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Rohrleitungen, Netzwerke und Druckverluste

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Rohrleitungen-Netzwerke sind im technischen und natürlichen Systemen verbreitet, da sie effizient transportieren, zirkulieren und Flüssigkeiten zu verteilen. Das Wasser, das aus dem Hahn in Ihre Heimat reisen durch eine komplexe Stadt Wasserversorgung kommt, die ein hervorragendes Beispiel für ein veränderter Rohrleitungsnetz. Flüssigkeit über ein Rohrleitungsnetz zirkuliert, aufgefundene Reibungswiderstand von der Kanalwände sowie Armaturen und den Fluidstrom Druck verliert, wie es diese Strömungswiderständen überwindet. Charakterisierung und verstehen diese Druckverluste ist notwendig, um die richtigen Komponenten und Größen in einem neuen Design anzugeben oder Probleme in ein bestehendes System zu diagnostizieren. In diesem Video werden wir einen einfachen Ansatz zur Messung des Druckabfalls innerhalb eines Kanalnetzes zu veranschaulichen und besprechen einige standard-Modelle für die Vorhersage, Verluste und ein paar gemeinsame Geometrien. Danach werden diese Methoden eingesetzt werden, um experimentell Druckverluste für den Vergleich mit den Modellen messen. Abschließend besprechen wir einigen andere Anwendungen von Rohrleitungen Netzwerken und Druckverluste.

Jederzeit eine Flüssigkeit durch einen geschlossenen Kanal fließt stößt es einige Reibungswiderstand von der Kanalwände. Infolgedessen ist ein Bruchteil der mechanischen Energie der Flüssigkeit zu erwärmen, was zu einem kontinuierlichen Verlust des Drucks in der Strömungsrichtung umgewandelt. Dieser Druckverlust kann durch Messung der Flüssigkeitsdruck an diskreten Punkten entlang des Kanals, die häufig erfolgt in einem gegebenen System charakterisiert werden einfache liquid-Geräte mit Manometer genannt. Ein Manometer ist ein offenen vertikalen oder geneigten Abschnitt des Schlauches an den Rohrleitungen Kanal angeschlossen, so dass es teilweise mit Flüssigkeit füllt. Die Höhe der Flüssigkeitssäule ist direkt proportional zu den Flüssigkeitspegel an diesem Punkt entlang des Kanals. Daher kann der Druckunterschied zwischen zwei Punkten oder Delta P aus der Veränderung von flüssigen Höhe oder Delta H zwischen zwei Manometer ermittelt werden. Leider, es ist nicht immer praktisch, direkte Messungen machen und Druckverluste müssen oft vorhergesagt werden, bevor ein System aufgebaut ist, um ausreichende flüssige Strömungsgeschwindigkeiten zu gewährleisten. In diesen Situationen kann die Formel von Darcy Reibungsfaktor Reibungsdruckverlust Vorhersagen verwendet werden. In dieser Gleichung Delta P ist der Druckverlust über einer Länge L für einen Kanal mit einem runden Querschnitt und einem Innendurchmesser D, Zeile ist die Flüssigkeitsdichte und U ist die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit, definiert als das Saugvermögen dividiert durch die Querschnittsfläche der cha Nnel, ist f die Darcy Reibungsfaktor die verschiedenen empirisch folgt und theoretisch abgeleitet Trends basierend auf der Reynolds-Zahl und Kanal-Geometrie. Beziehen sich auf den Text für die Modelle für gerade kreisförmige Kanäle und spiralförmigen Windungen verwendet. Die verschiedenen u-Profile in einem Kanalnetz werden durch diskrete Armaturen wie Ventile, Expander und Biegungen, die auch dazu, Druckverlust beitragen verbunden. Die Druckverluste durch diese Armaturen sind als kleinere Verluste bekannt und sind manchmal in Bezug auf die äquivalente Länge einer geraden Kanal benötigt, um den gleichen Druckverlust Ertrag berichtet. Diese Verluste sind immer noch mit dem Darcy Reibungsfaktor Formel mithilfe der Reibungskoeffizient modelliert und fließen Geschwindigkeit der verbindenden Kanäle und den tabellierten Wert der äquivalente Länge skaliert durch den inneren Durchmesser für den Einbau. Gesamtverluste im Rohrleitungssystem sind einfach die Summe aller Verluste aus einzelnen Abschnitten und Armaturen. Im folgenden Abschnitt werden wir diese Verluste in verschiedenen repräsentativen Rohr Konfigurationen zu bestimmen, die Reibung Faktoren und gleichwertigen Längen messen.

