Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Mechanical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 
Click here for the English version

רשתות צנרת והפסדי לחץ

Overview

מקור: אלכסנדר ס. רטנר, המחלקה להנדסה מכנית וגרעינית, אוניברסיטת מדינת פנסילבניה, פארק האוניברסיטה, הרשות הפלסטינית

ניסוי זה מציג מדידה ומידלה של אובדן לחץ ברשתות צנרת ומערכות זרימה פנימיות. במערכות כאלה, עמידות בזרימה חיכוכית מקירות הערוץ, אביזרי וחסימות גורמת לאנרגיה מכנית בצורה של לחץ נוזלים להיות מומרת לחום. ניתוחים הנדסיים נדרשים כדי להגדיל את חומרת הזרימה כדי להבטיח הפסדי לחץ חיכוך מקובלים ומשאבות נבחרות העומדות בדרישות הורדת הלחץ.

בניסוי זה, רשת צנרת בנויה עם תכונות זרימה נפוצות: אורכים ישרים של צינורות, סלילי צינור סלילי, ואביזרי מרפק (כיפופים חדים 90°). מדידות אובדן לחץ נאספות על פני כל קבוצה של רכיבים באמצעות manometers - מכשירים פשוטים המודדים לחץ נוזלים על ידי רמת הנוזל בעמוד אנכי פתוח. עקומות אובדן לחץ וכתוצאה מכך מושוות לתחזיות ממודלים פנימיים של זרימה.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כאשר נוזל זורם דרך ערוצים סגורים(למשל,צינורות, צינורות, כלי דם) הוא חייב להתגבר על התנגדות חיכוך מקירות התעלה. זה גורם לאובדן מתמשך של לחץ בכיוון הזרימה כמו אנרגיה מכנית מומרת לחום. ניסוי זה מתמקד במדידה ומידלה של אובדן לחץ כזה במערכות זרימה פנימיות.

כדי למדוד את ירידה בלחץ לאורך ערוצים, ניסוי זה ישתמש בעיקרון של וריאציית לחץ הידרוסטטית. בנוזל נייח, הלחץ משתנה רק עם עומק עקב משקל נוזלים (Eqn. 1, איור 1a).

Equation 1 (1)

הנה Equation 2 Equation 3 הלחצים בשתי נקודות, ρ הוא צפיפות הנוזלים, g הוא תאוצת הכבידה, ו h1 ו h2 הם המעמקים (נמדדים בכיוון הכבידה) של הנקודות מרמת התייחסות. בתנאי סביבה טיפוסיים, צפיפות המים היא ρw = 998 ק"ג מ'-3 וצפיפות האוויר היא ρa = 1.15 ק"ג מ'-3. מכיוון שניתןלהזניחוריאציות לחץ הידרוסטטיות <<w, וריאציות לחץ הידרוסטטיות באוויר בהשוואה לשינויי לחץ הידרוסטטי נוזליים, וניתן להניח את הלחץהאטמוספרי התת-סביבתי אחיד (Patm ~ 101 kPa). בעקבות עיקרון זה, ניתן למדוד את ירידת הלחץ לאורך זרימת הערוץ על ידי ההבדל ברמות הנוזלים בצינורות אנכיים פתוחים המחוברים לערוץ: Equation 4 (איור 1ב). התקני מדידת לחץ מבוססי נוזלים כאלה נקראים מנומטרים.

ניתן לחזות את אובדן הלחץ לאורך ערוץ בנוסחת גורם החיכוך של דארסי (Eqn. 2). הנה, Equation 5 הוא אובדן הלחץ לאורך (L) של ערוץ עם קוטר פנימי D. U היא מהירות הערוץ הממוצעת, המוגדרת כקצב זרימת הנפח של נוזל (לדוגמה,ב- m3 s-1) חלקי אזור חתך הערוץ (לדוגמה,ב- m2, Equation 6 עבור ערוצים מעגליים). ו הוא גורם החיכוך של דארסי, העוקב אחר מגמות שונות לגיאומטריות ערוצים שונות ולקצבי זרימה שונים. בניסוי זה, גורמי חיכוך יימדדו באופן ניסיוני עבור אורכי צינור ישרים ומפותלים, בהשוואה לנוסחאות שפורסמו בעבר.

