Apa kekasaran relatif dan mutlak?

Kekasaran relatif dan kekasaran mutlak Ini adalah dua istilah yang digunakan untuk menggambarkan set penyelewengan yang ada di dalam paip komersial yang mengangkut cecair. Kekasaran mutlak adalah nilai purata atau purata penyelewengan ini, diterjemahkan ke dalam variasi purata jejari dalaman saluran paip.

Kekasaran mutlak dianggap sebagai harta bahan yang digunakan dan biasanya diukur dalam meter, inci atau kaki. Sebaliknya, kekasaran relatif adalah nisbah antara kekasaran mutlak dan diameter paip, oleh itu jumlah yang tidak tidak dimakan.

Rajah 1. Paip tembaga. Sumber: Pixabay.

Kekasaran relatif penting memandangkan fakta bahawa kekasaran mutlak yang sama mempunyai kesan yang lebih ketara pada paip nipis daripada yang besar.

Jelas kekasaran paip bekerjasama dengan geseran, yang seterusnya mengurangkan kelajuan yang cecair bergerak di dalamnya. Dalam paip yang sangat panjang, cecair bahkan boleh berhenti bergerak.

Oleh itu, sangat penting untuk menilai geseran dalam analisis aliran, kerana untuk mengekalkan pergerakan adalah perlu untuk menerapkan tekanan oleh pam. Mengimbangi kerugian menjadikannya perlu untuk meningkatkan kuasa pam, yang mempengaruhi kos.

Sumber kehilangan tekanan lain adalah kelikatan bendalir, diameter tiub, panjangnya, penyempitan yang mungkin dan kehadiran injap, kunci dan siku.

[TOC]

Asal Rugosity

Bahagian dalam paip tidak pernah lancar dan lembut pada tahap mikroskopik. Dinding mempunyai penyelewengan di permukaan yang bergantung pada bahan yang dibuatnya.

Rajah 2. Kasar di dalam paip. Sumber: Diri Diri.

Selain itu, selepas berkhidmat, kekasaran meningkat disebabkan oleh peningkatan dan kakisan yang disebabkan oleh tindak balas kimia antara bahan paip dan cecair. Peningkatan ini boleh berkisar antara 5 dan 10 kali nilai kekasaran kilang.

Boleh melayani anda: panas terpendam

Paip komersial menunjukkan nilai kekasaran dalam meter atau kaki, walaupun jelasnya mereka akan sah untuk paip baru dan bersih, kerana sebaik sahaja masa berlalu, kekasaran akan mengubah nilai kilangnya.

Nilai kekasaran untuk beberapa bahan komersial

Berikut adalah nilai kekasaran mutlak yang biasa diterima untuk paip komersial:

- Tembaga, Tembaga dan Lead: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 kaki).

- Tanpa besi salutan: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 kaki).

- Besi palsu: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 kaki).

- Keluli rivet: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 kaki).

- Keluli komersial atau keluli dikimpal: 4.6 x 10 ^-5 m (1.5 x 10 ^-4 kaki).

- Besi tuang ditutup dengan asfalt: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 kaki).

- Plastik dan kaca: 0.0 m (0.0 kaki).

Kekasaran relatif dapat dinilai dengan mengetahui diameter paip yang dibuat dengan bahan yang dipersoalkan. Sekiranya ia menandakan kekasaran mutlak sebagai dan dan diameter sebagai D, Kekasaran relatif dinyatakan sebagai:

dan_r = E /D

Persamaan sebelumnya adalah paip silinder, tetapi jika tidak, magnitud yang dipanggil boleh digunakan Radio hidraulik, di mana diameter digantikan dengan empat kali ganda nilai ini.

Penentuan kekasaran mutlak

Untuk mencari kekasaran paip, pelbagai model empirikal telah dicadangkan yang mengambil kira faktor geometri seperti bentuk penyelewengan di dinding dan pengedaran mereka.

Menjelang tahun 1933 jurutera Jerman j. Nikuradse, pelajar Ludwig Prandtl, paip yang dilindungi dengan bijirin pasir yang berbeza, yang diameter yang diketahui adalah kekasaran mutlak dan. Nikuradse mengendalikan paip yang mana nilai -nilai e/d Mereka berkisar dari 0.000985 dan 0.0333,

Dalam eksperimen yang dikawal dengan baik ini, kekasaran diedarkan secara merata, yang tidak berlaku dalam amalan. Namun nilai -nilai ini dan Mereka masih merupakan pendekatan yang baik untuk menganggarkan bagaimana kerugian geseran akan mempengaruhi.

