רשתות צנרת והפסדי לחץ

רשתות צנרת נמצאות בדרך כלל במערכות מהונדסות וטבעיות מכיוון שהן יכולות להעביר, להפיץ ולהפיץ נוזלים ביעילות. המים שיוצאים מהברז בביתכם עוברים דרך מערכת אספקת מים עירונית מורכבת המהווה דוגמה מצוינת לרשת צנרת מהונדסת. כאשר נוזלים זורמים דרך רשת צנרת, הוא נתקל בהתנגדות חיכוך מקירות הערוץ והאביזרים וזרם הנוזל מאבד לחץ כשהוא מתגבר על התנגדויות זרימה אלה. אפיון והבנה של הפסדי לחץ אלה יש צורך לציין את הרכיבים והגדלים הנכונים בעיצוב חדש או לאבחן בעיות במערכת קיימת. בסרטון זה, נמחיש גישה פשוטה למדידת ירידת הלחץ בתוך רשת צינורות ונדון בכמה מודלים סטנדרטיים לחיזוי הפסדים וכמה גיאומטריות נפוצות. לאחר מכן, שיטות אלה יופעלו כדי למדוד באופן ניסיוני הפסדי לחץ בהשוואה למודלים. לבסוף, נדון בכמה יישומים אחרים של רשתות צנרת והפסדי לחץ.

בכל פעם שנוזרם דרך ערוץ סגור, הוא נתקל בהתנגדות חיכוך מקירות הערוץ. כתוצאה מכך, שבריר מהאנרגיה המכנית של הנוזל מומר לחום, וכתוצאה מכך אובדן מתמשך של לחץ בכיוון הזרימה. אובדן לחץ זה יכול להיות מאופיין במערכת נתונה על ידי מדידת לחץ הנוזלים בנקודות נפרדות לאורך הערוץ אשר נעשה לעתים קרובות באמצעות התקנים פשוטים ברמה נוזלית הנקראים manometers. מנומטר הוא קטע אנכי פתוח או נוטה של צינור המחובר לערוץ הצנרת, כך שהוא מתמלא חלקית בנוזל. גובה העמודה הנוזלית הוא פרופורציונלי ישירות לרמת הנוזל בנקודה זו לאורך הערוץ. לכן, ההבדל בלחץ בין שתי נקודות או דלתא P ניתן לקבוע מן השינוי בגובה הנוזל או דלתא H בין שני manometers. למרבה הצער, זה לא תמיד מעשי לבצע מדידות ישירות והפסדי לחץ יש לחזות לעתים קרובות לפני מערכת בנויה כדי להבטיח שיעורי זרימת נוזל נאותים. במצבים אלה, הנוסחה של גורם החיכוך דארסי יכולה לשמש לחיזוי אובדן לחץ חיכוך. במשוואה זו, Delta P הוא אובדן הלחץ על פני L אורך עבור ערוץ עם חתך מעגלי וקוטר פנימי D, שורה היא צפיפות הנוזלים, ו- U הוא מהירות הזרימה הממוצעת, המוגדרת כקצב זרימת הנפח חלקי האזור החתך של הערוץ, f הוא גורם החיכוך של דארסי העוקב אחר מגמות שונות המופקות אמפירית ותיאוטית המבוססות על מספר ריינולדס וגיאומטריית הערוץ. עיין בטקסט עבור הדגמים המשמשים לערוצים מעגליים ישרים ולסלילים סליליים. מקטעי הערוצים השונים ברשת צינורות מחוברים על ידי אביזרי דיסקרטיים כגון שסתומים, מרחיבים וכיפופים התורמים גם לאובדן לחץ. הפסדי הלחץ באמצעות אביזרי אלה ידועים כהפסדים קלים ולעיתים מדווחים במונחים של אורך שווה ערך של אפיק ישר הנדרש כדי להניב את אותה ירידה בלחץ. הפסדים אלה עדיין מעוצבים עם נוסחת Factor חיכוך דארסי באמצעות גורם החיכוך ומהירות הזרימה של הערוצים המחברים ואת הערך tabulated של אורך שווה ערך קנה המידה על ידי הקוטר הפנימי עבור התאמה. ההפסדים הכוללים במערכת הצנרת הם פשוט סיכום כל ההפסדים מחלקים ואביזרים בודדים. בסעיף הבא, נמדוד הפסדים אלה בתצורות צנרת מייצגות שונות כדי לקבוע את גורמי החיכוך ואורכיו המקבילים.

