. اگر سرعت زیاد باشد، فشار کم است.» ما آن را «اصل برنولی» می‌نامیم.
این اصل اساسی هیدرودینامیک قبل از ایجاد نظریه معادلات مکانیک سیالات محیط پیوسته است. ماهیت آن حفظ انرژی مکانیکی سیال است. یعنی: انرژی جنبشی + انرژی پتانسیل گرانشی + انرژی پتانسیل فشار = ثابت و پایدار است.
مهم است که از این موضوع آگاه باشید. زیرا معادله برنولی از پایستگی انرژی مکانیکی استنتاج می‌شود. بنابراین، فقط برای سیالات ایده‌آل با ویسکوزیته ناچیز و تراکم ناپذیر قابل استفاده است.
اصل برنولی معمولاً به صورت (p+1/2ρv2+ρgh=C) بیان می‌شود.
این معادله معادله برنولی نامیده می‌شود.
جایی که
p فشار در یک نقطه از سیال است.
v سرعت جریان سیال در آن نقطه است.
ρ چگالی سیال است.
g شتاب گرانش است.
h ارتفاع نقطه است.
C یک ثابت است.
همچنین می توان آن را به صورت (p1+1/2ρv12+ρgh1=p2+1/2ρv22+ρgh2) بیان کرد.
مفروضات
برای استفاده از قانون برنولی، برای استفاده از آن باید مفروضات زیر رعایت شود. اگر مفروضات زیر به طور کامل برآورده نشود، راه حل مورد نظر نیز تقریبی است.
- جریان حالت پایدار: در یک سیستم جریان، خواص سیال در هیچ نقطه‌ای با گذشت زمان تغییر نمی‌کند.
- جریان تراکم ناپذیر: چگالی ثابت است و هنگامی که سیال گاز است، عدد ماخ (Ma) < 0.3 اعمال می‌شود.
- جریان بدون اصطکاک: اثر اصطکاک ناچیز است، اثر ویسکوز ناچیز است.
- جریان سیال در امتداد خط جریان: عناصر سیال در امتداد خط جریان جریان دارند. خطوط جریان همدیگر را قطع نمی‌کنند.
سرعت جریان و افت فشار
افت فشار که به عنوان کاهش فشار نیز شناخته می‌شود، نشانگر فنی و اقتصادی میزان انرژی مصرفی دستگاه است. به عنوان فشار تفاضلی کل سیال در ورودی و خروجی دستگاه بیان می‌شود. در اصل، انرژی مکانیکی مصرف شده توسط سیال عبوری از دستگاه حذف گرد و غبار (یا سایر دستگاه‌ها) را منعکس می‌کند. متناسب با توان مصرفی دستگاه تنفس است.
افت فشار شامل افت فشار در طول مسیر و افت فشار موضعی است.
- افت فشار در طول مسیر: افت فشار ناشی از ویسکوزیته سیال هنگامی که در یک لوله مستقیم جریان دارد.
- افت فشار موضعی: به جریان مایع از طریق دهانه شیر، زانویی و سایر مقاومت‌های موضعی اشاره دارد، افت فشار ناشی از تغییرات در مقطع جریان.
دلیل افت فشار موضعی: جریان مایع از طریق دستگاه محلی، تشکیل منطقه آب مرده یا ناحیه گرداب. مایع در جریان اصلی منطقه شرکت نمی‌کند. مدام در حال چرخش است. اصطکاک مایع را تسریع کنید یا باعث برخورد ذرات شوید. تولید اتلاف انرژی محلی
هنگامی که مایع از طریق دستگاه محلی جریان می‌یابد، اندازه و جهت سرعت جریان به طور چشمگیری تغییر می‌کند. الگوی توزیع سرعت هر بخش نیز دائما در حال تغییر است. باعث اصطکاک اضافی و مصرف انرژی می‌شود.
مثلا. اگر بخشی از مسیر جریان محدود شود، فشار پایین دست از ناحیه محدود کاهش می‌یابد که به آن افت فشار می‌گویند. افت فشار اتلاف انرژی است. نه تنها فشار پایین دست کاهش می‌یابد، بلکه دبی و سرعت نیز کاهش می‌یابد.
