Relativ ruhed og absolut ruhed er to udtryk, der bruges til at beskrive det sæt af eksisterende uregelmæssigheder inde i de kommercielle rør, der transporterer væsker. Den absolutte ruhed er middelværdien eller gennemsnitsværdien af disse uregelmæssigheder, oversat til den gennemsnitlige variation af rørets indre radius.
Absolut ruhed betragtes som en egenskab ved det anvendte materiale og måles normalt i meter, tommer eller fødder. For sin del er den relative ruhed kvotienten mellem den absolutte ruhed og rørets diameter og er derfor en dimensionsløs størrelse.
Relativ ruhed er vigtig, da den samme absolutte ruhed har en mere markant effekt på tynde rør end på store rør..
Rørets ruhed samarbejder åbenbart med friktion, hvilket igen reducerer den hastighed, hvormed væsken bevæger sig inde i dem. I meget lange rør kan væsken endda stoppe med at bevæge sig.
Derfor er det meget vigtigt at evaluere friktionen i flowanalysen, da det for at opretholde bevægelsen er nødvendigt at anvende tryk ved hjælp af pumper. Kompensation for tab gør det nødvendigt at øge pumpenes effekt, hvilket påvirker omkostningerne.
Andre kilder til tryktab er væskens viskositet, rørets diameter, dens længde, mulige indsnævringer og tilstedeværelsen af ventiler, vandhaner og albuer..
Artikelindeks
Indersiden af røret er aldrig helt glat og glat på mikroskopisk niveau. Vægge har overflad uregelmæssigheder, der er meget afhængige af det materiale, de er lavet af.
Efter at have været i drift øges desuden ruhed på grund af skala og korrosion forårsaget af kemiske reaktioner mellem rørmaterialet og væsken. Denne stigning kan variere mellem 5 og 10 gange værdien af fabriksruvheden.
Kommercielle rør angiver ruhedsværdien i meter eller fødder, selvom de selvfølgelig er gyldige for nye og rene rør, for så snart tiden går, vil ruheden ændre sin fabriksværdi.
Nedenfor er de almindeligt accepterede absolut ruhedsværdier for kommercielle rør:
- Kobber, messing og bly: 1,5 x 10 -6 m (5 x 10 -6 fødder).
- Ubestrøget støbejern: 2,4 x 10 -4 m (8 x 10 -4 fødder).
- Smedejern: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 fødder).
- Nittet stål: 1,8 x 10 -3 m (6 x 10 -3 fødder).
- Kommercielt stål eller svejset stål: 4,6 x 10 -5 m (1,5 x 10 -4 fødder).
- Asfaltforet støbejern: 1,2 x 10 -4 m (4 x 10 -4 fødder).
- Plast og glas: 0,0 m (0,0 ft).
Den relative ruhed kan vurderes, idet man ved diameteren af røret, der er fremstillet med det pågældende materiale. Hvis du betegner absolut ruhed som og og diameteren som D, den relative ruhed udtrykkes som:
ogr = e / D.
Ovenstående ligning antager et cylindrisk rør, men hvis ikke, størrelsen kaldes hydraulisk radius, hvor diameteren erstattes med fire gange denne værdi.
For at finde rørets ruhed er der blevet foreslået forskellige empiriske modeller, der tager højde for geometriske faktorer såsom formen på uregelmæssighederne i væggene og deres fordeling..
Omkring 1933 dækkede den tyske ingeniør J. Nikuradse, en studerende af Ludwig Prandtl, rør med sandkorn af forskellige størrelser, hvis kendte diameter er netop den absolutte ruhed. og. Nikuradse håndterede rørledninger, for hvilke værdierne af e / D varierede fra 0,000985 til 0,0333,
I disse velkontrollerede eksperimenter blev ruhederne fordelt ensartet, hvilket ikke er tilfældet i praksis. Men disse værdier af og er stadig en god tilnærmelse til at estimere, hvordan ruhed vil påvirke friktionstab.
Den ruhed, der er angivet af producenten af et rør, svarer faktisk til det, der er skabt kunstigt, ligesom Nikuradse og andre eksperimenter gjorde. Af denne grund er det undertiden kendt som tilsvarende sand (ækvivalent sand).
Rørets ruhed er en meget vigtig faktor at overveje afhængigt af væskens bevægelseshastighed. Væskerne, hvor viskositeten er relevant, kan bevæge sig i et laminært eller turbulent regime.
I laminær strømning, hvor væsken bevæger sig ordentligt i lag, har uregelmæssighederne i rørets overflade mindre vægt og derfor tages der normalt ikke hensyn til dem. I dette tilfælde er det viskositeten af væsken, der skaber forskydningsspændinger mellem lagene, der forårsager energitab..
Eksempler på laminær strømning er en vandstrøm, der kommer ud af vandhanen ved lav hastighed, røg, der begynder at strømme fra en tændt røgelsespind, eller begyndelsen på en blækstråle, der injiceres i en vandstrøm, som bestemt af Osborne Reynolds i 1883.
I modsætning hertil er den turbulente strøm mindre ordnet og mere kaotisk. Det er en strøm, hvor bevægelsen er uregelmæssig og ikke særlig forudsigelig. Et eksempel er røg fra røgelsespinden, når den holder op med at bevæge sig jævnt og begynder at danne en række uregelmæssige vinkler kaldet turbulens..
Den dimensionsløse numeriske parameter kaldet Reynolds nummer NR angiver, om væsken har et eller andet regime, i henhold til følgende kriterier:
UdenR < 2000 el flujo es laminar; Si NR > 4000 flow er turbulent. For mellemværdier betragtes regimet som en overgangsperiode, og bevægelsen er ustabil.
Denne faktor gør det muligt at finde energitabet på grund af friktion og afhænger kun af Reynolds-tallet for en laminær strømning, men i turbulent strømning er den relative ruhed til stede..
Ja F er friktionsfaktoren, er der en empirisk ligning til at finde den, kaldet Colebrook ligningen. Det afhænger af den relative ruhed og Reynolds-tallet, men dets opløsning er ikke let, da F er ikke udtrykkeligt angivet:
Derfor er der oprettet kurver som Moody-diagrammet, som gør det let at finde friktionsfaktorens værdi for et givet Reynolds-tal og relativ ruhed. Empirisk er der opnået ligninger, der har F eksplicit, som er ret tæt på Colebrook ligningen.
Der er en empirisk formel til at evaluere stigningen i absolut ruhed, der opstår på grund af brug, idet man kender værdien af fabrikken absolut ruhed ogeller:
e = eeller + at
Hvor og er ruheden efter t forløbne år og α er en koefficient med enheder kaldet m / år, tommer / år eller fod / år hastighed af årlig stigning i ruhed.
Oprindeligt trukket for støbejernsrør, men fungerer godt sammen med andre typer rør fremstillet af ubelagt metal. I disse er væskens pH vigtig med hensyn til dens holdbarhed, da alkalisk vand i høj grad reducerer strømmen..
På den anden side oplever belagte rør eller plast, cement og glat beton ikke mærkbare stigninger i ruhed over tid..
Endnu ingen kommentarer