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파이프 네트워크 및 압력 손실
 
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파이프 네트워크 및 압력 손실

Overview

출처: 알렉산더 S 래트너, 기계 및 원자력 공학부, 펜실베니아 주립 대학, 대학 공원, 펜실베이니아

이 실험에서는 배관 네트워크 및 내부 흐름 시스템의 압력 손실을 측정하고 모델링합니다. 이러한 시스템에서는 채널 벽, 피팅 및 장애물의 마찰 흐름 저항으로 인해 유체 압력의 형태로 기계적 에너지가 열로 변환됩니다. 허용 가능한 마찰 압력 손실을 보장하고 압력 강하 요구 사항을 충족하는 펌프를 선택하기 위해 흐름 하드웨어의 크기를 조정하는 데 엔지니어링 분석이 필요합니다.

이 실험에서 배관 네트워크는 튜브, 헬리칼 튜브 코일 및 팔꿈치 피팅 (날카로운 90 ° 굴곡)의 직선 길이라는 일반적인 흐름 기능으로 구성됩니다. 압력 손실 측정은 개방형 수직 컬럼에서 액체 수준별로 유체 압력을 측정하는 간단한 장치인 기마계를 사용하여 각 구성 요소 집합에 걸쳐 수집됩니다. 결과 압력 손실 곡선은 내부 흐름 모델의 예측과 비교됩니다.

Principles

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유체가 폐쇄 된 채널(예 :파이프, 튜브, 혈관)을 통해 흐르면 채널 벽에서 마찰 저항을 극복해야합니다. 이로 인해 기계 에너지가 열로 변환됨에 따라 유동 방향에서 압력이 지속적으로 손실됩니다. 이 실험은 내부 흐름 시스템에서 이러한 압력 손실을 측정하고 모델링하는 데 중점을 둡니다.

채널을 따라 압력 강하를 측정하기 위해 이 실험에서는 정압 변이 원리를 사용합니다. 고정된 유체에서 압력은 유체 중량(Eqn. 1, 도 1a)으로 인한 깊이에 따라 달라집니다.

Equation 1 (1)

여기서 Equation 2 Equation 3 두 지점에서의 압력은 유체 밀도이고, g는 중력 가속이고, h1h 2는 기준 수준에서 점의 깊이(중력 방향으로 측정)이다. 일반적인 주변 조건에서, 물의 밀도는 998kg m -3= 998kgm-3이며 공기밀도는 = 1.15 kgm-3이다. << 때문에,공기의 정압 변동은 액체 정압 변동에 비해 소홀히 할 수 있으며, 주변 대기압은 균일하다고 가정할 수있다(Patm ~ 101 kPa). 이 원리에 따라, 채널 흐름을 따라 압력 강하는 채널에 연결된 수직 오픈 탑 튜브의 유체 레벨의 차이에 의해 측정될 수 있다: Equation 4 (도 1b). 이러한 액체 수준 기반 압력 측정 장치는 기압계라고합니다.

채널 의 길이를 따라 압력 손실은 Darcy 마찰 계수 공식 (Eqn. 2)으로 예측 될 수있다. 여기서, Equation 5 내부 직경 D를가진 채널의 길이(L)를 따라 압력 손실이다. U는 유체의 체적 유량(예를 들어, m3s-1)으로정의된 평균 채널 속도(예를들어,m2, 원형 Equation 6 채널용)로 나눈다. f는 서로 다른 채널 형상 및 유량에 대한 다른 추세를 따르는 Darcy 마찰 계수입니다. 이 실험에서 마찰 인자는 튜브의 직선 및 헬이드 길이를 위해 실험적으로 측정되며 이전에 발표된 수식과 비교됩니다.

