حرکت سیالات در لوله و محاسبات لوله کشی

حرکت سیالات در لوله و محاسبات لوله کشی

فهرست:

• مقدمه
• انواع حرکت سیالات در لوله ها
• محاسبه افت فشار
• تعیین ضریب اصطکاک
• تاثیر زمان در ضریب اصطکاک
• افت های فشار موضعی یا جزئی
• معادلات تجربی برای جریان آب
• اتصال لوله ها با حالات سری و متوالی
• و …

مقدمه

حرکت در لوله ها یکی از مهمترین مباحث سیالات است و در بسیاری موارد نظیر لوله کشی آب و فاضلاب، حرکت روغن در مدارهای روغن کاری، انتقال نفت و گاز، مطالعه این نوع حرکت ضروری است. مسائلی که در این فصل بررسی میشود مربوط به حالتی است که تمام لوله ها از مایع پر می باشد و در حالتی که فقط در قسمتی از لوله مایع جریان دارد، مربوط به حرکت مایعات در کانالها میباشد.

انواع حرکت سیالات در لوله ها

همانطوری که گفته شد، حرکت سیالات در لوله ها به دو صورت آرام و متلاطم می باشد. با استفاده از عدد رینولدز می توان شرایط جریان آرام و مغشوش یا متلاطم را در لوله ها مشخص کرد. عدد رینولدز عبارت است نسبت نیروی اینرسی به ویسکوزیته که بی بعد است.

محاسبه افت فشار

برای محاسبه افت انرژی در لوله ها ناشی از اصطکاک می توان از رابطه دارسی – ویسباخ استفاده کرد. رابطه (1)

رابطه دارسی ویسباخ

که در اینجا f ضریب اصطکاک، L طول لوله، ۷ سرعت سیال در لوله، d قطر لوله و ما افت ناشی از اصطکاک می باشد. البته به طور کلی دو نوع افت در لوله ها مطرح است که یکی افت ناشی از اصطکاک میباشد که طبق رابطه دارسی – ویسباخ محاسبه می شود و دیگری افت موضعی یا جزیی می باشد که ناشی از قرار گرفتن هر نوع مانع در مسیر یک لوله صاف و مستقیم می باشد که بطور مجزا بحث می شود.

ضریب ۴ در فرمول فوق بدون بعد می باشد. براساس رابطه فوق افت فشار یا انرژی با طول لوله و سرعت نسبت مستقیم و با قطر لوله نسبت عکس دارد یعنی اگر طول لوله افزایش یابد افت ناشی از اصطکاک افزایش می یابد یا اگر سرعت سیال در لوله افزایش یابد افت فشار هم افزایش می یابد ولی با افزایش قطر لوله افت فشار کاهش می یابد. هر چه سطوح داخلی لوله زبرتر باشد (f بیشتر باشد) افت فشار بیشتر خواهد بود.

اگر به جای ۷ در رابطه (۱) معادل آن یعنی Q/A جایگزین نماییم، رابطه (۲) حاصل خواهد شد:

مهمترین مسئله در مورد لوله ها، تعیین ضریب اصطکاک مربوط به آنها می باشد. ضریب اصطکاک در حالت کلی تابع عدد رینولدز و زبری سطح داخلی لوله است. علاوه بر این عامل زمان نیز در این ضریب مؤثر است.

تعیین ضریب اصطکاک

بسته به نوع جریان ضریب اصطکاک تعیین می شود:

الف – جریان آرام (Laminar Flow): ضریب اصطکاک در جریان آرام برای تمام لوله ها و تمام سیالات از رابطه زیر بدست می آید:

f= 64/Re

از این رابطه نتیجه می گیریم که در جریان آرام زبری لوله در ضریب اصطکاک و در نتیجه میزان افت مؤثر نمی باشد.

ب – جریان متلاطم یا آشفته یا مغشوش (turbulant Flow): افت ناشی از اصطکاک در حالت جریان متلاطم در لوله های صاف را می توان تماما به کمک عدد رینولدز محاسبه نمود ولی در لوله های زیر ضریب اصطکاک علاوه بر عدد رینولدز

افت های فشار موضعی یا جزئی

همانطوری که گفته شد افت موضعی ناشی از قرار گرفتن هر نوع مانع در مسیر یک لوله صاف و مستقیم می باشد. به عبارتی در اثر مقاومت های هیدرولیکی موجود در مسیر جریان مثل نقاط تغییر مقطع مسیر و یا تغییر جهت آن بوجود می آید. هنگامی سیال از چنین نقاطی عبور می کند، سرعت آن تغییر کرده و ممکن است پدیده گردش بوجود آید. برای محاسبه افت در یک لوله ابتدا بایستی نوع جریان را تعیین کرد و برای این کار از اعداد رینولدز استفاده می شود. (افت کلی برابر مجموع افت ناشی از اصطکاک و افت موضعی است). افت های موضعی در جریان آرام معمولا دارای اهمیت چندانی نبوده و میزان آنها در مقایسه با افت اصطکاک ناچیز است و به همین دلیل اینگونه ها افت در جریان آرام کمتر مطالعه شده اند ولی در جریان متلاطم انتهای موضعی می گردد. فرمول های عمومی افت موضعی عبارتند از:

افت فشار موضعی

در اینجا V سرعت متوسط جریان در لوله، Q میزان جریان، في قطر لوله و K ضریب افت می باشد.

حال ضریب افت مزبور را در مورد پدیده های موضعی حساب می کنیم که K برای هر مانع متفاوت می باشد. مهمترین عوامل ایجاد افت موضعی در لوله ها عبارتند از:

الف -گشاد شدن ناگهانی و یا تدریجی قطر لوله

ب – تنگ شدن ناگهانی یا تدریجی لوله

ج – افت در زانویی یا خم

د- افت در سه راهی

ھ – افت در شیرهای پروانه ای

ن – افت در شیرهای کشویی

و- افت در خروجی از مخزن و غیره

بطور کلی در جریان مغشوش، ضریب افت موضعی، تابع شکل هندسی محل بوده و اندازه آن برای اعداد رینولدز مختلف یکسان است و تقریبا می توان آن را مستقل از عدد رینولدز در نظر گرفت. ضریب افت موضعی در اکثر موارد از طریق فرمول های تجربی بدست می آید. مثلا در خروجی از مخزن ۰.۵ = K و در خروج از یک لوله با ورود به مخزن 1 = K باشد. بطور کلی افتهای موضعی در جریان مغشوش را می توان به شرح جدول ۱ خلاصه نمود.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ تعادل اجسام مستغرق و شناوری

⇐ تعادل نسبی (حرکت و دوران ظروف مایعات)

⇐ تعاریف و خواص عمومی سیالات