Was ist relative und absolute Rauheit?

Relative Rauheit und absolute Rauheit Dies sind zwei Begriffe, die verwendet werden, um den Satz von Unregelmäßigkeiten zu beschreiben,. Die absolute Rauheit ist der Durchschnitt oder der Durchschnittswert dieser Unregelmäßigkeiten, der in die durchschnittliche Variation des internen Radius der Pipeline übersetzt ist.

Die absolute Rauheit wird als Eigenschaft des verwendeten Materials angesehen und wird normalerweise in Messgeräten, Zoll oder Füßen gemessen. Andererseits ist die relative Rauheit das Verhältnis zwischen absoluter Rauheit und Durchmesser des Rohrs, daher eine nicht dauerhafte Menge.

Abbildung 1. Kupferrohre. Quelle: Pixabay.

Die relative Rauheit ist angesichts der Tatsache wichtig, dass die gleiche absolute Rauheit auf dünne Rohre ausgeprägter ist als bei großer.

Offensichtlich arbeitet die Rauheit der Rohre mit Reibung zusammen, was wiederum die Geschwindigkeit reduziert, mit der sich die Flüssigkeit in sie bewegt. In sehr langen Rohren konnte die Flüssigkeit sogar aufhören, sich zu bewegen.

Daher ist es sehr wichtig, die Reibung in der Durchflussanalyse zu bewerten, da es zur Aufrechterhaltung der Bewegung erforderlich ist, um Druck durch Pumpen auszuüben. Das Ausgleich von Verlusten macht es notwendig, die Leistung der Pumpen zu erhöhen und die Kosten zu beeinflussen.

Andere Druckquellen für Druckverluste sind die Viskosität des Fluids, der Durchmesser des Rohrs, seine Länge, mögliche Angehörige und das Vorhandensein von Ventilen, Schlüssel und Ellbogen.

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Herkunft der Rugosität

Der Innenraum des Rohrs ist auf mikroskopischer Ebene niemals vollständig glatt und weich. Die Wände haben Unregelmäßigkeiten von der Oberfläche, die weitgehend von dem Material abhängen, mit dem sie hergestellt werden.

Figur 2. Rauheiten in einem Rohr. Quelle: Selbst gemacht.

Darüber hinaus wird die Rauheit nach dem Dienst aufgrund der Inkrebationen und Korrosionen, die durch chemische Reaktionen zwischen Rohrmaterial und Flüssigkeit verursacht werden, erhöht. Dieser Anstieg kann zwischen dem 5- und dem 10 -fachen des Wertes der Fabrikrauheit liegen.

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Kommerzielle Rohre geben den Wert der Rauheit in Metern oder Füßen an, obwohl sie offensichtlich für neue und saubere Rohre gültig sind.

Rauheitwerte für einige kommerzielle Materialien

Im Folgenden finden Sie die absoluten Rauheitswerte, die für kommerzielle Rohre üblicherweise akzeptiert werden:

- Kupfer, Messing und Blei: 1.5 x 10 ^-6 m (5 x 10 ^-6 Füße).

- Ohne Eisen zu beschichten: 2.4 x 10 ^-4 M (8 x 10 ^-4 Füße).

- Geschmiedetes Eisen: 4.6 x 10 ^-5 M (1.5 x 10 ^-4 Füße).

- Stahl geniet: 1.8 x 10 ^-3 m (6 x 10 ^-3 Füße).

- Handelsüblicher Stahl oder geschweißter Stahl: 4.6 x 10 ^-5 M (1.5 x 10 ^-4 Füße).

- Gusseisen mit Asphalt bedeckt: 1.2 x 10 ^-4 M (4 x 10 ^-4 Füße).

- Plastik und Glas: 0.0 m (0.0 Fuß).

Relative Rauheit kann bewertet werden. Wenn es absolute Rauheit als bezeichnet Und und zum Durchmesser als D, Relative Rauheit wird ausgedrückt als:

Und_R = E /d

Die vorherige Gleichung ist ein zylindrisches Rohr, aber wenn nicht, kann die genannte Größe verwendet werden Hydraulisches Radio, in dem der Durchmesser durch den Vierfach dieses Wertes ersetzt wird.

Bestimmung der absoluten Rauheit

Um die Rauheit der Rohre zu finden, wurden verschiedene empirische Modelle vorgeschlagen, die geometrische Faktoren wie die Form von Unregelmäßigkeiten in den Wänden und deren Verteilung berücksichtigt werden.