Equation 7(2)

채널 흐름 마찰 계수 동향은 유체 점도(마찰 효과)의 효과에 유체 관성에서 효과의 상대적 강도를 측정하는 레이놀즈 수(Re)에 의존합니다. 재는 Equation 8 Equation 9 유체 동적 점도(주변 조건에서 물의 경우 ~0.001 kg m-1 s-1)로 정의됩니다. 낮은 Re Equation 10 (2000 직선 채널)에서 점성 효과는 흐름에서 에디를 축축하기에 충분히 강하여 매끄러운 라미나르 흐름으로 이어집니다. 더 높은 Re Equation 11 (2000)에서 임의의 에디는 흐름에서 형성되어 난류 동작으로 이어질 수 있습니다. 직선 원형 채널 흐름에 일반적으로 사용되는 마찰 계수 모델은 Eqn. 3에 제시됩니다.

Equation 12 (3)

유체가 헬리칼 튜브 코일을 통해 흐르면, 이차 내부 vortices 형태 (도 1c). 그 결과 마찰 계수는 Equation 13 튜브 곡률의 상대적 영향을 차지하는 딘 수에 따라 Equation 14 달라집니다. 여기서 R은 튜브로 중간축으로 중앙 축에서 측정된 튜브 코일의 반지름입니다. 일반적인 상관 관계는 Equation 13 다음과 입니다.

Equation 15(4)

파이프 피팅, 밸브, 팽창/수축 및 기타 장애물도 압력 손실을 유발합니다. 이러한 사소한 손실을 모델링하는 한 가지 방법은 동일한 압력 강하(Le/D)를 산출하는 데 필요한 일반 채널의 동등한 길이의 관점에서 볼 수 있습니다. 여기서, Equation 13 Equation 16 유입구/출구 채널 길이(도 1d)에서 마찰 계수 및 유량 속도이다.

Equation 17 (5)

대표적인 동등한 채널 길이의 테이블은 일반적인 배관 구성요소(c.f.[ [1])에 대한 핸드북에 보고됩니다. 이 실험은 날카로운 90°벤드 피팅(팔꿈치)에 해당하는 길이를 측정합니다. 이러한 피팅에 대한 일반적인 보고된 동등한 길이는 Le/D~ 30입니다.

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Procedure

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1. 배관 시스템의 제조 (회로도 및 사진 참조, 도 2)

  1. 작은 플라스틱 물 저장소를 작업 표면에 부착(테이프 또는 접착제)합니다. 지붕이 있는 용기인 경우 입구와 콘센트 워터 라인 및 펌프 전원 케이블을 위해 뚜껑에 구멍을 뚫습니다.
  2. 저수지에 작은 잠수정 펌프를 장착합니다.
  3. 작업 영역에서 회전계(물 흐름 계)를 수직으로 장착합니다. 로타미터를 작은 수직 빔 또는 L-브래킷에 묶어 똑바로 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 펌프 출구에서 로타미터 입구(하부 포트)에 유동 튜브를 연결합니다.
  4. 플라스틱 압축 피팅 티를 단단한 플라스틱 튜브 섹션의 양쪽 끝에 연결합니다(길이 L ~ 0.3m, 내부 튜브 직경 D ~ 6.4 mm 권장). 파이프 클램프에 티를 장착합니다. 고무 튜브를 1티(입구)에서 로타미터 콘센트에 연결합니다. 다른 티(콘센트)에서 저수지에 고무 튜브를 연결합니다.
  5. 두 개의 장착 티 피팅으로 두 번째 어셈블리를 구성합니다. 원통형 코어 주위에 부드러운 플라스틱 튜브 코일의 길이를 보람 (골판지 튜브, R ~ 30mm 및 ~ 5 튜브 랩을 권장). 지퍼 넥타이 나 클램프는 튜브 코일링을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 튜빙의 두 개의 무료 끝을 티 피팅에 설치합니다.
  6. 장착된 티 피팅 2개로 세 번째 어셈블리를 구성합니다. 티 사이에 단단한 플라스틱 튜브의 짧은 길이와 네 (또는 그 이상의) 팔꿈치를 연결합니다. 여러 개의 팔꿈치를 사용하면 압력 강하 판독이 증폭되어 측정 정확도가 향상됩니다.
  7. 6개의 티 피팅의 개방형 포트에 투명 한 단단한 플라스틱 튜브(~0.6m)를 설치합니다. 레벨을 사용하여 튜브가 수직인지 확인합니다. 이 튜브는 기마계 (압력 측정 장치)가 될 것입니다.
  8. 저수지를 물로 채웁니다.