Equation 7(2)

מגמות גורם חיכוך זרימת ערוץ תלויות במספר ריינולדס (Re), המודד את העוצמה היחסית של השפעות מאינרציה נוזלית להשפעות מצמיגות נוזלים (השפעות חיכוך). Re מוגדר Equation 8 כ, איפה Equation 9 הוא צמיגות דינמית נוזל (~ 0.001 ק"ג מ'-1 s-1 עבור מים בתנאי הסביבה). ב Re נמוך Equation 10 (2000 בערוצים ישרים), אפקטים צמיג חזקים מספיק כדי לח אדי בזרימה, המוביל זרימת למינאר חלקה. ב Re גבוה יותר Equation 11 (2000), אדי אקראי יכול להיווצר בזרימה, מה שמוביל להתנהגות סוערת. מודלים נפוצים של גורמי חיכוך לזרימות ערוץ מעגלי ישר מוצגים ב- Eqn. 3.

Equation 12 (3)

כאשר נוזל זורם דרך סלילי צינור סלילי, נוצרים מערבולות פנימיות משניות (איור 1c). כתוצאה מכך, גורם החיכוך Equation 13 תלוי גם במספר הדיקן, אשר אחראי על ההשפעה היחסית של עקמומיות צינור: Equation 14 . כאן R הוא הרדיוס של סליל הצינור, נמדד מהציר המרכזי לחצי הדרך לתוך הצינורות. מתאם נפוץ עבור Equation 13 הוא:

Equation 15(4)

אביזרי צינור, שסתומים, הרחבות/ התכווצויות, וחסימות אחרות גם לגרום להפסדי לחץ. גישה אחת למודל הפסדים קלים כאלה היא במונחים של האורך המקביל של אפיק רגיל הנדרש כדי להניב את אותה ירידה בלחץ (Le/D). הנה, Equation 13 Equation 16 והם גורם החיכוך ומהירות הזרימה באורכי מערוץ המפרצון / שקע (איור 1d).

Equation 17 (5)

טבלאות של אורכי ערוץ מקבילים מייצגים מדווחות בספרי הדרכה עבור רכיבי אינסטלציה נפוצים (c.f., [1]). ניסוי זה ימדוד את האורכים המקבילים עבור אביזרי כיפוף חדים של 90 מעלות (מרפקים). אורכי שווה ערך שדווחו אופייניים עבור אביזרי כאלה הם Le/D ~ 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. ייצור מערכת צנרת (ראה סכמטית וצילום, איור 2)

  1. הדבק (סרט או דבק) מאגר מים פלסטיק קטן על משטח העבודה. אם זה מיכל מכוסה, לקדוח חורים במכסה עבור קווי המים פנימה והשקע וכבל כוח משאבה.
  2. הר את משאבת הצוללת הקטנה במאגר.
  3. הר את הרוטמטר (מד זרימת המים) אנכית באזור העבודה. זה עשוי לעזור לקשור את הרוטמטר לקרן אנכית קטנה או סוגריים כדי לשמור אותו זקוף. חבר צינור זרימה משקע המשאבה לפרצון הרוטמטר (יציאה תחתונה).
  4. חבר טיז התאמת דחיסה פלסטיק לשני הקצוות של סעיף של צינור פלסטיק נוקשה (ממליץ אורך L ~ 0.3 מ ', קוטר צינור פנימי D ~ 6.4 מ"מ). הר את טיז על מלחצי צינור. חבר צינורות גומי מטה אחד (מפרצון) לשקע הרוטמטר. חבר צינורות גומי מהטי האחר (שקע) למאגר.
  5. בנה הרכבה שנייה עם שני אביזרי טי רכובים. לעטוף אורך של צינורות פלסטיק רך מסובב helically סביב ליבה גלילית (מומלץ צינור קרטון, R ~ 30 מ"מ ~ 5 צינורות עטיפות). אזיקונים או מלחציים עשויים לסייע בשמירה על הצינורות מפותלים. התקן את שני הקצוות החופשיים של הצינורות לאביזרי טי.
  6. בנה הרכבה שלישית עם שני אביזרי טי רכובים. חבר ארבעה מרפקים (או יותר) עם אורכים קצרים של צינור פלסטיק קשיח בין טיז. שימוש במרפקים מרובים מגביר את קריאת ירידת הלחץ ומשפר את דיוק המדידה.
  7. התקן צינורות פלסטיק קשיחים שקופים (~ 0.6 מ ') לנמלים הפתוחים על ששת אביזרי טי. השתמש ברמה כדי להבטיח כי הצינורות הם אנכיים. צינורות אלה יהיו manometers (התקני מדידת לחץ).
  8. מלאו את המאגר במים.

