Co to jest względna i absolutna szorstkość?

Względna szorstkość i absolutna szorstkość Są to dwa terminy, które są używane do opisania zestawu nieprawidłowości istniejących wewnątrz rur komercyjnych, które transportują płyny. Bezwzględna chropowatość to średnia lub średnia wartość tych nieregularności, przełożona na średnią zmienność wewnętrznego promienia rurociągu.

Absolutna chropowatość jest uważana za właściwość zastosowanego materiału i jest zwykle mierzona w metrach, calach lub stóp. Z drugiej strony, względna chropowatość jest stosunkiem między bezwzględną chropowatością a średnicą rury, a zatem ilość niewystępująca.

Rysunek 1. Miedziane rury. Źródło: Pixabay.

Względna chropowatość jest ważna ze względu na fakt, że ta sama absolutna chropowatość ma bardziej wyraźny wpływ na cienkie rury niż w dużych.

Oczywiście chropowatość rur współpracuje z tarciem, co z kolei zmniejsza prędkość, z jaką płyn porusza się w nich. W bardzo długich rurach płyn może nawet przestać się poruszać.

Dlatego bardzo ważne jest ocenę tarcia w analizie przepływu, ponieważ aby utrzymać ruch, konieczne jest wywieranie ciśnienia przez pompy. Kompensacja strat sprawia, że ​​konieczne jest zwiększenie mocy pomp, wpływając na koszty.

Inne źródła strat ciśnienia to lepkość płynu, średnica rurki, jej długość, możliwe wąsy i obecność zaworów, kluczy i łokci.

[TOC]

Pochodzenie rugotości

Wnętrze rury nigdy nie jest całkowicie gładkie i miękkie na poziomie mikroskopowym. Ściany mają nieregularności na powierzchni, które zależą głównie od materiału, z którym są wytwarzane.

Rysunek 2. Zgrubność w rurze. Źródło: Self Made.

Ponadto, po służbie, chropowatość jest zwiększona z powodu inkrustacji i korozji spowodowanej reakcjami chemicznymi między materiałem rurowym a płynem. Wzrost ten może wynosić od 5 do 10 razy większą niż wartość szorstkości fabryki.

Może ci służyć: utajone ciepło

Rury komercyjne wskazują wartość chropowatości w metrach lub stóp, chociaż oczywiście będą one ważne dla nowych i czystych rur, ponieważ jak tylko upłynie czas, szorstkość zmieni wartość fabryczną.

Wartości chropowatości niektórych materiałów komercyjnych

Poniżej znajdują się bezwzględne wartości chropowatości powszechnie akceptowane dla rur komercyjnych:

- Miedź, mosiądz i ołów: 1.5 x 10 ^-6 M (5 x 10 ^-6 stopy).

- Bez powłoki żelaza: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 stopy).

- Kute żelazo: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 stopy).

- Nitedta stalowa: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 stopy).

- Stal komercyjna lub spawana stal: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 stopy).

- Żeliwa pokryte asfaltem: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 stopy).

- Plastik i szkło: 0.0 m (0.0 stóp).

Względną chropowatość można ocenić, znając średnicę rury wykonanej z danego materiału. Jeśli oznacza to absolutną szorstkość jako I i do średnicy jako D, Względna szorstkość jest wyrażana jako:

I_R = E /D

Poprzednie równanie to rura cylindryczna, ale jeśli nie, można zastosować wielkość nazywaną Radio hydrauliczne, w którym średnica zastępuje się czterokrotnie tej wartości.

Określenie absolutnej szorstkości

Aby znaleźć chropowatość rur, zaproponowano różne modele empiryczne, które uwzględniają czynniki geometryczne, takie jak forma nieregularności w ścianach i ich rozmieszczenie.

Do 1933 roku niemiecki inżynier j. Nikuradse, uczeń Ludwiga Prandtla, pokrywa rurki z ziarnami piasku o różnych rozmiarach, których znane średnice są dokładnie absolutną chropowatość I. Nikuradse obsługiwał rury, dla których wartości E/D Wahały się od 0.000985 i 0.0333,

W tych dobrze kontrolowanych eksperymentach szorstki były równomiernie, co nie zdarza się w praktyce. Jednak te wartości I Nadal są dobrym podejściem do oszacowania, jak wpłynie na straty tarcia.