2. 작동

  1. 스트레이트 튜브: 펌프를 켜고 로타미터 밸브를 조정하여 물 흐름 속도를 변경합니다. 각 케이스에 대해 각 기압계 튜브의 수유 속도와 수직 수위를 기록합니다. 기마계 레벨(Eqn. 1)의 차이에 따라 압력 강하를 기록합니다.
  2. 코일 튜브: 코일 테스트 섹션 입구를 로타미터 콘센트에 연결하고 테스트 섹션 콘센트를 저수지에 연결합니다. 2.1 단계에서와 마찬가지로 여러 유량의 물 유량 및 압력 강하를 기록합니다.
  3. 팔꿈치 피팅: 팔꿈치 피팅 테스트 섹션을 로타미터 및 저수지에 연결합니다. 2.2단계에서와 같이 유량 및 압력 측정 집합을 수집합니다.

3. 분석

  1. 직선 튜브 케이스의 경우 레이놀즈 수 및 마찰 계수 f(Eqn. 2)를 평가합니다. 레이놀즈 수 및 마찰 계수 불확실성평가(Eqn. 6). 여기서 eΔP는 압력 측정의 불확실성 Equation 18 (, Equation 19 기마계 수준에서 불확실성), 전자U는 평균 채널 속도의 불확실성이다 (로타미터 데이터 시트에서, 범위의 전형적인 불확실성3 - 5 %). 실온(22°C)에서 물의 경우, 998kg m-3μ = 0.001 kg m-1 s-1.
    Equation 20 (6)
  2. 3.1단계의 마찰 계수 결과를 분석 모델(Eqn. 3)과 비교합니다.
  3. 코일 튜브 케이스에 대해 3.1 단계를 반복합니다. 이번에는 ΔP로부터테스트 섹션의 직선 부분에 대해 예측된 압력 강하(Eqns. 2-3)를 뺍니다. 여기서 우리는 직선 길이 압력 보정의 불확실성이 무시할 수 있다고 가정합니다. 측정된 마찰 계수를 상관관계(Eqn. 4)의 값과 비교합니다.
  4. 팔꿈치 피팅 케이스의 경우 3.2 단계를 반복합니다. 팔꿈치 피팅 사이의 튜브의 직선 길이에 대한 예측 압력 강하를 빼서 올바른 압력 손실을 Equation 21 얻습니다. 각 팔꿈치에 해당하는 길이와 불확실성을 평가합니다. 여기서, N전자는 파이프 팔꿈치의 수입니다.
    Equation 22(7)
  5. 동등한 길이결과(Le/D)를 일반적인 보고된 값(~30)과 비교합니다.

배관 네트워크는 유체를 효율적으로 운반, 순환 및 배포할 수 있기 때문에 엔지니어링 및 자연 시스템에서 일반적으로 발견됩니다. 가정에서 수돗물에서 나오는 물은 엔지니어링 배관 네트워크의 훌륭한 예인 복잡한 도시 급수 시스템을 통해 이동합니다. 유체가 배관 네트워크를 통해 순환함에 따라 채널 벽과 피팅에서 마찰 저항을 발생시키고 유체 스트림이 이러한 흐름 저항을 극복함에 따라 압력을 잃습니다. 새로운 설계에서 올바른 구성 요소와 크기를 지정하거나 기존 시스템의 문제를 진단하기 위해 이러한 압력 손실을 특성화하고 이해하는 것이 필요합니다. 이 비디오에서는 파이프 네트워크 내의 압력 강하를 측정하기 위한 간단한 접근 방식을 설명하고 손실 및 몇 가지 일반적인 형상을 예측하기 위한 몇 가지 표준 모델에 대해 설명합니다. 그 후, 이러한 방법은 모델과의 비교를 위해 압력 손실을 실험적으로 측정하기 위해 사용될 것입니다. 마지막으로, 배관 네트워크 및 압력 손실의 몇 가지 다른 응용 프로그램에 대해 설명 하겠습니다.

