هیدرولیک لوله‌های تک‌فاز و سایزبندی لوله

توضیحات دوره

این دوره با عنوان "هیدرولیک لوله‌های تک‌فاز و سایزبندی لوله" در زیر تخصص "طراحی سیستم‌های لوله‌کشی صنعتی" عمدتاً به پیش‌بینی قطر بهینه لوله برای سیستم لوله‌کشی به منظور برآورده کردن نیازهای فرآیند مورد نظر در جریان سیال تک‌فاز می‌پردازد. در اینجا، سیستم لوله‌کشی می‌تواند یک سیستم لوله‌کشی تک‌مسیره یا چندمسیره باشد. به منظور دستیابی به هدف نقطه‌ای، یعنی، سایزبندی سیستم لوله، مفاهیم اساسی جریان سیال تک‌فاز از طریق لوله‌ها پوشش داده می‌شود، عبارات ریاضی ضروری برای درک پیچیدگی پدیده‌های تک‌فاز استنتاج می‌شود و اهمیت هر یک از جوانب در معادلات حاکم توضیح داده می‌شود.

نقش کلیدی لوله در انتقال سیال از منبع به مقصد با ذکر چندین کاربرد توضیح داده می‌شود. لوله‌ها می‌توانند تحت جریان سیال تک‌فاز یا چندفازی قرار بگیرند. این دوره به هیدرولیک تک‌فاز اختصاص دارد. در اکثر شرایط عملی، شرایط جریان فرآیندی مانند سرعت جریان سیال و شرایط عملیاتی ورودی برای تعیین قطر لوله هستند. با این حال، افت فشار یک محدودیت است. برای برآورده کردن محدودیت افت فشار برای شرایط جریان فرآیند داده‌شده، طراح باید با دینامیک جریان سیال تک‌فاز در لوله‌های مستقیم، اتصالات لوله، شیرها و غیره کاملاً آشنا باشد. پدیده‌های جریان سیال تک‌فاز به‌خوبی تثبیت شده‌اند و به همین ترتیب افت فشار در سیستم لوله‌کشی می‌تواند به‌دقت پیش‌بینی شود.

در جریان سیال تک‌فاز، فارغ از نوع سیال، یعنی، گاز یا مایع، عامل مقاومت جریان که به آن عامل اصطکاک می‌گویند، به عدد رینولدز و سایر پارامترهای مهم بستگی دارد. در واقع، عدد رینولدز نوع رژیم جریان، یعنی، آرام یا گردابی را تعیین می‌کند. افت فشار مستقیم نسبت به طول لوله و مربع سرعت سیال یا فلوکس جرمی است و جالب اینجاست که افت فشار معکوس به قطر لوله است. این بدان معنی است که با افزایش قطر، افت فشار کاهش می‌یابد. ثابت تناسب عامل اصطکاک است. این مفهوم در پشت هیدرولیک لوله به‌خوبی در این دوره بیان شده است. عامل اصطکاک برای جریان گردابی با جریان آرام متفاوت است. مورد اول تابعی از عدد رینولدز و نرمی نسبی لوله است در حالی که دومی تنها تابع عدد رینولدز است.

همبستگی‌های مختلف عامل اصطکاک برای جریان گردابی به همراه کاربردهای آن‌ها در این دوره ارائه شده‌اند. افت فشار در لوله‌ها به‌عنوان افت فشار ناشی از اصطکاک سطحی در نظر گرفته می‌شود. با این حال، افت فشار در اتصالات لوله بیشتر به دلیل تشکیل گردابه‌ها در نواحی‌ای است که سیال از دیواره لوله جدا می‌شود و اختلاط سیال در مکان‌های پایین‌تر از لوله است. این افت فشارها به‌عنوان افت‌های جزئی در نظر گرفته می‌شوند، با این حال، در برخی موارد، وقتی با افت‌های اصلی ناشی از لوله‌های مستقیم مقایسه می‌شوند، قابل توجه هستند. افت‌های جزئی می‌توانند با توجه به ضرایب افت یا طول‌های معادل اتصالات مختلف لوله تعیین شوند. بحث و نمایش دقیق پیش‌بینی افت فشار به‌خوبی در این دوره پوشش داده شده است.

این دوره محدود به هیدرولیک لوله‌های تک‌مسیره نیست. سیستم‌های لوله‌کشی چندمسیره، که به‌طور عمومی به‌عنوان شبکه‌های لوله‌کشی شناخته می‌شوند، نیز در نظر گرفته شده و پیش‌بینی افت فشار در این شبکه‌ها با استفاده از روش‌های پذیرفته‌شده به نمایش گذاشته می‌شود. محاسبه افت فشار در لوله‌های زهکش و لوله‌های انشعاب، هنگامی که به منابع مختلف سیال متصل می‌شوند، در این دوره بحث می‌شود. اگرچه سیستم‌های لوله‌کشی بیشتر اوقات در حالت پایدار عمل می‌کنند، اما آن‌ها همچنین تحت تغییرات گذرا در زمان روشن و خاموش قرار می‌گیرند. سیستم‌های لوله‌کشی همچنین تحت تغییرات گذرا به دلیل جریان سیال نوسانی، ضربه آب و ضربه بخار قرار می‌گیرند. این تغییرات و افزایش فشار ناشی از ضربه آب به‌خوبی در این دوره پوشش داده می‌شود. نهایتاً، هیدرولیک جریان مایع در لوله‌های شیب‌دار تحت نیروی جاذبه نیز در این دوره خاص پوشش داده شده است.