לפני שתתחיל להגדיר, ודא שיש לך אזור ברור לעבוד ומשטח שטוח שעליו ניתן להרכיב את הרכיבים. הצמד את מאגר המים על פני השטח ובמידת הצורך, לקדוח חורים עבור זרם מים ושקע, כמו גם את כבל החשמל של המשאבה. הר את משאבת הצוללת במאגר. כעת חבר קרן אנכית קטנה או סוגר L ליד המאגר. הר את מד זרימת הרוטמטר אנכית על הקורה והשתמש בקטע של צינור כדי לחבר את שקע המשאבה למפזר הרוטמטר. הרוטמטר הוא מכשיר המציין את קצב הזרימה הנפחית של נוזל המבוסס על הרמה הצפה של חרוז קטן. בנה את מקטעי הבדיקה של שלושה צינורות כמתואר בטקסט. כשתסיים, אמור להיות לך מקטע ישר, מקטע מפותל וקטע עם כיפופי מרפק מרובים. בזהירות להקליט את האורכים של כל קטעים ישרים, כמו גם את הרדיוס של סליל הצינור נמדד מן הציר המרכזי של סליל לנקודת האמצע של הצינור. הר את כל שלושת החלקים על פני השטח עם מלחצי צינור. התאם את אביזרי T בקצוות כך שהיציאות הצדדיות המסתעפות יצביעו למעלה ולאחר מכן יתקינו צינורות ברורים ביציאות אלה כדי ליצור את המנומטרים. השתמש ברמה כדי להבטיח כי צינורות manometer הם אנכיים. לבסוף, חבר קטע אחד של הצינור לשקע של הרוטמטר והצב צינור שני שחוזר למאגר. שני צינורות אלה יתחברו לכניסות וליציאות של מקטעי הבדיקה כדי ליצור לולאה מלאה במהלך הניסוי. ממלאים את המאגר במים וההכנה הושלמה.

חבר את הצינור מפלט הרוטמטר לקצה אחד של מקטע הבדיקה הישר וחבר את צינור החזרה לקצה השני. עכשיו להפעיל את המשאבה ולהתאים את שסתום הרוטמטר כדי למקסם את קצב הזרימה. ברגע שכל האוויר נאלץ לצאת מלולאת הצינור, כבה את המשאבה. ייתכן שיהיה עליך להוסיף מים נוספים למאגר לאחר מילוי לולאת הזרימה. ברגע שכל האוויר נאלץ לצאת מלולאת הצינור, כבה את המשאבה והשווה את גובה המים בשני המנומטרים, תוך מדידה מראש התאמת T. אם שני הגבהים שונים, השתמש ב- shims כדי לאזן את משטח הבדיקה עד שהגבהים הנמדדים זהים. הפעל את המשאבה בחזרה ולאחר המתנה של רגע לתיישבות הזרימה, תיעד את קצב הזרימה ואת מפלס המים האנכי בשני צינורות המנומטר. עכשיו להתאים את שסתום הרוטמטר כדי להגביל את הזרימה מעט ולתעד את קצב הזרימה החדש ורמות המנומטר. חזור על הליך זה כדי לאסוף נתונים בקצב של שישה או שבעה קצבי זרימה עבור מקטע הבדיקה הישרה. כשתסיים, חזור על הניסוי עם שני מקטעי הבדיקה האחרים, כולל הסתגלות מחדש של משטח הבדיקה עבור כל מקטע חדש במידת הצורך.

