مقاله کامل افت فشار در سیستم لوله کشی

دانشگاه مقدس اردبیلی
موضوع:
افت فشار در سیستم لوله کشی
استاد:
آقای غفوری صیاد امیر
تهیه وتنظیم:
میثم پناهی
پاییز 91
فهرست
هدف آزمايش : 3
تئوري آزمايش :‌ 3
1. افت انرژي طولي : 3
2. افت انرژي در اثر تغيير ناگهاني سطح مقطع لوله : 4
3.افت انرژي در زانوها و خمها : 6
4. افت انرژي در شيرها : 7
شرح دستگاه: 8
روش آزمایش: 11
نتایج و محاسبات: 12
منبع: 15
هدف آزمايش :
هدف از اين آزمايش تعيين افت انرژي ناشي از اجزاء يك سيستم لوله كشي (مانند زانوئي، شير فلکه و تغييرات ناگهاني سطح مقطع لوله) و تعیین رابطه اي بين افت انرژي و سرعت مي باشد. بررسي تغييرات ضريب اصطكاك با عدد رينولدز ، ضريب افت با انرژي جنبشي و تأثير شعاع انحناء يك خم در مقدار افت انرژي محلي آن از مسائلي است كه در اين آزمايش مورد نظر مي باشد.
تئوري آزمايش :‌
افت انرژي كلي در يك سيستم لوله كشي ناشي از دو عامل است. يك افت انرژي طولي كه در اثر مقاومت نيروي چسبندگي سيال بوجود مي آيد(افت انرژی اصطکاکی ) و ديگري افت انرژي در اثر عواملي از قبيل زانويي، شيرها يا تغييرات سطح مسير مي باشد.
1. افت انرژي طولي :
افت انرژي طولي در لوله اي مستقيم بطول L  و قطر ثابت d  از رابطه (1) بدست مي آيد. که در آن f  بدون بعداست.
مقدار f (ضريب اصطكاك) تابعي از عدد رينولدز جريان وزبري نسبي لوله ميباشد.در لوله هاي نسبتاً صاف و جرياني با عددرينولدز بين  تا  مقدارf را ميتوان ازرابطه زیر بدست
آورد.                                                                                                          
2. افت انرژي در اثر تغيير ناگهاني سطح مقطع لوله :
اگر سطح مقطع یک کانال ناگهان بزرگ شود ، خطوط جریان سیال از دیواره جدا شده و به صورت یک جت وارد بخش بزرگتر می شوند . سپس این جت منبسط شده و کل سطح مقطع مجرای بزرگتر را پر می کند. فضای بین جت منبسط شده و دیواره ی مجرا از سیالی پر می شود که حرکت گردابی دارد و مشخصه ی جدایش لایه ی مرزی است . در این حالت اصطکاک قابل ملاحظه ای در این فضا ایجاد می شود.
برای انبساط ناگهانی :
اگر افت انرژي در طول L از لوله برابر با  ∆hf باشد و از افت انرژي جنبشي در قسمت با قطر بزرگتر صرفنظر شود با نوشتن رابطه برنولي بين دو پيزومتر نشان داده شده در شکل (1) ميتوان افت جزئي را از رابطه زیر بدست آورد.
                                                      