هنگامی که افت فشار در خط تولید رخ می‌دهد، جریان آب خنک کننده در گردش کاهش می‌یابد. این می‌تواند منجر به انواع مشکلات کیفیت و تولید شود.
راه ایده‌آل برای رفع این مشکل، حذف قطعه‌ای است که باعث افت فشار می‌شود. با این حال، در بیشتر موارد، افت فشار با افزایش فشار تولید شده توسط پمپ گردشی و/یا افزایش قدرت خود پمپ برطرف می‌شود. چنین اقداماتی باعث هدر رفتن انرژی و هزینه‌های غیرضروری می‌شود.
دبی سنج معمولاً در خط سیرکولاسیون نصب می‌شود. در این حالت، فلومتر در واقع معادل یک جزء مقاومتی در خط سیرکولاسیون است. سیال در دبی سنج باعث افت فشار می‌شود و در نتیجه مقدار مشخصی انرژی مصرف می‌شود.
هر چه افت فشار کمتر باشد، نیروی اضافی کمتری برای انتقال سیال در خط لوله مورد نیاز است. هر چه مصرف انرژی ناشی از افت فشار کمتر باشد، هزینه اندازه‌گیری انرژی کمتر است. برعکس، مصرف انرژی ناشی از افت فشار بیشتر است. هر چه هزینه اندازه‌گیری انرژی بیشتر باشد. بنابراین، انتخاب دبی سنج مناسب بسیار مهم است.
دبی و فشار دیفرانسیل
در تعیین یک سیستم لوله‌کشی، دبی با جذر دیفرانسیل فشار مرتبط است. هر چه اختلاف فشار بیشتر باشد، دبی بیشتر است. در صورت وجود شیر تنظیم کننده در سیستم لوله کشی (افت فشار مصنوعی). یعنی فشار دیفرانسیل موثر کاهش می‌یابد و دبی جریان به همان نسبت کوچکتر می‌شود. مقدار کاهش فشار خط لوله نیز کوچکتر خواهد بود.
محاسبه دبی از فشار دیفرانسیل
اندازه گیری فلومتر فشار تفاضلی بر اساس اصل تبدیل متقابل انرژی مکانیکی سیالات است.
سیالی که در لوله افقی جریان دارد دارای انرژی فشار دینامیکی و انرژی فشار استاتیک (انرژی پتانسیل برابر) است.
تحت شرایط خاصی، این دو شکل انرژی می توانند به یکدیگر تبدیل شوند، اما مجموع انرژی ثابت می‌ماند.
به عنوان مثال، معادله جریان حجم را در نظر بگیرید.
Qv = CeΑ/sqr(2ΔP/(1 – β^4)/ρ1)
جایی که: C ضریب خروجی.
ε ضریب انبساط
Α سطح مقطع باز شدن دریچه گاز، M^2
ΔP خروجی فشار دیفرانسیل دریچه گاز، Pa.
β نسبت قطر
ρ1 چگالی سیال تحت آزمایش در II، kg/m3
Qv سرعت جریان حجمی، m3/h
با توجه به الزامات جبران، جبران دما و فشار اضافی مورد نیاز است. با توجه به کتاب محاسبات، ایده محاسبه بر اساس پارامترهای فرآیند در 50 درجه است. دبی را در هر دما و فشاری محاسبه کنید. در واقع آنچه مهم است تبدیل چگالی است.
محاسبه به شرح زیر است.
Q = 0.004714187 d^2 ε*@sqr(ΔP/ρ) Nm3/h 0C101.325kPa
یعنی دبی حجمی در فشار اتمسفر استاندارد 0 درجه باید روی صفحه نمایش داده شود.
طبق فرمول چگالی.
ρ= P T50/(P50 T)* ρ50
جایی که: ρ، P، T هر دما، فشار را نشان می‌دهد
مقادیر عددی ρ50، P50، T50 نقطه مرجع فرآیند را در فشار گیج 50 درجه 0.04 مگاپاسکال نشان می‌دهد.
ترکیب این دو فرمول در برنامه قابل انجام است.
ثبت ديدگاه