유체가 닫힌 채널을 통해 흐를 때마다 채널 벽에서 약간의 마찰 저항이 발생합니다. 결과적으로 유체의 기계적 에너지의 일부가 열로 변환되어 흐름 방향으로 압력이 지속적으로 손실됩니다. 이러한 압력 손실은 종종 기모노미터라고 하는 간단한 액체 수준 장치를 사용하여 수행되는 채널을 따라 이산 지점에서 유체 압력을 측정하여 주어진 시스템에서 특징지어질 수 있다. 기미터는 배관 채널에 연결된 튜브의 개방형 수직 또는 경사 면이므로 부분적으로 액체로 채웁니다. 액체 컬럼의 높이는 채널을 따라 해당 시점의 유체 수준에 직접 비례합니다. 따라서 두 지점 또는 델타 P 사이의 압력 차이는 액체 높이 또는 델타 H의 두 기압계 사이의 변화로부터 결정될 수 있습니다. 안타깝게도 적절한 유체 유량을 보장하기 위해 시스템을 구축하기 전에 직접 측정및 압력 손실을 예측하는 것이 항상 실용적이지는 않습니다. 이러한 상황에서 Darcy 마찰 계수 수식을 사용하여 마찰 압력 손실을 예측할 수 있습니다. 이 방정식에서, 델타 P는 원형 단면 및 내부 직경 D를 가진 채널에 대한 길이 L에 대한 압력 손실이며, 행은 유체 밀도이며, U는 평균 유량 속도이며, 채널의 단면 영역으로 나눈 부피 유량으로 정의되며, f는 레이놀즈 수와 기하학적으로 다른 경험적 및 이론적으로 파생된 추세를 따르는 다르시 마찰 계수이다. 직선 원형 채널 및 헬리칼 코일에 사용되는 모델의 텍스트를 참조하십시오. 파이프 네트워크의 다양한 채널 섹션은 밸브, 확장기 및 굴곡과 같은 개별 피팅으로 연결되어 압력 손실에도 기여합니다. 이러한 피팅을 통한 압력 손실은 사소한 손실로 알려져 있으며 동일한 압력 강하를 산출하는 데 필요한 직선 채널의 동등한 길이로 보고되기도 합니다. 이러한 손실은 여전히 연결 채널의 마찰 계수 및 유량 속도와 피팅에 대한 내부 직경에 의해 배율로 배율된 동등한 길이의 표고값을 사용하여 Darcy 마찰 계수 공식으로 모델링됩니다. 배관 시스템의 총 손실은 단순히 개별 섹션 및 피팅에서 모든 손실의 합계입니다. 다음 섹션에서는 마찰 계수와 동등한 길이를 결정하기 위해 다른 대표 파이프 구성에서 이러한 손실을 측정합니다.

설정하기 전에 작업할 명확한 영역과 구성 요소를 어셈블할 평평한 표면이 있는지 확인합니다. 물 저장소를 표면에 부착하고 필요한 경우 펌프 전원 케이블뿐만 아니라 물 입구 및 콘센트에 구멍을 뚫습니다. 저수지에 잠수정 펌프를 장착합니다. 이제 저수지 근처에 작은 수직 빔 또는 L 브래킷을 부착합니다. 원형계 유량계를 빔에 수직으로 장착하고 튜브 섹션을 사용하여 펌프 콘센트를 로타미터 입구에 연결합니다. 로타미터는 작은 비드의 부동 수준에 따라 유체의 체적 유량을 나타내는 계측기입니다. 텍스트에 설명된 대로 세 파이프 테스트 섹션을 구성합니다. 완료되면 직선 섹션, 코일 섹션 및 여러 팔꿈치 굽힘이 있는 단면이 있어야 합니다. 코일의 중앙 축에서 튜브의 중간점에 측정된 튜브 코일의 반경뿐만 아니라 직선 섹션의 길이를 신중하게 기록합니다. 파이프 클램프를 사용하여 세 개의 섹션을 모두 표면에 장착합니다. 분기 측 포트가 위로 점등되도록 끝에 있는 T 피팅을 조정한 다음 이러한 포트에 선명한 능선이 있는 튜브를 설치하여 기마계를 형성합니다. 레벨을 사용하여 기마계 튜브가 수직인지 확인합니다. 마지막으로 튜브의 한 부분을 로타미터 의 출구에 연결하고 두 번째 튜브를 저수지로 되돌려 놓습니다. 이 두 튜브는 실험 중에 완전한 루프를 형성하기 위해 테스트 섹션의 입력 및 출력에 연결됩니다. 저수지를 물로 채우고 준비가 완료됩니다.

