1. Fabricage van het leidingsysteem (zie schema en foto, Fig. 2)
- Bevestig (met tape of lijm) een kleine plastic waterreservoir aan het werkoppervlak. Als het een afgesloten container is, boor gaten in het deksel voor de inlaat en uitlaat waterleidingen en de stroomsnoer van de pomp.
- Plaats de kleine dompelpomp in het reservoir.
- Plaats de rotameter (waterstroomsnelheidmeter) verticaal in het werkgebied. Het kan helpen om de rotameter aan een kleine verticale balk of L-beugel te bevestigen om het rechtop te houden. Verbind een stromingsbuis van de uitlaat van de pomp naar de inlaat van de rotameter (onderste poort).
- Verbind plastic compressieteunbuisjes T-vormig aan beide uiteinden van een stuk stijf plastic buis (aanbevolen lengte L ~ 0,3 m, binnendiameter D ~ 6,4 mm). Bevestig de T-stukken op pijlijsten. Verbind rubberen buizen van het ene T-stuk (inlaat) naar de uitlaat van de rotameter. Verbind rubberen buizen van het andere T-stuk (uitlaat) naar het reservoir.
- Bouw een tweede samenstelling met twee gemonteerde T-stukken. Wikkel een lengte van zachte plastic buis spiraalsgewijs rond een cilindrische kern (aanbevolen kartonnen buis, R ~ 30 mm en ~5 wikkels). Kabelbinders of klemmen kunnen helpen om de buis spiraalsgewijs te houden. Installeer de twee vrije uiteinden van de buis op de T-stukken.
- Bouw een derde samenstelling met twee gemonteerde T-stukken. Verbind vier (of meer) ellebogen met korte stukken stijf plastic buis tussen de T-stukken. Het gebruik van meerdere ellebogen versterkt de drukval lezing, wat de meetnauwkeurigheid verbetert.
- Installeer heldere stijve plastic buizen (~0,6 m) op de open poorten van de zes T-stukken. Gebruik een waterpas om ervoor te zorgen dat de buizen verticaal staan. Deze buizen zullen de manometers (drukmeetapparaten) zijn.
- Vul het reservoir met water.
2. Bedrijf
- Rechte buis: Zet de pomp aan en pas de rotameterklep aan om de waterstroomsnelheden te variëren. Voor elk geval, noteer de waterstroomsnelheid en het verticale waterniveau in elke manometerbuis. Noteer de drukval op basis van het verschil in manometerniveaus (Eqn. 1).
- Spiralvormige buis: Verbind de inlaat van het gespiraliseerde testgedeelte met de uitlaat van de rotameter en de uitlaat van het testgedeelte met het reservoir. Net zoals in Stap 2.1, noteer de waterstroomsnelheid en drukvallen voor een aantal stromingssnelheden.
- Elleboogfittingen: Verbind de testsectie van de elleboogfitting met de rotameter en het reservoir. Verzamel een reeks stromingssnelheid en drukmetingen, zoals in Stap 2.2.
3. Analyse
- Voor het geval van de rechte buis, evalueer het Reynolds getal en de wrijvingsfactor f (Eqn. 2). Evalueer de onzekerheden van het Reynolds getal en de wrijvingsfactor (Eqn. 6). Hierbij is eΔP de onzekerheid in drukmetingen (
, 
is onzekerheid in manometerniveau), en eU is de onzekerheid in gemiddelde kanaalsnelheid (uit rotameter datasheet, met typische onzekerheid van 3 - 5% van het bereik). Voor water bij kamertemperatuur (22°C), ρ = 998 kg m-3 en µ = 0,001 kg m-1 s-1.
(6) - Vergelijk de wrijvingsfactor resultaten uit Stap 3.1 met de analytische modellen (Eqn. 3).
- Herhaal Stap 3.1 voor het geval van de gespiraliseerde buis. Dit keer, trek de voorspelde drukval (Eqns. 2-3) voor het rechte gedeelte van de testsectie af van ΔP. Hierbij nemen we aan dat de onzekerheid in de correctie van de rechtlijnige lengte nihil is. Vergelijk gemeten wrijvingsfactoren met waarden uit de correlatie (Eqn. 4).
- Herhaal Stap 3.2 voor het geval van de elleboogfitting. Trek de voorspelde drukval voor de rechte secties buis tussen de elleboogfittingen af om een gecorrigeerde drukverlies te verkrijgen
. Evalueer de equivalente lengte en onzekerheid voor elke elleboog. Hierbij is Ne het aantal buisellebogen.
