حرکت مایعات از دریچه ها، سرریزها فاضلاب

حرکت مایعات از دریچه ها، سرریزها فاضلاب

دریچه ها (Orifices)

دریچه ها از نظر شکل هندسی، فرم لبه ها و مسائل مشابه آنها، متنوع می باشند. ذیلا دریچه های مختلف شرح داده خواهد شد.

دریچه دایره ای لب تیز (sharp – edged orifice)

دریچه دایره ای لب تیز، دریچه هایی هستند که تماس مایع با دریچه تقریبا محدود به یک خط نازک می باشد. در این نوع دریچه ها مایع پس از عبور از لبه دریچه، بتدریج همگرا شده و به صورت لوله ای از مایع که قطر آن کمتر از قطر دریچه است، در می آید. علت این امر آن است که ذرات جدای مایع، که نزدیک دیواره داخلی دریچه قرار دارند دارای حرکتی از کناره ها به سمت دریچه اند که مؤلفه آن در خروج از دریچه نیز ادامه داشته و سبب تقارب مایع در خروج از دریچه می شود. این وضعیت تا مقطع ab که به نام مقطع متقارب موسوم است، ادامه داشته و تقارب تا این مقطع ادامه دارد. در این مقطع مسیر جریان ذرات با یکدیگر موازی بوده و فشار در آنجا برابر فشار اتمسفر محیط می باشد. فاصله مقطع متقارب تا لبه دریچه تقریبا معادل قطر دریچه است.

مشخصات دریچه

الف – ضریب سرعت (Coefficient velocity)

نسبت سرعت متوسط واقعی خروج مایع از دریچه به سرعت متوسط تئوریکی که بدون افت موضعی اتفاق می افتد را ضریب سرعت می نامند.

سرعت متوسط واقعی
__________________= C
سرعت متوسط تئوریکی

شكل 1. دریچه لبه تیز

و رابطه سرعت عبارتند از:

V_m=C_v √2gh     ,    V_m=C_vV

که در آن V_m سرعت متوسط واقعی، V سرعت متوسط تئوریکی (سرعت در مرکز دریچه) و C_v ضریب سرعت می باشد.

ب – ضریب تقارب (Coefficient of contraction)

ضریب تقارب عبارتست از نسبت سطح مقطع جریان در مقطع متقارب به سطح مقطع دریچه و با نمایش می دهند. این ضریب بعلت اینکه مقطع جریان در خروج از دریچه جمع شده و متقارب می شود، مطرح می باشد.

ضریب تقارب

که در آن Cc ضریب تقارب، Av و dv به ترتیب سطح مقطع و قطر جریان در مقطع متقارب و A0 و d0 سطح مقطع و قطر دریچه می باشد.

ج- ضریب شدت جریان (coefficient of discharge)

ضریب شدت جریان (C) عبارتست از نسبت شدت جریان واقعی خروجی از دریچه به شدت جریان تئوریکی. چون شدت جریان معادل حاصلضرب سرعت متوسط در مقطع جریان است داریم:

ضریب شدت جریان

که در آن Cd=Cc Cv ضریب شدت جریان نامیده می شود.

تعیین ضرایب دریچه

ضرایب دریچه در حالت کلی تابع شکل و ابعاد دریچه، ارتفاع H0 و نیز عدد رینولدز می باشد. بطور کلی مقادیر متوسط آنها در مورد دریچه های گرد لبه تیز، برای عبور مایعاتی نظیر آب، بنزین و نفت سفید عبارتند از: Cd=0.6، Cv=0.97، Cc=0.63 می باشند.

ضریب تقارب با افزایش قطر دریچه و افزایش ارتفاع مایع، کاهش می یابد. عموما در کارهای مهندسی ضریب Cd اندازه گیری می شود و Cv و Cc چندان اهمیتی ندارند. ضریب Cd به عواملی نظیر تیزی لبه دریچه، قطر دریچه، درجه حرارت، ویسکوزیته مایع، نوع جریان مایع و ارتفاع مایع بستگی دارد. که برای تعیین ضریب یاد شده جداول و نمودارهای وجود دارد که در صورت نیاز به مراجع، رجوع شود.

مثال 1: سرعت واقعی عبور مایع از دریچه ای به قطر ۵۰ میلی متر، ۸/۵۳ متر در ثانیه و ارتفاع سیال بالای دریچه ۴/۵۷۰ متر می باشد.

الف – ضریب سرعت را محاسبه کنید؟

ب – اگر دبی ۰/۰۱۱۴ متر مکعب در ثانیه باشد ضرایب شدت جریان و ضریب تقارب را محاسبه کنید؟

الف: سرعت واقعی

Vm = Cv√2gh ⇒ 8.53 = Cv √2×9.81×4.57 ⇒ Cv=0.901

ب: ضرایب شدت جریان و تقارب (محاسبات در فایل پیوستی)

مثال ۲: سرعت و شدت جریان آبی که از دریچه دایره ای لب تیز به قطر ۲ اینچ تحت ارتفاع ۹ فوت آب عبور می نماید را محاسبه کنید ( ۰/۵۹۵۵=c)

حل: در فایل پیوستی

دریچه های مربعی و مستطیلی لب تیز

بطور کلی فرمولهای که در مورد دریچه های دایره ای گفته شد، در دریچه های مربعی و مستطیلی شکل نیز کم و بیش صادق است ولی ضرایب مربوطه متفاوت می باشد. یکی از مسائل مهم در مورد این دریچه ها شیب دیواره آنهاست. در شکل (۲) دریچه ای به عرض و ارتفاع قائم و در سه حالت مختلف مشاهده می شود. اگر فاصله مرکز دریچه تا سطح آزاد مایع باشد، شدت جریان و ضریب و در هر یک از حالات به شرح زیر می باشد.

ادامه مطالب زیر را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

• دریچه های مستغرق
• خروج مایع از مخازن با ارتفاع متغیر
• درچه های در داخل لوله ها
• سرریزها
• سرریزهای مستطیل سراسری و کم عرض
• سرریزهای مثلثی + فرمول و مثال
• سرریزهای ذوزنقه ای + فرمول و مثال
• سرریز پهن + فرمول و مثال

حتما بخوانید:

⇐ تعادل اجسام مستغرق و شناوری

⇐ تعادل نسبی (حرکت و دوران ظروف مایعات)

⇐ تعاریف و خواص عمومی سیالات