ШТА ЈЕ РЕЛАТИВНА И АПСОЛУТНА ХРАПАВОСТ? - ФИЗИЧКИ - 2025

Релативна храпавост и апсолутна храпавост два су термина која се користе да опишу скуп неправилности које постоје унутар комерцијалних цеви које преносе течност. Апсолутна храпавост је средња или просечна вредност ових неправилности, претворена у средњу варијацију унутрашњег радијуса цеви.

Апсолутна храпавост сматра се својством коришћеног материјала и обично се мери у метрима, инчима или ногама. Са своје стране, релативна храпавост је квоцијент између апсолутне храпавости и пречника цеви, дакле, бездимензионална количина.

Слика 1. Бакрене цеви. Извор: Пикабаи.

Релативна храпавост је важна јер иста апсолутна храпавост има израженији утицај на танке цеви него на велике.

Очигледно храпавост цеви сарађује са трењем, што заузврат смањује брзину којом се течност креће унутар њих. У веома дугим цевима, течност може чак престати да се креће.

Због тога је веома важно проценити трење у анализи протока, јер је за одржавање покрета потребно извршити притисак помоћу пумпи. Надокнађивање губитака захтева да се повећа снага пумпи, утичући на трошкове.

Остали извори губитка притиска су вискозитет течности, пречник цеви, његова дужина, могућа сужења и присуство вентила, славина и лактова.

Поријекло храпавости

Унутрашњост цеви никада није потпуно глатка и глатка на микроскопском нивоу. Зидови имају неправилности на површини које у великој мери зависе од материјала од којег су израђени.

Слика 2. Грубост унутар цеви. Извор: селф маде.

Даље, након употребе, храпавост се повећава због размера и корозије узрокованих хемијским реакцијама између материјала цеви и течности. Ово повећање може бити између 5 и 10 пута веће од вредности фабричке храпавости.

Комерцијалне цеви означавају вредност храпавости у метрима или ногама, мада ће очигледно да ће важити за нове и чисте цеви, јер чим прође време, храпавост ће променити фабричку вредност.

Вриједности храпавости неких материјала за комерцијалну употребу

Испод су општеприхваћене вредности апсолутне храпавости за комерцијалне цеви:

- Бакар, месинг и олово: 1,5 к 10 ^-6 м (5 к 10 ^-6 фт).

- ливено гвожђе без премаза: 2,4 к 10 ^-4 м (8 к 10 ^-4 фт).

- Ковано гвожђе: 4,6 к 10 ^-5 м (1,5 к 10 ^-4 фт).

- Заковани челик: 1,8 к 10 ^-3 м (6 к 10 ^-3 фт).

- Комерцијални челик или заварени челик: 4,6 к 10 ^-5 м (1,5 к 10 ^-4 фт).

- ливено гвожђе са подлогом од асфалта: 1,2 к 10 ^-4 м (4 к 10 ^-4 фт).

- Пластика и стакло: 0,0 м (0,0 фт).

Релативна храпавост може се проценити знајући пречник цеви начињене од предметног материјала. Ако означите апсолутну храпавост као е, а пречник као Д, релативна храпавост се изражава као:

Горња једнаџба претпоставља цилиндричну цев, али ако не, може се користити величина која се назива хидраулички радијус, у којој је пречник замењен четири пута већом од ове вредности.

Одређивање апсолутне храпавости

Да би се пронашла храпавост цеви, предложени су различити емпиријски модели који узимају у обзир геометријске факторе као што су облик неправилности у зидовима и њихова дистрибуција.

Око 1933. године, немачки инжењер Ј. Никурадсе, студент Лудвига Прандтла, обложио је цеви песком различитих величина, чији су познати пречници тачно апсолутна храпавост е. Никурадсе цеви за које се раде е / Д у распону од 0,000985 до 0,0333,

У тим добро контролисаним експериментима, храпавости су биле равномерно распоређене, што у пракси није случај. Међутим, ове вредности е су још увек добра апроксимација за процену како ће храпавост утицати на губитке трења.

Грубост коју је назначио произвођач цеви је у ствари једнака оној која је створена на вештачки начин, као што су то радили Никурадсе и други експерименти. Из тог разлога је понекад познат као еквивалентни песак.

Ламинарни ток и турбулентан проток

Храпавост цеви је врло важан фактор који треба узети у обзир у зависности од брзине кретања течности. Течности у којима је вискозност релевантна могу се кретати у ламинарном или турбулентном режиму.

Код ламинарног протока, у коме се течност креће уредно у слојевима, неправилности на површини цеви имају мању тежину и зато се обично не узимају у обзир. У овом случају вискозитет течности ствара смична напрезања између слојева узрокујући губитке енергије.

Примјери ламинарног тока су млаз воде која излази из славине малом брзином, дим који почиње да цури из запаљене штапиће за тамјан или почетак млазнице за убризгавање у млаз воде, како је одредио Осборне Реинолдс 1883.

Уместо тога, турбулентни ток је мање уређен и хаотичнији. То је проток у коме је кретање нерегуларно и није баш предвидљиво. Пример је дим из тамјана штап када се престане несметано кретати и почне да формира низ неправилних шљокица које се називају турбуленција.

Бездимензионални нумерички параметар зван Реинолдсов број Н _Р означава да ли флуид има један или други режим, према следећим критеријумима:

Ако је Н _Р <2000 проток је ламинарни; Ако је Н _Р > 4000 проток је турбулентан. За средње вредности, режим се сматра прелазним и кретање је нестабилно.

Фактор трења

Овај фактор омогућава проналажење губитка енергије услед трења и зависи само од Реинолдсовог броја за ламинарни проток, али у турбулентном протоку присутна је релативна храпавост.

Ако је ф фактор трења, постоји емпиријска једнаџба која се назива, Цолеброокова једначина. Зависи од релативне храпавости и Реинолдсовог броја, али његово разрешавање није лако, јер ф није дато експлицитно:

Због тога су створене кривине попут Мооди-овог дијаграма, које олакшавају проналажење фактора трења за дати Реинолдсов број и релативну храпавост. Емпиријски су добијене једначине које су изричито ф, које су прилично блиске Колеброоковој једначини.

Старење цеви

Постоји емпиријска формула за процену повећања апсолутне храпавости која настаје услед употребе, знајући вредност фабричке апсолутне храпавости е _о :

Где је е храпавост након протеклих т година, а α коефицијент са јединицама м / год, инча / година или стопало / година која се назива стопом годишњег повећања храпавости.

Првобитно се одузима за цеви од ливеног гвожђа, али се добро слаже са осталим врстама цеви направљених од непревучених метала Код њих је пХ течности важан у погледу његове трајности, јер алкалне воде знатно смањују проток.

Са друге стране, обложене цеви или пластика, цемент и глатки бетон не примећују значајна повећања храпавости с временом.

Референце

1. Белиади, Хосс. Хидраулички лом хемијског избора и дизајн. Опоравак од: сциенцедирецт.цом.
2. Цимбала, Ц. 2006. Механика флуида, основе и примјене. Мц. Грав Хилл. 335- 342.
3. Франзини, Ј. 1999. Механика флуида са применом је инжењерства. Мц. Грав Хилл 176-177.
4. Мотт, Р. 2006. Механика флуида. Четврти. Едитион. Пеарсон Едуцатион. 240-242.
5. Ратнаиака, Д. Хидраулика. Опоравак од: сциенцедирецт.цом.