(7) - Vergelijk het resultaat van de equivalente lengte (Le/D
Bron: Alexander S Rattner, Afdeling Mechanische en Nucleaire Techniek, The Pennsylvania State University, University Park, PA
Dit experiment introduce…
1. Fabricage van het leidingsysteem (zie schema en foto, Fig. 2)
- Bevestig (met tape of lijm) een kleine plastic waterreservoir aan het werkoppervlak. Als het een afgesloten container is, boor gaten in het deksel voor de inlaat en uitlaat waterleidingen en de stroomsnoer van de pomp.
- Plaats de kleine dompelpomp in het reservoir.
- Plaats de rotameter (waterstroomsnelheidmeter) verticaal in het werkgebied. Het kan helpen om de rotameter aan een kleine verticale balk of L-beugel te bevestigen om het rechtop te houden. Verbind een stromingsbuis van de uitlaat van de pomp naar de inlaat van de rotameter (onderste poort).
- Verbind plastic compressieteunbuisjes T-vormig aan beide uiteinden van een stuk stijf plastic buis (aanbevolen lengte L ~ 0,3 m, binnendiameter D ~ 6,4 mm). Bevestig de T-stukken op pijlijsten. Verbind rubberen buizen van het ene T-stuk (inlaat) naar de uitlaat van de rotameter. Verbind rubberen buizen van het andere T-stuk (uitlaat) naar het reservoir.
- Bouw een tweede samenstelling met twee gemonteerde T-stukken. Wikkel een lengte van zachte plastic buis spiraalsgewijs rond een cilindrische kern (aanbevolen kartonnen buis, R ~ 30 mm en ~5 wikkels). Kabelbinders of klemmen kunnen helpen om de buis spiraalsgewijs te houden. Installeer de twee vrije uiteinden van de buis op de T-stukken.
- Bouw een derde samenstelling met twee gemonteerde T-stukken. Verbind vier (of meer) ellebogen met korte stukken stijf plastic buis tussen de T-stukken. Het gebruik van meerdere ellebogen versterkt de drukval lezing, wat de meetnauwkeurigheid verbetert.
- Installeer heldere stijve plastic buizen (~0,6 m) op de open poorten van de zes T-stukken. Gebruik een waterpas om ervoor te zorgen dat de buizen verticaal staan. Deze buizen zullen de manometers (drukmeetapparaten) zijn.
- Vul het reservoir met water.
2. Bedrijf
- Rechte buis: Zet de pomp aan en pas de rotameterklep aan om de waterstroomsnelheden te variëren. Voor elk geval, noteer de waterstroomsnelheid en het verticale waterniveau in elke manometerbuis. Noteer de drukval op basis van het verschil in manometerniveaus (Eqn. 1).
- Spiralvormige buis: Verbind de inlaat van het gespiraliseerde testgedeelte met de uitlaat van de rotameter en de uitlaat van het testgedeelte met het reservoir. Net zoals in Stap 2.1, noteer de waterstroomsnelheid en drukvallen voor een aantal stromingssnelheden.
- Elleboogfittingen: Verbind de testsectie van de elleboogfitting met de rotameter en het reservoir. Verzamel een reeks stromingssnelheid en drukmetingen, zoals in Stap 2.2.
3. Analyse
- Voor het geval van de rechte buis, evalueer het Reynolds getal en de wrijvingsfactor f (Eqn. 2). Evalueer de onzekerheden van het Reynolds getal en de wrijvingsfactor (Eqn. 6). Hierbij is eΔP de onzekerheid in drukmetingen (, is onzekerheid in manometerniveau), en eU is de onzekerheid in gemiddelde kanaalsnelheid (uit rotameter datasheet, met typische onzekerheid van 3 - 5% van het bereik). Voor water bij kamertemperatuur (22°C), ρ = 998 kg m-3 en µ = 0,001 kg m-1 s-1.
(6) - Vergelijk de wrijvingsfactor resultaten uit Stap 3.1 met de analytische modellen (Eqn. 3).
- Herhaal Stap 3.1 voor het geval van de gespiraliseerde buis. Dit keer, trek de voorspelde drukval (Eqns. 2-3) voor het rechte gedeelte van de testsectie af van ΔP. Hierbij nemen we aan dat de onzekerheid in de correctie van de rechtlijnige lengte nihil is. Vergelijk gemeten wrijvingsfactoren met waarden uit de correlatie (Eqn. 4).
- Herhaal Stap 3.2 voor het geval van de elleboogfitting. Trek de voorspelde drukval voor de rechte secties buis tussen de elleboogfittingen af om een gecorrigeerde drukverlies te verkrijgen . Evalueer de equivalente lengte en onzekerheid voor elke elleboog. Hierbij is Ne het aantal buisellebogen.