로타미터 출력에서 직선 테스트 섹션의 한쪽 끝에 튜브를 연결하고 반환 튜브를 다른 쪽 끝에 연결합니다. 이제 펌프를 켜고 로타미터 밸브를 조정하여 유량을 극대화합니다. 모든 공기가 파이프 루프에서 강제로 꺼지면 펌프를 끕니다. 흐름 루프가 채워지면 저장소에 물을 추가해야 할 수 있습니다. 모든 공기가 파이프 루프에서 강제로 꺼지면 펌프를 끄고 두 기마계의 수위를 비교하여 T 피팅 의 상단에서 측정합니다. 두 높이가 다른 경우 심을 사용하여 측정된 높이가 같을 때까지 테스트 표면을 평평하게 합니다. 흐름이 정착할 때까지 잠시 기다린 후 펌프를 다시 켜고 두 기마계 튜브의 유량과 수직 수위를 기록합니다. 이제 로타미터 밸브를 조정하여 흐름을 약간 제한하고 새로운 유량 및 기압계 레벨을 기록합니다. 이 절차를 반복하여 직선 테스트 섹션의 6~7개의 유량으로 데이터를 수집합니다. 완료되면 필요한 경우 각 새 섹션에 대한 테스트 표면 재조정을 포함하여 다른 두 테스트 섹션으로 실험을 반복합니다.