2. מבצע

  1. צינור ישר: הפעל את המשאבה, ולהתאים את שסתום הרוטמטר כדי לשנות את קצב זרימת המים. עבור כל מקרה, להקליט את קצב זרימת המים ואת מפלס המים האנכי בכל צינור manometer. תיעד את ירידת הלחץ בהתבסס על ההבדל ברמות המנומטר (Eqn. 1).
  2. צינור מנודה: חבר את מפרצון מקטע הבדיקה המסובב לשקע הרוטמטר, ואת שקע מקטע הבדיקה למאגר. כמו בשלב 2.1, תיעדו את קצב זרימת המים ואת ירידות הלחץ עבור מספר קצבי זרימה.
  3. אביזרי מרפק: חבר את מקטע בדיקת התאמת המרפק לרוטמטר ולמאגר. אסוף קבוצה של מדידות קצב זרימה ולחץ, כמו בשלב 2.2.

3. ניתוח

  1. במקרה הצינור הישר, להעריך את מספר ריינולדס ואת גורם החיכוך f (Eqn. 2). הערכת מספר ריינולדס וחוסר הוודאות של מפעל החיכוך (Eqn. 6). כאןe ΔP הוא חוסר הוודאות במדידות הלחץ ( Equation 18 , הוא אי Equation 19 ודאות ברמת המנומטר), ו- eU הוא אי הוודאות במהירות הערוץ הממוצעת (מתוך גיליון נתוני רוטמטר, עם אי ודאות אופיינית של 3 - 5% מהטווח). עבור מים בטמפרטורת החדר (22°C), ρ = 998 ק"ג מ'-3 ו μ = 0.001 ק"ג מ'-1 s-1.
    Equation 20 (6)
  2. השווה את תוצאות גורם החיכוך של שלב 3.1 עם המודלים האנליטיים (Eqn. 3).
  3. חזור על שלב 3.1 עבור מארז הצינור המרוצף. הפעם, הפחת את ירידת הלחץ החזויה (Eqns. 2-3) עבור החלק הישר של קטע הבדיקה מ- ΔP. כאן אנו מניחים שחוסר הוודאות בתיקון הלחץ באורך ישר הוא זניח. השווה גורמי חיכוך מדודים עם ערכים מהמתאם (Eqn. 4).
  4. חזור על שלב 3.2 עבור מארז התאמת המרפק. הפחת את ירידת הלחץ החזויה לאורכים הישרים של צינורות בין אביזרי המרפק כדי להשיג אובדן לחץ מתוקן Equation 21 . להעריך את האורך המקביל ואת אי הוודאות עבור כל מרפק. הנה, Ne הוא מספר מרפקי צינור.
    Equation 22(7)
  5. השווה את תוצאת האורך המקבילה (Le/D) לערכים המדווחים הטיפוסיים (~ 30).

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

גורם חיכוך נמדד ונתוני אורך מקבילים מוצגים ב- Fig. 3a-c. עבור קטע הצינור הישר, צינור PVC ברור עם D = 6.4 מ"מ ו- L = 284 מ"מ משמש. קצבי זרימה נמדדים (0.75 - 2.10 l min-1) תואמים לתנאים סוערים (Re = 2600 - 7300). גורמי חיכוך תואמים את התחזיות מהמודל האנליטי אל תוך אי-ודאות ניסיונית. אי ודאות f גבוהה יחסית נמצאת בשיעורי זרימה נמוכים בשל הדיוק המוגבל של מד הזרימה שנבחר (בעלות נמוכה) (± 0.15 ליטר דקה-1).

תוצאות גורם החיכוך עבור מקרה סליל הצינור תואמות גם את המתאם שסופק (Eqn. 4) בתוך אי ודאות ניסיונית (איור 3ב). חמש לולאות סליל של רדיוס R = 33 מ"מ עם קוטר פנימי צינור D = 6.4 מ"מ מועסקים. כאן, מספר הדיקן הוא 500 - 5600, התואם לחלק למינאר של אקן. 4. גורמי חיכוך נמדדים גבוהים משמעותית מאשר עבור המקטע הישר בקצבי זרימה שווים. זה נובע מההשפעה המייצבת של גיאומטריית צינור סליל, אשר מעכב את המעבר למערבולת ל Re גבוה.