(7) - Vergelijk het resultaat van de equivalente lengte (Le/D
Pijpleidingnetwerken worden vaak gevonden in geconstrueerde en natuurlijke systemen omdat ze vloeistoffen efficiënt kunnen transporteren, circuleren en verdelen. Het water dat uit de kraan in uw huis komt, reist door een complex stadswatervoorzieningssysteem, wat een uitstekend voorbeeld is van een geconstrueerd pijpleidingnetwerk. Terwijl vloeistof door een pijpleidingnetwerk circuleert, komt het in contact met wrijvingsweerstand van de kanaalwanden en fittingen en verliest de vloeistofstroom druk terwijl het deze stromingsweerstand overwint. Karakterisering en begrip van deze drukverliezen is noodzakelijk om de juiste componenten en maten in een nieuw ontwerp te specificeren of om problemen in een bestaand systeem te diagnosticeren. In deze video zullen we een eenvoudige benadering illustreren voor het meten van het drukverschil binnen een pijpnetwerk en enkele standaardmodellen bespreken voor het voorspellen van verliezen en enkele veelvoorkomende geometrieën. Daarna zullen deze methoden worden gebruikt om experimenteel drukverliezen te meten ter vergelijking met de modellen. Ten slotte zullen we enkele andere toepassingen van pijpleidingnetwerken en drukverliezen bespreken.
Elke keer dat een vloeistof door een gesloten kanaal stroomt, komt het in contact met enige wrijvingsweerstand van de kanaalwanden. Als gevolg hiervan wordt een deel van de mechanische energie van de vloeistof omgezet in warmte, wat resulteert in een continue drukverlies in de stroomrichting. Dit drukverlies kan worden gekenmerkt in een bepaald systeem door de vloeistofdruk te meten op discrete punten langs het kanaal, wat vaak wordt gedaan met behulp van eenvoudige vloeistofniveauapparaten genaamd manometers. Een manometer is een open verticaal of hellend gedeelte van een buis die is verbonden met het leidingkanaal zodat het gedeeltelijk gevuld raakt met vloeistof. De hoogte van de vloeistofkolom is direct evenredig met het vloeistofniveau op dat punt langs het kanaal. Daarom kan het drukverschil tussen twee punten of Delta P worden bepaald uit de verandering in vloeistofhoogte of Delta H tussen twee manometers. Helaas is het niet altijd praktisch om directe metingen te maken en drukverliezen moeten vaak worden voorspeld voordat een systeem wordt gebouwd om voldoende vloeistofstromingssnelheden te garanderen. In deze situaties kan de Darcy-wrijvingsfactorformule worden gebruikt om wrijvingsdrukverlies te voorspellen. In deze vergelijking is Delta P het drukverlies over een lengte L voor een kanaal met een cirkelvormige doorsnede en een interne diameter D, rij is de vloeistofdichtheid en U is de gemiddelde stromingssnelheid, gedefinieerd als de volumestroomsnelheid gedeeld door de dwarsdoorsnede van het kanaal, f is de Darcy-wrijvingsfactor die verschillende empirisch en theoretisch afgeleide trends volgt op basis van het Reynoldsgetal en de kanaalgeometrie. Raadpleeg de tekst voor de modellen die worden gebruikt voor rechte cirkelvormige kanalen en spiraalvormige kanalen. De verschillende kanaalsecties in een pijpnetwerk zijn verbonden door discrete fittingen zoals kleppen, expanders en bochten die ook bijdragen aan drukverlies. De drukverliezen door deze fittingen staan bekend als kleine verliezen en worden soms gerapporteerd in termen van de equivalente lengte van een recht kanaal die nodig is om hetzelfde drukverlies te veroorzaken. Deze verliezen worden nog steeds gemodelleerd met de Darcy-wrijvingsfactorformule met behulp van de wrijvingsfactor en stromingssnelheid van de verbindingskanalen en de getabelleerde waarde van de equivalente lengte, geschaald met de binnendiameter voor de fitting. Totale verliezen in het leidingstelsel zijn eenvoudigweg de som van alle verliezen van individuele secties en fittingen. In de volgende sectie zullen we deze verliezen meten in verschillende representatieve pijpconfiguraties om de wrijvingsfactoren en equivalente lengtes te bepalen.