Może ci służyć: Fizyka stanu solidnego: właściwości, struktura, przykłady

Chropowatość wskazana przez producenta rury jest w rzeczywistości równoważna sztucznie stworzonej. Z tego powodu jest to czasem znane jako Równoważny piasek (równoważny piasek).

Przepływ laminarny i burzliwy przepływ

Chropowatość rury jest bardzo ważnym czynnikiem do rozważenia zgodnie z systemem ruchu, który ma płyn. Płyny, w których istotna jest lepkość, mogą poruszać się w laminarnym lub turbulentnym systemie.

W przepływie laminarnym, w którym płyn porusza się starannie warstwami, nieregularności na powierzchni rury mają mniejszą wagę i dlatego zwykle nie są one brane pod uwagę. W tym przypadku jest to lepkość płynu, który powoduje napięcia cięcia między warstwami powodującą straty energii.

Przykładami przepływu laminarnego jest strumień wody, która wychodzi z kranu z niską prędkością, dym, który zaczyna wyrastać z różdżki na kadzidło lub początek odmiennego atramentu do prądu wody, jak określono w 1883 r.

Z drugiej strony, burzliwy przepływ jest mniej uporządkowany i bardziej chaotyczny. Jest to przepływ, w którym ruch jest nieregularny i niezbyt przewidywalny. Przykładem jest dym kadzidełka, gdy przestaje się delikatnie poruszać i zaczyna tworzyć serię nieregularnych zwojów zwanych turbulencjami.

Wymiarowy parametr numeryczny o nazwie numer Reynolds n_R Wskazuje, czy płyn ma jeden lub inny reżim, zgodnie z następującymi kryteriami:

Bez_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 przepływ jest turbulentny. W przypadku wartości pośrednich reżim jest uważany za przejście, a ruch jest niestabilny.

Może ci służyć: entalpia reakcji: definicja, termochemia, ćwiczenia

Współczynnik tarcia

Ten współczynnik pozwala znaleźć utratę energii tarcia i zależy tylko od liczby reynoldów przepływu laminarnego, ale w przepływie turbulentnym występuje względna chropowatość.

Tak F Jest to współczynnik tarcia, istnieje równanie empiryczne, zwane równanie Colleebrook. Zależy to od względnej szorstkości i liczby Reynoldsa, ale jego rozdzielczość nie jest prosta, od tego czasu F Nie jest to wyraźnie podane:

Właśnie dlatego utworzono krzywe, takie jak diagram nastrojowy, co ułatwia wartość współczynnika tarcia dla liczby Reynoldsa i podaną chropowatość względną. Empirycznie uzyskali równania, które mają F Wyraźnie, które są dość blisko równania Colebrook.

Starzenie się rur

Istnieje formuła empiryczna do oceny wzrostu absolutnej chropowatości, która jest wytwarzana przez użycie, znając wartość absolutnej chropowatości fabryki I_albo:

E = e_albo + αT

Gdzie I To jest szorstkość po T Lata upłynęły, a α jest współczynnikiem z jednostkami m/rok, cale rocznie lub stopa/rok Roczny wzrost rossalności.

Pierwotnie wydedukowano go w przypadku rur z żeliwa. W tych pH płynu jest ważne pod względem jego trwałości, ponieważ wody alkaliczne znacznie zmniejszają przepływ.

Z drugiej strony.

Bibliografia

1. Belyadi, Hoss. Hydrauliczne szczelinowanie selekcja i konstrukcja chemiczna. Odzyskane od: Scientedirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Mechanika płynów, podstaw i zastosowań. MC. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, J. 1999. Mechanika płynów z zastosowaniem jest w inżynierii. MC. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Mechanika płynów. 4. Wydanie. Edukacja Pearsona. 240-242.
5. Ratnayaka, zm. Hydraulika. Odzyskane od: Scientedirect.com.