Bis 1933 der deutsche Ingenieur J. Nikuradse, Student von Ludwig Prandtl, bedeckte Rohre mit Sandkörnern unterschiedlicher Größen, deren bekannte Durchmesser genau absolute Rauheit sind Und. Nikuradse behandelte Rohre, für die die Werte von e/d Sie reichten von 0.000985 und 0.0333,

In diesen gut kontrollierten Experimenten wurden die Rauheiten gleichmäßig verteilt, was in der Praxis nicht vorkommt. Diese Werte von jedoch Und Sie sind immer noch ein guter Ansatz, um zu schätzen, wie Reibungsverluste beeinflussen werden.

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Die Rauheit, die der Hersteller eines Rohrs angezeigt hat. Aus diesem Grund ist es manchmal als bekannt als als Äquivalenter Sand (äquivalenter Sand).

Laminarer Strömung und turbulenter Fluss

Die Rauheit des Rohrs ist ein sehr wichtiger Faktor nach dem Bewegungsregime, das die Flüssigkeit hat. Die Flüssigkeiten, in denen sich die Viskosität relevant ist, können sich in einem laminaren oder turbulenten Regime bewegen.

Im laminaren Fluss, in dem sich die Flüssigkeit in Schichten ordentlich bewegt, haben die Unregelmäßigkeiten auf der Rohroberfläche weniger Gewicht und deshalb werden sie normalerweise nicht berücksichtigt. In diesem Fall ist es die Viskosität der Flüssigkeit, die Spannungen zwischen den Schichten erzeugt, die Energieverluste verursachen.

Beispiele für den laminaren Fluss sind ein Wasserstrahl, der mit niedriger Geschwindigkeit aus dem Wasserhahn kommt, der Rauch, der aus einem Zauberstab auf Weihrauchleuchten oder dem Beginn eines injizierten Tintenstrahls in einen Wasserstrom zu sprießen beginnt, wie 1883 bestimmt.

Andererseits ist der turbulente Fluss weniger ordentlich und chaotischer. Es ist ein Fluss, in dem die Bewegung unregelmäßig und nicht sehr vorhersehbar ist. Ein Beispiel ist der Rauch des Weihrauchstabs, wenn er aufhört, sich sanft zu bewegen.

Der dimensionale numerische Parameter, der als Reynolds n -Nummer bezeichnet wird_R Gibt an, ob die Flüssigkeit nach den folgenden Kriterien ein oder ein anderes Regime hat:

Ohne_R < 2000 el flujo es laminar; Si N_R > 4000 der Fluss ist turbulent. Für Zwischenwerte wird das Regime als Übergang angesehen und die Bewegung ist instabil.

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Der Reibungsfaktor

Dieser Faktor ermöglicht es, den Verlust der Reibungsenergie zu finden, und hängt nur von der Anzahl der Reynolds für einen laminaren Fluss ab, aber im turbulenten Fluss ist relative Rauheit vorhanden.

Ja F Es ist der Reibungsfaktor, es gibt eine empirische Gleichung, um sie als Colleebrook -Gleichung zu finden. Es hängt von der relativen Rauheit und der Reynolds -Zahl ab, aber seine Auflösung ist nicht einfach, da F Es ist nicht ausdrücklich angegeben:

Aus diesem Grund wurden Kurven wie das stimmungsvolle Diagramm erstellt, die den Wert des Reibungsfaktors für eine Reynolds -Zahl und eine relative Rauheit erleichtern. Empirisch haben sie Gleichungen erhalten, die haben F Explizit, die der Colebrook -Gleichung ziemlich nahe liegen.

Das Alterung der Rohre

Es gibt eine empirische Formel, um die Erhöhung der absoluten Rauheit zu bewerten, die durch Verwendung erzeugt wird, wobei der Wert der absoluten Rauheit der Fabrik kennt Und_entweder:

e = e_entweder + αT

Wo Und Es ist die Rauheit danach T Jahre verstrichen und α ist ein Koeffizient mit M/Jahr -Einheiten, Zoll/Jahr oder Fuß/Jahr Jährlicher Anstieg der Rosalität.

Ursprünglich wurde es für Gusseisen -Rohre abgeleitet, passt aber gut mit anderen Arten von Rohrs aus, die aus nicht bewegtem Metall hergestellt wurden. In diesen ist der pH -Wert der Flüssigkeit in Bezug auf ihre Haltbarkeit wichtig, da alkalische Gewässer den Fluss stark verringern.

Andererseits.

Verweise

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