در روابط فوق u سرعت جريان درقسمت باريك تر لوله و  اختلاف ارتفاع پيزومترهاي ورودي و خروج می باشد. كه در آن ضريب افت انبساط ناميده مي شود.
وقتی که سطح مقطع مجرا ناگهان کاهش یابد ، جریان سیال  نمی تواند گوشه های تیز را دنبال کند و در نتیجه تماس سیال با دیواره مجرا قطع می شود و در این حالت یک جت تشکیل می شود که به درون قسمت سیال ساکن در بخش کوچکتر جریان می یابد . این جت ابتدا منقبض شده و سپس منبسط می گردد و کل سطح مقطع کوچکتر را پر می کند و سرانجام در پایین دست جریان توزیع سرعت حالت معمولی خود را باز می یابد.
 L=215mm                             
جدول (1) تغييرات ضريب افت  براي انقباض ناگهاني را نشان مي دهد.
 برای انقباض ناگهانی kc جدول(1)مقادیر
 3.افت انرژي در زانوها و خمها :
 اگر در دو نقطه از مسير لوله ها كه بين آن ها زانوئي يا خم وجود داشته باشد دو پيزومتر نصب شود اختلاف ارتفاعي كه توسط دو پيزومتر مشخص ميشود مربوط به دو عامل است يكي افت انرژي طولي و ديگري افت جزئي در اثر زانويي. اگر افت انرژي طولي بين دو نقطه  و افت جزئي  و اختلاف ارتفاع پيزومترها  باشد رابطه (7) بين دو نقطه برقرار است.
 در عمل افت انرژي جزئي زانوئي را از رابطه (8) بدست ميآورند.
كه در آن ضريب افت و ثابت مي باشد.مقدار ضريب افت زانوئي يا خم به نسبت شعاع زانوئي (r) و به قطر لوله (d) بستگي دارد. جدول (2) تغييرات ضريب افت ) ( را بر حسب نسبت r/d نشان ميدهد.
 
 
                 در زانویی ها بر حسب  تغییرات (  جدول 2 )
 4. افت انرژي در شيرها :
اتصالات و شیرها، خطوط جریان معمولی را مختل کرده و سبب ایجاد اصطکاک می شوند. در یک خط لوله کوتاه با اتصالات زیاد ، افت اصطکاک ناشی از اتصالات ممکن است بیشتر از افت اصطکاک خود لوله باشد . افت انرژی جزئی در شیرها بستگی به نوع ساختمان آن دارد.
افت جزئی شیرها از رابطه زیر بدست می آید.
 سرعت متوسط در لوله ای است که به اتصال u  ختم می شود.
مقدار در شيرها ثابت نمي باشد بلكه به نوع شير و مقدار باز بودن آن بستگي دارد.جدول (3) مقادیر ضرايب افت  را براي بعضی از اتصالات مشخص مي كند.
 شرح دستگاه:
دستگاه مورد آزمايش از دو مدار هيدروليكي جداگانه يكي به رنگ آبي روشن و ديگري آبي تيره تشكيل شده است. در هر يك از مدارها تعدادي اتصالات قرارداده شده است. شكل (2) نشان دهنده تابلوئی است كه مدارات در روي آن نصب شده است.
 