Bevor Sie einrichten zu beginnen, stellen Sie sicher, haben Sie einen freien Platz zu arbeiten und eine Ebene Fläche, auf denen die Teile zusammenzubauen. Befestigen Sie den Wasserbehälter an die Oberfläche und ggf. Bohrungen für Wasserzulauf und Austritt sowie das Stromkabel der Pumpe. Montieren Sie die Tauchpumpe in das Reservoir. Befestigen Sie nun eine kleine vertikale Balken oder L-Halterung in der Nähe des Stausees. Montieren Sie den Durchflussmesser Rotameter vertikal auf dem Balken und verwenden Sie einen Abschnitt des Rohres um Pumpenausgang mit dem Rotameter Einlass zu verbinden. Das Rotameter ist ein Instrument, das angibt, der Volumenstrom eines Fluids, basierend auf der schwimmenden eine kleine Perle. Die drei-Rohr Testabschnitte zu konstruieren, wie im Text beschrieben. Wenn Sie fertig sind, sollten Sie einen geraden Abschnitt, einen gewickelten Abschnitt und einen Abschnitt mit mehreren Ellenbogen Kurven haben. Notieren Sie sorgfältig die Länge der geraden Abschnitte sowie den Radius der Röhre Spule gemessen von der Mittelachse der Spule auf die Mitte des Rohres. Montieren Sie alle drei Bereiche an der Oberfläche mit Rohrschellen. Einstellen Sie die T-Beschläge an den Enden so, dass die Verzweigung Anschlüsse Seite nach oben zeigen und installieren Sie dann klarere geriffelte Röhren auf diese Ports, die Manometer zu bilden. Verwenden Sie eine Ebene, um sicherzustellen, dass die Manometer Rohre senkrecht stehen. Schließlich schließen Sie einen Abschnitt des Rohres an den Auslass des der Rotameter und legen Sie einen zweiten Schlauch wieder in das Reservoir. Diese beiden Rohre verbindet sich mit der ein- und Ausgänge der Testabschnitte bilden eine komplette Schleife während des Experiments. Füllen Sie den Tank mit Wasser und die Vorbereitung ist abgeschlossen.

Schließen Sie den Schlauch aus der Rotameter Ausgabe an einem Ende der geraden Messstrecke und verbinden Sie die Rücklaufleitung an das andere Ende. Nun schalten Sie die Pumpe und justieren Sie das Rotameter Ventil um den Durchfluss zu maximieren. Sobald die Luft wird aus der Rohr-Schleife gezwungen, schalten Sie die Pumpe aus. Sie müssen möglicherweise zusätzliche Wasser hinzufügen, um das Reservoir, sobald die Fluss-Schleife gefüllt ist. Sobald die Luft wird aus der Rohr-Schleife gezwungen, schalten Sie die Pumpe und vergleichen Sie die Höhe des Wassers in die zwei Manometer, gemessen von der Spitze des T-Stück zu. Wenn die zwei Höhen unterschiedlich sind, verwenden Sie Unterlegscheiben, um die Prüffläche zu ebnen, bis die gemessene Höhen identisch sind. Schalten Sie die Pumpe wieder auf und warten Sie einen Moment für den Fluss zu begleichen, erfassen die Durchflussmenge und der vertikalen Wasserstand in beide Manometer Rohre. Jetzt passen Sie das Rotameter Ventil, um den Fluss leicht beschränken und Aufzeichnen der neuen Flow Rate und Manometer-Level. Wiederholen Sie dieses Verfahren zum Sammeln von Daten bei sechs oder sieben Flussraten für die geraden Messstrecke. Wenn Sie fertig sind, wiederhole das Experiment mit den anderen zwei Messstrecken, gegebenenfalls eine Anpassung der Prüffläche für jeden neuen Abschnitt.