먼저 직선 테스트 섹션에 대한 데이터를 확인합니다. 각 유량에서 각 기압계의 수도에 대한 측정값이 있습니다. 기마계 높이의 차이를 사용하여 테스트 섹션의 총 압력 강하를 결정합니다. 그런 다음 로타미터에서 측정된 유량량을 튜브의 단면 면적으로 나누어 튜브내의 평균 유량 속도를 결정한다. 다음으로 이 유량의 흐름에 대한 레이놀즈 수를 계산합니다. 결과를 Darcy 마찰 계수 수식과 테스트 섹션의 측정과 결합하여 마찰 계수를 해결합니다. 길이 284밀리미터및 내지름 6.4mm의 직선 구간의 경우, 3분기에서 분당 2리터까지의 측정된 유량은 난류 조건에 해당한다. 불확실성을 전파하여 레이놀즈 수의 총 불확실성과 텍스트에 설명된 마찰 계수의 마찰 계수를 결정한 다음 직선 섹션에 대한 모델 예측과 함께 결과를 플롯합니다. 실험적 불확실성 내에서 마찰 계수는 모델의 예측과 일치합니다. 낮은 유량에서 마찰 계수의 상대적으로 높은 불확실성은 유량계의 제한된 정확도 때문입니다. 이제 코일 테스트 섹션에 대한 데이터를 살펴보십시오. 이전과 마찬가지로 각 유량의 총 압력 강하, 평균 유량 속도 및 레이놀즈 수를 결정합니다. 이 섹션의 총 압력 강하는 직선 부분및 코일 부분에서 드롭의 합계이므로 Darcy 마찰 계수 수식및 직선 채널 모델을 사용하여 직선 단면의 기여를 추정하고 합계에서 이를 뺍니다. 남은 압력 강하와 코일 반경 측정을 사용하여 코일 부분의 마찰 계수를 결정합니다. 레이놀즈 수와 마찰 계자에 대한 불확실성을 다시 한 번 전파하며, 직선 섹션에 대한 보정으로 인한 무시할 만한 불확실성을 가정합니다. 코일 섹션에 대한 모델 예측과 함께 이러한 결과를 플롯합니다. 레이놀즈 수는 1,700에서 5,200 사이이며, 이는 주어진 튜브 직경과 코일 반경과 함께 500에서 1,600 사이의 딘 숫자에 해당합니다. 이러한 값은 코일 마찰 계수 수식의 라미나르 부분 내에 있습니다. 이러한 측정된 마찰 요인은 또한 실험적 불확실성 내의 모델과 일치하며 주어진 유량의 경우 직선 섹션에서 발견되는 것보다 훨씬 높습니다. 이는 이 형상에 대해 약 9,900개의 레이놀즈 수치로 난류 흐름으로의 전환을 지연시키는 코일 튜브 형상의 안정화 효과로 인해 증가합니다. 이제 세 번째 테스트 섹션의 데이터를 살펴보십시오. 다시 한 번 각 유량의 총 압력 강하, 평균 유량 속도 및 레이놀즈 수를 결정합니다. 이 섹션의 총 압력 강하는 직선 섹션의 합계와 N 팔꿈치의 각에서 약간의 손실 때문입니다. Darcy 마찰 계수 수식과 직선 채널 모델을 다시 사용하여 직선 섹션의 기여도를 추정하고 뺍니다. 나머지 압력 강하는 테스트 섹션의 N 팔꿈치 피팅 때문입니다. 직선 섹션의 마찰 계수 및 직경과 함께 이 압력 강하를 사용하여 개별 팔꿈치 피팅에 해당하는 길이를 계산합니다. 레이놀즈 번호와 동등한 길이에 대한 불확실성을 전파하고 결과를 플롯합니다. 레이놀즈 수가 증가함에 따라, 내부 파이프 직경에 해당하는 길이의 비율은 타부레이트 값에서 예상대로 30에 접근한다. 실제 마찰 저항은 피팅 형상에 만 다르므로 이러한 표고된 값은 지침으로만 간주되어야 합니다.

이제 파이프 네트워크와 압력 손실에 더 익숙해지므로 이러한 개념의 실제 응용 프로그램을 살펴보겠습니다. 열 교환기는 일반적으로 혼합할 수 없는 가까운 열 접촉에서 뜨겁고 차가운 유체를 가져오는 두 개의 별도의 배관 네트워크로 구성됩니다. 펌프가 충분한 유체 유량을 제공하고 원하는 열 전달 속도를 달성할 수 있도록 열 교환기를 설계할 때 압력 하강 해석을 수행해야 합니다. 동맥의 플라크 축적은 혈액이 흐르기 위한 효과적인 직경을 감소시킵니다. 그 결과, 심장은 추가 압력 손실을 보상하기 위해 더 열심히 일해야 합니다. 극단적인 경우에, 축적은 동맥 또는 심부전의 총 막힘의 리스크를 증가시킵니다. 혈관 성형술 시술 중에 동맥을 다시 확장하고 정상적인 혈류를 복원하기 위해 스텐트가 삽입됩니다.

배관 네트워크와 압력 손실에 대한 Jove의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 개별 피팅으로 인한 사소한 손실을 포함하여 Darcy 마찰 계수 공식을 사용하여 파이프 네트워크의 압력 손실을 확인하는 방법을 이해해야 합니다. 마지막으로, 당신은 실험적으로 기마계 튜브를 사용하여 채널을 통해 압력 손실을 결정하는 방법을 보았다. 시청해 주셔서 감사합니다.

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Results

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측정된 마찰 계수 및 이와 동등한 길이 데이터는 도 3a-c에 제시된다. 직선 튜브 섹션의 경우 D = 6.4mm 및 L = 284mm가 있는 명확한 PVC 튜브가 사용됩니다. 측정된 유량(0.75 - 2.10 l min-1)은난류 조건에 해당합니다(Re = 2600 - 7300). 마찰 계수는 분석 모델의 예측과 실험적 불확실성 내의 예측과 일치합니다. 상대적으로 높은 f 불확실성은 선택된(저가) 유량계(± 0.15 lmin-1)의제한된 정확도로 인해 낮은 유량에서 발견된다.

튜브 코일 케이스에 대한 마찰 계수 결과는 또한 실험적 불확실성 내에서 제공된 상관관계(Eqn. 4)와 일치한다(도 3b). 반경 R = 튜브 내지름 D = 6.4mm의 코일 루프 5개가 사용된다. 여기서 딘 번호는 500 -5600이며, 이는 Eqn. 4의 라미나르 부분에 해당합니다. 측정된 마찰 계수는 동일한 유량의 직선 단면보다 상당히 높습니다. 이는 코일 튜브 지오메트리의 안정화 효과에서 비롯되어 난기류로의 전환을 높은 Re로 지연시합니다.

팔꿈치 케이스의 경우 4개의 팔꿈치 피팅(재료 목록의 부품 번호)이 사용되며, 짧은 길이의 D = 6.4mm 튜브로 연결됩니다. 각 팔꿈치 피팅 접근법(L e/D)의 동등한 마찰 길이(Le/D)~ 30 -40 에서 높은 Re (도 3c). 이는 일반적으로 보고된 값 30과 유사합니다. 실제 마찰 저항은 피팅 형상에 국한되며 보고된 Le/D 값은 지침으로만 간주되어야 합니다.

Figure 1
그림 1: . 유체의 고정 된 체체에서 유압 변이의 회로도. b. 오픈 탑 기마계로 측정된 튜브의 직선 길이를 따라 압력 변경. c. 코일 튜브의 회로도, 내부 vortices는 단면 보기에 표시.

Figure 2
도 2: (a)회로도 및(b)압력 낙하 측정 시설의 사진. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 마찰 계수 및 동등한 길이 측정 및 모델 예측 :직선 튜브, b. Coiled 튜브, c.팔꿈치 피팅.

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Applications and Summary

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요약

이 실험에서는 내부 흐름 네트워크에서 압력 강하 마찰 계수와 동일한 길이를 측정하는 방법을 보여 줍니다. 모델링 방법은 직선 튜브, 코일 튜브 및 파이프 피팅을 포함한 일반적인 흐름 구성에 대해 제공됩니다. 이러한 실험 및 분석 기술은 유체 흐름 시스템 설계를 위한 핵심 엔지니어링 도구입니다.

응용 프로그램

내부 유량 망은 발전 플랜트, 화학 처리, 열교환기 내부의 흐름 분배, 유기체의 혈액 순환 등 다양한 응용 분야에서 발생합니다. 모든 경우에 압력 손실 및 펌핑 요구 사항을 예측하고 모델링할 수 있어야 합니다. 이러한 흐름 시스템은 피팅 또는 접합부로 연결된 직선 및 곡선 채널의 섹션으로 분해될 수 있습니다. 이러한 구성 요소에 마찰 계수 및 사소한 손실 모델을 적용하여 전체 네트워크 설명을 공식화할 수 있습니다.

재료 목록

이름 회사 카탈로그 번호 코멘트
설비
잠수정 워터 펌프 유니라이프 B018726M9K
덮여 플라스틱 용기 이 연구에 사용되는 물 저수지, 플라스틱 식품 용기.
물 흐름 계측기 UX셀 LZM-15 로타미터, 0.5 4.0 l 분-1
경질 클리어 PVC 튜브 맥매스터 53945K13 테스트 섹션 및 기마계, 1/4"ID, 3/8" OD
유연한 소프트 PVC 튜빙 맥매스터 5233K63

5233K56

튜브 연결 및 코일 테스트 섹션용
플라스틱 튜브 피팅 티 맥매스터 5016K744 테스트 섹션 입구 및 콘센트 연결/기마계용
플라스틱 튜브 피팅 팔꿈치 맥매스터 5016K133 팔꿈치가 있는 테스트 섹션의 경우

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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

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