جدول (4) مشخصات و ابعاد لوله ها در روي تابلو دستگاه
 
مدار آبي تيره روي تابلو شامل قسمتهاي زير است :
1- شير دريچه اي (gate valve)             
2- زانوئي 90 درجه استاندارد    
3- زانوئي 90 درجه راستگوشه (mitre)     
4- لوله مستقيم بطول 620 mm
مدار برنگ آبي روشن شامل قسمتهاي زير است :
5-شيركروي                                          
6-انبساط ناگهاني                                  
7- انقباض ناگهاني                        
8- خمهاي 90 درجه به شعاع 50 ، 100 و150 ميليمتر
در تمام اتصالات فوق (به جز دو نوع شير) افت فشار توسط يك جفت پيزومتر تحت فشار هوا اندازه گيري مي شود. ليكن تعيين افت فشار شيرها توسط مانومتر تفاضلي جيوه اي تعيين مي شود. يادآوري ميشود كه اگر مانومتر تفاضلي جيوه اي اختلاف ارتفاع  را نشان دهد براي تبديل آن بر حسب ستون آب مي بايست آنرا در عدد 55.13 ضرب نمود.
روش آزمایش:
قبل از شروع آزمايش مي بايست دستگاه را تنظيم نمود و سپس آزمايش را در دو مرحله انجام  داد. در مرحله اول شير كروي را بسته و شير دريچه اي را بطور كامل باز كنيد تا حداكثر جريان آب در مدار برنگ آبي تيره برقرار شود. حال توسط قرائت پيزومترها ميتوان افت انرژي كلي و سپس افت انرژي جزئي هر اتصال موجود در مدار فوق را تعيين نمود.
براي بررسي تغييرات افت انرژي نسبت به انرژي جنبشي آب جاري در لوله، به تدريج شير دريچه اي را ببنديد و هر بار سطوح آب در پيزومترها را يادداشت نمائيد. در طول مراحل فوق دماي متوسط آب را اندازه گيري نمائيد. بعد از انجام قدمهاي فوق شير دريچه را كاملاً بسته و مرحله دوم آزمايش را بصورت زير انجام دهيد.
در مرحله دوم آزمايش شير كروي را كاملاً باز كنيد سپس توسط  يادداشت نمودن پيزومترها و اندازه گيري دبي مي توان افت انرژي كلي و افت انرژي جزئي هر اتصال موجود در مدار آبی روشن را تعيين نمود.
براي بررسي تغييرات افت انرژي جزئي نسبت به انرژي جنبشي آب جاري در لوله بتدريج شير كروي را ببنديد و هر بار سطوح آب در پيزومترها را يادداشت نموده و دبي را اندازه گيري نمائيد اين عمل را حدوداً 10 بار تكرار نماييد.
در خاتمه آزمايش، دو شير را كاملاً بسته و شير خروجي پمپ را هم ببنديد و سپس پمپ را خاموش نمائيد توجه داشته باشيد كه قبل از خاموش كردن پمپ, بستن هر دو شير ضروري است.
 نتایج و محاسبات:
1. مقدار  log و log  را در سيستم واحدي cgs براي لوله مستقيم تعيين نمایید.اگر   متناسب با Qn  باشد مقدار n را از نمودار رسم شده بدست آوريد.
2. بكمك شكل (3) مقدار ضريب ويسكوزيته آب را در دماي متوسط آزمايش تعيين نمائيد حال با داشتن رابطه سرعت و افت انرژي طولي مقدار عدد رينولدز و ضريب اصطكاك را از رابطه (1) براي هر مرحله بدست آوريد و سپس جدول (7) را تكميل نمائيد.
3 . تغييرات ضريب اصطكاك بر حسب عدد رينولدز (دياگرام مودي) را رسم نمائيد.
4.افت انرژي جزئي انبساط و انقباض ناگهاني لوله را بر حسب انرژي جنبشي سيال جاري رسم نموده و بكمك اين دو نمودار مقدار ضريب افت  را براي هر كدام بدست آورید.
5. مقادير انرژي جنبشي ، افت انرژي طولي (∆hf) و افت هاي (∆h) زانوئي راستگوشه و استاندارد را بدست آورید‌. همچنين بكمك جدول داده هاو نمودارها رسم شده مقادير انرژي جنبشي افت انرژي طولي و افت هاي خمها را بدست آورید. حال بكمك
رابطه (7) افت جزئي هر قسمت را در هر مرحله محاسبه نمائيد.لازم به ذكراست كه فواصل پيزومترهاي ورودي وخروجي هر زانوئي ياخم620 ميليمتر مي باشد.لذا افت طول آن (h) برابر با افت طولي لوله مستقيم بطول 620 ميليمتر است.
6. تغييرات افت انرژي جزئي هر زانوئي را بر حسب انرژي جنبشي رسم نمائيد و سپس مقادير ضريب افت هر قسمت را بدست آ‎ورده و تغييرات ضريب افت هر قسمت را بر حسب نسبت r/d رسم نمائيد. مقاديراين نمودار تجربي را با جدول (2) مقايسه كنيد.
7. بكمك جدول داده ها  و رابطه (9) تغييرات ضريب افت ) (  را بر حسب نسبت سرعت به سرعت حداكثر V / Vmax  رسم نمائيد.
 8.  منحني  log بر حسب  log را با منحني لوله غير زبر   مقايسه كنيد؟
9. آيا افت انرژي در انبساط ناگهاني هميشه از افت انرژي در انقباض ناگهاني بزرگتر است؟
10. از منحني تغييرات بر حسب  براي زانوها چه نتيجه ای مي گيريد؟
11.طول معادل زانو ها و خم ها را بدست آورید.
12. هر يك از شيرهاي زير چه خصوصياتي دارند و در عمل از هر كدام در چه مواردي استفاده مي شود ؟
الف) شير ساچمه اي
ب) شير پروانه اي
ج) شير دروازده اي
د) شير كروي

فایل : 13 صفحه

فرمت : Word