ראשית, עיין בנתונים שלך עבור מקטע הבדיקה הישרה. בכל קצב זרימה, יש לך מדידות לגובה המים בכל מד. השתמש בהבדל בגבהים של מד המנומטר כדי לקבוע את ירידה הלחץ הכוללת בסעיף הבדיקה. לאחר מכן לקבוע את מהירות הזרימה הממוצעת בצינור על ידי חלוקת קצב הזרימה הנמדד מן הרוטמטר על ידי האזור החתך של הצינור. לאחר מכן, חשב את מספר ריינולדס עבור הזרימה בקצב זרימה זה. שלב את התוצאות שלך עם הנוסחה של גורם החיכוך של דארסי והמדידות של מקטע הבדיקה כדי לפתור את גורם החיכוך. עבור קטע ישר של אורך 284 מילימטר וקוטר פנימי של 6.4 מילימטרים, קצבי הזרימה הנמדדים משלושה רבעים לשני ליטר לדקה תואמים את התנאים הסוערים. להפיץ אי ודאות כדי לקבוע את אי הוודאות הכוללת במספר ריינולדס ואת גורם החיכוך כמתואר בטקסט ולאחר מכן להתוות את התוצאה יחד עם חיזוי המודל עבור סעיף ישר. בתוך אי הוודאות הניסיונית, גורמי החיכוך תאמו את תחזית המודל. אי הוודאות הגבוהה יחסית בגורם החיכוך בשיעורי זרימה נמוכים נובעת מהדיוק המוגבל של מד הזרימה. עכשיו תסתכל על הנתונים שלך עבור סעיף הבדיקה המרוצף. כמו קודם, לקבוע את ירידה הלחץ הכוללת, מהירות הזרימה הממוצעת, ומספר ריינולדס בכל קצב זרימה. ירידה בלחץ הכוללת בסעיף זה היא סכום הירידה מהחלק הישר והחלק המפותל, לכן השתמש בנוסחת Factor החיכוך של דארסי ובמודל הערוץ הישר כדי להעריך את התרומה מהקטע הישר ולהפחית זאת מהסכום הכולל. השתמש בירידה הנותרת בלחץ ובמדידת רדיוס הסליל כדי לקבוע את גורם החיכוך בחלק המפותל. להפיץ אי ודאות עבור מספר ריינולדס גורם חיכוך שוב, בהנחה אי ודאות זניחה מן התיקון עבור החלק ישר. התווה תוצאות אלה יחד עם חיזוי המודל עבור מקטע מסליל. מספר ריינולדס הוא בין 1,700 ל-5,200, מה שמתאים למספרי דין בין 500 ל-1,600 עם קוטר הצינור ורדיוס סליל נתון. ערכים אלה נמצאים בחלק למינארי של נוסחת גורם החיכוך בסליל. גורמי חיכוך מדודים אלה תואמים גם את המודל בתוך אי הוודאות הניסיונית ולקצב זרימה נתון גבוה משמעותית מאלה שנמצאו בסעיף הישר. זה גדל בשל ההשפעה המייצבת של גיאומטריית הצינור המפותל אשר מעכב את המעבר לזרימה סוערת למספרי ריינולדס גבוהים יותר, כ -9,900 לגיאומטריה זו. עכשיו תסתכל על הנתונים עבור סעיף הבדיקה השלישית. שוב, לקבוע את ירידה הלחץ הכוללת, מהירות הזרימה הממוצעת, ומספר ריינולדס בכל קצב זרימה. ירידת הלחץ הכוללת בסעיף זה נובעת מסכום החלקים הישרים וההפסדים הקטנים מכל אחד מהמרפקים N. השתמש שוב בנוסחת גורם החיכוך של דארסי ובמודל הערוץ הישר כדי להעריך ולהחסיר את התרומה מהסעיפים הישרים. ירידה בלחץ הנותרת נובעת מאביזרים למרפק N בחלק הבדיקה. השתמש בירידה בלחץ זה עם גורם החיכוך וקוטר המקטעים הישרים כדי לחשב את האורך המקביל להתאמת מרפק בודדת. להפיץ אי ודאות עבור מספר ריינולדס ואת האורך המקביל ולתכנן את התוצאות שלך. ככל שמספר ריינולדס גדל, היחס בין האורך המקביל לקוטר צינור פנימי מתקרב ל -30 כצפוי מערכי tabulate. שים לב כי ההתנגדות החיכוך בפועל היא ספציפית לגיאומטריה המתאימה ולכן ערכים tabulated אלה יש לשקול רק כהנחיות.

עכשיו שאתם מכירים יותר רשתות צינורות והפסדי לחץ, בואו נסתכל על כמה יישומים מהעולם האמיתי של המושגים האלה. מחליפי חום מורכבים בדרך כלל משתי רשתות צנרת נפרדות המביאות נוזל חם וקר במגע תרמי קרוב מבלי לאפשר להם לערבב. ניתוח ירידת לחץ חייב להתבצע בעת תכנון מחליפי חום כדי להבטיח כי המשאבות יכולות לספק שיעורי זרימת נוזלים מספיק ולהשיג את הקצב הרצוי של העברת חום. הצטברות פלאק בעורקים מפחיתה את הקוטר היעיל לזרימת הדם. כתוצאה מכך, הלב צריך לעבוד קשה יותר כדי לפצות על אובדן הלחץ הנוסף. במקרים קיצוניים, הצטברות מגבירה את הסיכון לחסימה מוחלטת של העורק או אי ספיקת לב. במהלך הליך אנגיופלסטיקה, סטנט מוכנס כדי להרחיב מחדש את העורק ולשחזר את זרימת הדם הרגילה.

הרגע צפית בהקדמה של יובה לרשתות צנרת והפסדי לחץ. עכשיו אתה צריך להבין איך לקבוע הפסדי לחץ ברשת צינורות באמצעות נוסחת גורם חיכוך דארסי כולל הפסדים קלים מאביזרים נפרדים. לבסוף, ראית כיצד לקבוע באופן ניסיוני את אובדן הלחץ דרך ערוץ באמצעות צינורות מנורה מבטחה. תודה שצפיתם.