Überprüfen Sie zuerst Ihre Daten für die geraden Messstrecke. Bei jeder Durchflussmenge haben Sie Messungen für die Wasserhöhe in jeder Manometer. Mithilfe den Unterschied in der Manometer Höhen um der gesamten Druckverlust in der Messstrecke zu bestimmen. Dann bestimmen Sie die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit im Rohr durch Division der Volumenstrom gemessen von der Rotameter durch die Querschnittsfläche des Rohres. Als Nächstes berechnen Sie die Reynolds-Zahl für den Fluss bei diesem Durchfluss. Kombinieren Sie Ihre Ergebnisse mit der Formel von Darcy Reibungsfaktor und Ihre Messungen der Messstrecke für den Reibungsfaktor zu lösen. Für einen geraden Abschnitt der Länge entsprechen 284 Millimeter und Innendurchmesser von 6,4 Millimetern, die gemessenen Volumenströme aus drei Viertel bis zwei Liter pro Minute zu turbulenten Bedingungen. Unsicherheiten um die totale Unsicherheit in die Reynolds-Zahl und der Reibungskoeffizient zu bestimmen, wie im Text beschrieben und dann das Ergebnis zusammen mit der Modell-Vorhersage für einen geraden Abschnitt Plotten zu propagieren. In experimentellen Unsicherheiten abgestimmt die Reibung Faktoren die Vorhersage des Modells. Die relativ hohe Unsicherheit in der Reibungskoeffizient bei niedrigen Durchflüssen ist aufgrund der begrenzten Genauigkeit des Durchflussmessers. Betrachten Sie nun Ihre Daten für die aufgerollte Messstrecke. Nach wie vor bestimmen Sie die gesamte Druckverlust, durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit und Reynolds-Zahl bei jedem Durchfluss. Der gesamte Druckverlust in diesem Abschnitt ist die Summe der Tropfen aus den geraden Teil und der gewickelten Teil so nutzen Darcy Reibungsfaktor Formel und dem geraden Kanalmodell, schätzen den Beitrag aus dem geraden Abschnitt und subtrahieren Sie dies aus der Summe . Mithilfe der verbleibenden Druckabfall und Ihre Messung des Spule Radius der Reibungskoeffizient im gewendelten Bereich bestimmen. Propagieren Sie Unsicherheiten für die Reynolds-Zahl und Reibung Faktor wiederum vorausgesetzt vernachlässigbar Unsicherheit aufgrund der Korrektur für den geraden Schnitt. Plotten Sie diese Ergebnisse sowie die Modell-Vorhersage für einen gewickelten Abschnitt. Die Reynolds-Zahl ist zwischen 1.700 und 5.200 denen Dean Zahlen zwischen 500 und 1.600 mit dem gegebenen Rohr Durchmesser und Spule Radius entspricht. Diese Werte sind innerhalb der laminaren Teil der Spule Reibung Faktor Formel. Diese Reibung Faktoren auch gemessen Spiel das Modell innerhalb von experimentellen Unsicherheiten und für einen bestimmten Durchfluss sind deutlich höher als in der geraden Abschnitt zu finden. Dadurch erhöht sich durch die stabilisierende Wirkung der aufgerollter Schlauch Geometrie, die den Übergang zum turbulenten Strömung, höhere Reynoldszahlen, etwa 9.900 für diese Geometrie verzögert. Jetzt schauen Sie sich die Daten für den dritten Test-Abschnitt. Wieder einmal bestimmt total Druckabfall, durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit und Reynolds-Zahl bei jedem Durchfluss. Der gesamte Druckverlust in diesem Abschnitt wird durch die Summe der geraden Teilstücken und geringe Verluste aus jedem der N Ellbogen. Verwenden Sie die Formel von Darcy Reibungsfaktor und geraden Kanalmodell zu schätzen und subtrahieren den Beitrag aus den geraden Teilstücken wieder. Der restliche Druckabfall ist durch die Winkelanschlüsse N in der Messstrecke. Mithilfe dieser Druckabfall mit der Reibungsfaktor und Durchmesser von den geraden Teilstücken die äquivalente Länge für eine individuelle Ellenbogen Versorgung berechnen. Propagieren Sie Unsicherheiten für die Reynolds-Zahl und die entsprechende Länge zu und Plotten Sie Ihre Ergebnisse. Die Reynolds-Zahl erhöht nähert sich das Verhältnis der entsprechenden Länge Innenrohr Durchmesser 30 erwartungsgemäß von den passenden Werten. Beachten Sie, dass die tatsächliche Reibungswiderstand spezifisch für die passende Geometrie ist und damit diese tabellarisch Werte nur Richtlinien als sollten.

Nun, da Sie mehr mit Rohrnetzen und Druckverluste vertraut sind, sehen wir uns einige praktische Anwendungen dieser Konzepte. Wärmetauscher bestehen typischerweise aus zwei separate Leitungen-Netzwerke, die warme und kalte Flüssigkeit in thermischen Kontakt zu bringen, ohne dass sie zu mischen. Druck-Tropfen-Analyse muss durchgeführt werden, wenn Gestaltung Wärmetauscher um sicherzustellen, dass die Pumpen ausreichend Flüssigkeit können Durchflussraten und die gewünschte Rate der Wärmeübertragung erzielen. Plaque-Ablagerungen in den Arterien reduziert den effektiven Durchmesser für Blut fließen. Dadurch muss das Herz härter arbeiten, um den zusätzlichen Druckverlust auszugleichen. Im Extremfall erhöht der Aufbau das Risiko einer totalen Verstopfung der Arterie oder Herzinsuffizienz. Während einer Angioplastie-Verfahren ist ein Stent eingesetzt, um re-erweitern die Arterie und normalen Blutfluss wiederherzustellen.

Sie sah nur Jupiters Einführung in Rohrleitungen Netzwerke und Druckverluste. Sie sollten jetzt verstehen, wie man Druckverluste in einem Kanalnetz Darcy Reibungsfaktor Formel einschließlich der geringen Verlusten aus diskreten Armaturen zu bestimmen. Schließlich haben Sie gesehen, wie den Druckverlust durch einen Kanal mit Manometer Rohre experimentell zu bestimmen. Danke fürs Zuschauen.

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