עבור מארז המרפק, 4 אביזרי מרפק (מספר חלק ברשימת החומרים) מועסקים, מחוברים באורכים קצרים של D = צינורות 6.4 מ"מ. האורך החיכוך המקביל של כל התאמת מרפק מתקרב (Le/D) ~ 30 - 40 ב Re גבוה (איור 3c). הדבר דומה לערך שדווח בדרך כלל של 30. שים לב כי ההתנגדות החיכוך בפועל היא ספציפית לגיאומטריה המתאימה, וערכי Le/D שדווחו צריכים להיחשב רק כהנחיות.

Figure 1
איור 1: א. סכמטי של וריאציית לחץ הידרוסטטי בגוף נייח של נוזל. ב.שינוי לחץ לאורך ישר של צינור, נמדד עם manometers פתוח העליון. ג.סכמטית של צינור מ סליל, עם מערבולות פנימיות המצוינות בתצוגת חתך רוחב.

Figure 2
איור 2: (א)תמונה סכמטית ו- (ב)של מתקן מדידת הורדת לחץ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: גורם חיכוך ומדידות אורך שוות ערך ותחזיות מודל עבור:a . צינור ישר, b.צינור מסולסל, c.אביזרי מרפק.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

תקציר

ניסוי זה מדגים שיטות למדידת גורמי חיכוך לירידה בלחץ ואורכים מקבילים ברשתות זרימה פנימיות. שיטות מידול מוצגות עבור תצורות זרימה נפוצות, כולל צינורות ישרים, צינורות מפותלים ואביזרי צינור. טכניקות ניסוי וניתוח אלה הן כלים הנדסיים מרכזיים לתכנון מערכות זרימת נוזלים.

יישומים

רשתות זרימה פנימיות מתעוררות ביישומים רבים כולל תחנות לייצור חשמל, עיבוד כימי, התפלגות זרימה בתוך מחליפי חום, וזרימת דם באורגניזמים. בכל המקרים, זה קריטי כדי להיות מסוגל לחזות ולדגם הפסדי לחץ ודרישות שאיבה. מערכות זרימה כאלה יכולות להיות נרקבות לחלקים של ערוצים ישרים ומעוקלים, המחוברים באמצעות אביזרי או צמתים. על ידי החלת גורם חיכוך ומודלים של אובדן קל על רכיבים כאלה, ניתן לנסח תיאורי רשת שלמים.

רשימת חומרים

שם חברה מספר קטלוג הערות
ציוד
משאבת מים תת-מימית יוניצ'לייף B018726M9K
מיכל פלסטיק מכוסה מאגר מים, מיכל מזון מפלסטיק המשמש במחקר זה.
מד זרימת מים UXCell LZM-15 רוטמטר, 0.5 - 4.0 ליטר דקה-1
צינור PVC נקי ונוקשה מקמסטר 53945K13 עבור מקטעי בדיקה ומנומטרים, 1/4" תעודת זהות, 3/8" מנת יתר
צינורות PVC רכים וגמישים מקמסטר 5233K63

5233K56

עבור חיבורי צינורות ומקטע בדיקת סליל
טי התאמת צינור פלסטיק מקמסטר 5016K744 עבור מקטעי בדיקה חיבורי מפרצון ושקע / מנומטרים
מרפק התאמת צינור פלסטיק מקמסטר 5016K133 למקטע בדיקה עם מרפקים

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Submersible water pump Uniclife B018726M9K
Covered plastic container Water reservoir, plastic food container used in this study.
Water flow meter UXCell LZM-15 Rotameter, 0.5 4.0 l min-1
Rigid clear PVC tube McMaster 53945K13 For test sections and manometers, 1/4 ID, 3/8 OD
Flexible soft PVC tubing McMaster 5233K63

5233K56

For tubing connections and coil test section
Plastic tube fitting tee McMaster 5016K744 For test sections inlet and outlet connections/manometers
Plastic tube fitting elbow McMaster 5016K133 For test section with elbows

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Perry, D.W. Green, J.O. Maloney, Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th Editio, McGraw-Hill, New York, NY, 1984.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter