Relativní drsnost a absolutní drsnost jsou dva výrazy, které se používají k popisu souboru existujících nesrovnalostí uvnitř komerčních potrubí, která přepravují tekutiny. Absolutní drsnost je střední nebo průměrná hodnota těchto nepravidelností, převedená do střední odchylky vnitřního poloměru trubky.
Absolutní drsnost se považuje za vlastnost použitého materiálu a obvykle se měří v metrech, palcích nebo stopách. Pro svou část je relativní drsnost kvocient mezi absolutní drsností a průměrem trubky, což je tedy bezrozměrná veličina.
Relativní drsnost je důležitá, protože stejná absolutní drsnost má výraznější účinek na tenké trubky než na velké trubky..
Drsnost trubek zjevně spolupracuje s třením, což zase snižuje rychlost, s jakou se kapalina pohybuje uvnitř nich. Ve velmi dlouhých potrubích se kapalina může dokonce přestat pohybovat.
Proto je velmi důležité vyhodnotit tření v analýze průtoku, protože k udržení pohybu je nutné vyvíjet tlak pomocí čerpadel. Při kompenzaci ztrát je nutné zvýšit výkon čerpadel a ovlivnit tak náklady.
Dalšími zdroji tlakové ztráty jsou viskozita kapaliny, průměr trubky, její délka, možná zúžení a přítomnost ventilů, kohoutů a kolen..
Rejstřík článků
Vnitřek potrubí není nikdy úplně hladký a hladký na mikroskopické úrovni. Stěny mají povrchové nerovnosti, které velmi závisí na materiálu, z něhož jsou vyrobeny.
Kromě toho se po uvedení do provozu zvyšuje drsnost v důsledku usazování vodního kamene a koroze způsobené chemickými reakcemi mezi materiálem trubky a kapalinou. Toto zvýšení se může pohybovat v rozmezí 5 až 10násobku hodnoty drsnosti továrny.
Komerční trubky označují hodnotu drsnosti v metrech nebo stopách, i když samozřejmě budou platit pro nové a čisté trubky, protože jakmile čas projde, drsnost změní svou tovární hodnotu.
Níže jsou běžně přijímané absolutní hodnoty drsnosti pro komerční potrubí:
- Měď, mosaz a olovo: 1,5 x 10 -6 m (5 x 10 -6 chodidla).
- Nenatíraná litina: 2,4 x 10 -4 m (8 x 10 -4 chodidla).
- Tepané železo: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 chodidla).
- Nýtovaná ocel: 1,8 x 10 -3 m (6 x 10 -3 chodidla).
- Komerční ocel nebo svařovaná ocel: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 chodidla).
- Litina s asfaltovou vložkou: 1,2 x 10 -4 m (4 x 10 -4 chodidla).
- Plast a sklo: 0,0 m.
Relativní drsnost lze vyhodnotit s vědomím průměru trubky vyrobené s daným materiálem. Pokud označíte absolutní drsnost jako a a průměr jako D, relativní drsnost je vyjádřena jako:
ar = e / D
Výše uvedená rovnice předpokládá válcovou trubku, ale pokud ne, volaná velikost hydraulický poloměr, kde je průměr nahrazen čtyřnásobkem této hodnoty.
Pro zjištění drsnosti trubek byly navrženy různé empirické modely, které zohledňují geometrické faktory, jako je tvar nepravidelností ve stěnách a jejich rozdělení..
Kolem roku 1933 německý inženýr J. Nikuradse, student Ludwiga Prandtla, zakryl trubky zrnky písku různých velikostí, jejichž známé průměry jsou přesně absolutní drsností a. Nikuradse zpracoval potrubí, pro která byly hodnoty e / D se pohybovala od 0,000985 do 0,0333,
V těchto dobře kontrolovaných experimentech byly drsnosti rovnoměrně rozloženy, což v praxi neplatí. Tyto hodnoty však a jsou stále dobrou aproximací pro odhad, jak drsnost ovlivní ztráty třením.
Drsnost označená výrobcem trubky je ve skutečnosti ekvivalentní drsnosti vytvořené uměle, stejně jako to udělal Nikuradse a další experimentátoři. Z tohoto důvodu se někdy označuje jako ekvivalentní písek (ekvivalent písku).
Drsnost trubky je velmi důležitým faktorem, který je třeba vzít v úvahu v závislosti na rychlosti pohybu kapaliny. Tekutiny, pro které je relevantní viskozita, se mohou pohybovat v laminárním nebo turbulentním režimu.
V laminárním proudění, při kterém se tekutina pohybuje rovnoměrně ve vrstvách, mají nepravidelnosti na povrchu trubky menší váhu, a proto se na ně obvykle nebere ohled. V tomto případě je to viskozita kapaliny, která vytváří smykové napětí mezi vrstvami a způsobuje energetické ztráty..
Příkladem laminárního proudění je proud vody vycházející z faucetu při nízké rychlosti, kouř začínající tryskat ze zapálené vonné tyčinky nebo začátek inkoustového paprsku vstřikovaného do proudu vody, jak určil Osborne Reynolds v roce 1883.
Naproti tomu turbulentní proudění je méně uspořádané a chaotičtější. Je to tok, ve kterém je pohyb nepravidelný a málo předvídatelný. Příkladem je kouř z vonné tyčinky, když se přestane hladce pohybovat a začne vytvářet sérii nepravidelných chuchvalců zvaných turbulence..
Bezrozměrný numerický parametr zvaný Reynoldsovo číslo NR označuje, zda má tekutina jeden nebo jiný režim, podle následujících kritérií:
BezR < 2000 el flujo es laminar; Si NR > 4000 průtok je turbulentní. U přechodných hodnot je režim považován za přechodný a pohyb je nestabilní.
Tento faktor umožňuje najít ztrátu energie v důsledku tření a závisí pouze na Reynoldsově čísle pro laminární proudění, ale v turbulentním proudění je přítomna relativní drsnost..
Ano F je třecí faktor, existuje empirická rovnice pro jeho nalezení, nazývaná Colebrookova rovnice. Závisí to na relativní drsnosti a Reynoldsově čísle, ale jeho rozlišení není snadné F není výslovně uveden:
Proto byly vytvořeny křivky, jako je Moodyho diagram, které usnadňují nalezení hodnoty součinitele tření pro dané Reynoldsovo číslo a relativní drsnost. Empiricky byly získány rovnice, které ano F výslovně, které jsou docela blízké Colebrookově rovnici.
Existuje empirický vzorec pro vyhodnocení zvýšení absolutní drsnosti, ke kterému dochází v důsledku použití, s vědomím hodnoty absolutní drsnosti továrny anebo:
e = enebo + αt
Kde a je drsnost po t uplynulé roky a α je koeficient s jednotkami m / rok, palce / rok nebo stopa / rok rychlost meziročního nárůstu drsnosti.
Původně odečteno pro litinové trubky, ale funguje dobře s jinými typy trubek vyrobených z nepokoveného kovu. V těchto případech je pH kapaliny důležité z hlediska její trvanlivosti, protože alkalické vody výrazně snižují průtok..
Na druhé straně potažené trubky nebo plast, cement a hladký beton nezaznamenávají v průběhu času výrazné zvýšení drsnosti..
Zatím žádné komentáře