Boleh melayani anda: Fizik Negeri Pepejal: sifat, struktur, contoh

Kekasaran yang ditunjukkan oleh pengeluar paip sebenarnya bersamaan dengan yang dibuat secara buatan, seperti yang dilakukan oleh Nikuradse dan penguji lain. Atas sebab ini kadang -kadang dikenali sebagai Pasir yang setara (pasir yang setara).

Aliran laminar dan aliran bergolak

Kekasaran paip adalah faktor yang sangat penting untuk dipertimbangkan mengikut rejim pergerakan yang cecair mempunyai. Cecair di mana kelikatan adalah relevan boleh bergerak dalam rejim laminar atau bergolak.

Dalam aliran laminar, di mana bendalir bergerak dengan kemas dalam lapisan, penyelewengan di permukaan paip mempunyai berat kurang dan itulah sebabnya mereka tidak biasanya diambil kira. Dalam kes ini ia adalah kelikatan cecair yang menghasilkan ketegangan pemotongan antara lapisan yang menyebabkan kerugian tenaga.

Contoh aliran laminar adalah jet air yang keluar dari paip pada kelajuan rendah, asap yang mula tumbuh dari tongkat pada kemenyan yang menyala atau permulaan jet dakwat yang disuntik ke dalam arus air, seperti yang ditentukan pada tahun 1883.

Sebaliknya, aliran bergolak kurang teratur dan lebih kacau. Ia adalah aliran di mana pergerakan itu tidak teratur dan tidak dapat diramalkan. Contohnya ialah asap tongkat kemenyan ketika berhenti bergerak dengan lembut dan mula membentuk satu siri skrol tidak teratur yang disebut pergolakan.

Parameter berangka dimensi yang dipanggil Reynolds N Nombor_R Menunjukkan sama ada cecair mempunyai satu atau rejim lain, mengikut kriteria berikut:

Tanpa_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 alirannya bergolak. Untuk nilai pertengahan rejim dianggap peralihan dan pergerakan tidak stabil.

Boleh melayani anda: entalpi reaksi: definisi, termokimia, latihan

Faktor geseran

Faktor ini membolehkan untuk mencari kehilangan tenaga geseran dan hanya bergantung kepada bilangan Reynolds untuk aliran laminar, tetapi dalam aliran bergelora, kekasaran relatif hadir.

Yeah F Ini adalah faktor geseran, terdapat persamaan empirikal untuk mencarinya, yang dipanggil Persamaan Colleebrook. Ia bergantung pada kekasaran relatif dan nombor Reynolds, tetapi resolusinya tidak mudah, kerana F Ia tidak diberikan secara eksplisit:

Itulah sebabnya lengkung seperti gambarajah moody telah dibuat, yang memudahkan nilai faktor geseran untuk nombor Reynolds dan kekasaran relatif diberikan. Secara empirik mereka telah memperoleh persamaan yang ada F Secara eksplisit, yang cukup dekat dengan persamaan Colebrook.

Penuaan paip

Terdapat formula empirikal untuk menilai peningkatan kekasaran mutlak yang dihasilkan oleh penggunaan, mengetahui nilai kekasaran mutlak kilang dan_{Sama ada}:

e = e_{Sama ada} + αt

Di mana dan Itu adalah kekasaran selepas t tahun berlalu dan α adalah pekali dengan unit m/tahun, inci/tahun atau kaki/tahun Peningkatan tahunan dalam kekerasan.

Pada asalnya ia disimpulkan untuk paip besi tuang tetapi berfungsi dengan baik dengan jenis paip lain yang diperbuat daripada logam yang tidak bersalut. Di dalam pH ini cecair adalah penting dari segi ketahanannya, kerana perairan alkali sangat mengurangkan aliran.

Sebaliknya.

Rujukan

1. Belyadi, Hoss. Pemilihan dan reka bentuk kimia hidraulik fraktur. Pulih dari: Scientedirect.com.
2. Cimbala, c. 2006. Mekanik cecair, asas dan aplikasi. Mc. Graw Hill. 335-342.
3. Franzini, j. 1999. Mekanik cecair dengan aplikasi berada dalam kejuruteraan. Mc. Graw Hill.176-177.
4. Mott, r.  2006. Mekanik cecair. Ke -4. Edisi. Pendidikan Pearson. 240-242.
5. Ratnayaka, d. Hidraulik. Pulih dari: Scientedirect.com.