Voordat u begint met opstellen, zorg ervoor dat u een duidelijk werkgebied hebt en een vlakke ondergrond om de componenten te assembleren. Bevestig het waterreservoir aan het oppervlak en boor indien nodig gaten voor waterinlaat en -uitlaat, evenals de stroomkabel van de pomp. Monteer de dompelpomp in het reservoir. Bevestig nu een kleine verticale balk of L-beugel nabij het reservoir. Monteer de rotameter stroomsnelheidmeter verticaal op de balk en gebruik een gedeelte van de buis om de uitlaat van de pomp te verbinden met de inlaat van de rotameter. De rotameter is een instrument dat de volumetrische stroomsnelheid van een vloeistof aangeeft op basis van het drijvende niveau van een kleine kraal. Bouw de drie pijptestsecties zoals beschreven in de tekst. Als u klaar bent, zou u een rechte sectie, een opgerolde sectie en een sectie met meerdere elleboogbochten moeten hebben. Noteer zorgvuldig de lengtes van eventuele rechte secties evenals de straal van de buisspiraal gemeten vanaf de centrale as van de spiraal tot het middenpunt van de buis. Monteer alle drie de secties op het oppervlak met buisklemmen. Pas de T-fittingen aan de uiteinden aan zodat de vertakkingszijpoorten omhoog wijzen en installeer vervolgens heldere geribbelde buizen op deze poorten om de manometers te vormen. Gebruik een niveau om ervoor te zorgen dat de manometerbuizen verticaal staan. Verbind tenslotte een gedeelte van de buis met de uitlaat van de rotameter en plaats een tweede buis die terugkeert naar het reservoir. Deze twee buizen zullen worden verbonden met de ingangen en uitgangen van de testsecties om een complete lus te vormen tijdens het experiment. Vul het reservoir met water en de voorbereiding is voltooid.
Verbind de buis van de rotameteruitlaat met één uiteinde van de rechte testsectie en verbind de retourbuis met het andere uiteinde. Schakel nu de pomp in en stel de rotameterklep in om de stroomsnelheid te maximaliseren. Zodra alle lucht uit de pijplus is geforceerd, schakelt u de pomp uit. Mogelijk moet u extra water aan het reservoir toevoegen zodra de stromingslus is gevuld. Zodra alle lucht uit de pijplus is geforceerd, schakelt u de pomp uit en vergelijkt u de hoogte van het water in de twee manometers, gemeten vanaf de bovenkant van de T-fitting. Als de twee hoogtes verschillend zijn, gebruik dan shims om het testoppervlak te nivelleren totdat de gemeten hoogtes hetzelfde zijn. Schakel de pomp weer in en na een ogenblik te hebben gewacht tot de stroming zich heeft gevestigd
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What causes pressure loss in piping networks?
Pressure loss occurs when fluid flowing through a closed channel encounters frictional resistance from channel walls and fittings. This friction converts a fraction of the fluid's mechanical energy into heat, resulting in continuous pressure reduction in the direction of flow. Understanding these losses is essential for designing systems that maintain adequate fluid flow rates.
Q2: How do you measure pressure drop using manometers?
A manometer is an open vertical tube connected to the piping channel that partially fills with liquid. The height of the liquid column is directly proportional to fluid pressure at that point. By measuring the difference in liquid height between two manometers at different locations, you can determine the pressure drop between those points using the relationship Delta P equals Delta H.
Q3: What is the Darcy Friction Factor formula used for?
The Darcy Friction Factor formula predicts frictional pressure loss in pipes before a system is built. It relates pressure loss to pipe length, diameter, fluid density, flow velocity, and the friction factor itself. The friction factor varies based on Reynolds number and channel geometry, allowing engineers to estimate pressure losses for design and troubleshooting purposes.
Q4: What are minor losses in pipe networks?
Minor losses are pressure drops through discrete fittings such as valves, expanders, and bends. These losses are modeled using the Darcy Friction Factor formula with tabulated equivalent length values for each fitting type. Total system losses equal the sum of all losses from individual straight sections and fittings combined.
Q5: How does coil geometry affect friction factors compared to straight pipes?
Coiled tube geometry produces significantly higher friction factors than straight sections at the same flow rate. The stabilizing effect of the coil delays transition to turbulent flow to higher Reynolds numbers, approximately 9,900 for typical geometries. This increased resistance must be accounted for when designing systems with helical coils.
Q6: Why is pressure drop analysis important in heat exchanger design?
Heat exchangers consist of two separate piping networks bringing hot and cold fluids into thermal contact. Pressure drop analysis ensures pumps can provide sufficient flow rates to achieve desired heat transfer rates. Inadequate flow due to excessive pressure loss reduces heat exchanger effectiveness and system performance.
Q7: How does arterial plaque buildup relate to pressure loss principles?
Plaque buildup in arteries reduces the effective diameter for blood flow, increasing frictional resistance similar to pressure losses in pipes. The heart must work harder to overcome this additional pressure loss. In extreme cases, buildup can cause total artery blockage or heart failure, which angioplasty procedures address by inserting stents to restore normal blood flow.
Chapters in this video
0:07
Overview
1:16
Principles of Piping Networks and Pressure Losses
4:02
Experiment Setup
5:49
Experimental Procedure
7:04
Analysis and Results
10:59
Applications
11:55
Summary
Videos from this collection:
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved