بدست آوردن ضرایب افت فشار در لوله ها و انواع اتصالات یک سیستم ساده لوله کشی زانو ها ، خم ها (با شعاع انحنای مختلف ) ، شیرآلات و تغییر مقاطع ( انبساط و انقباض جریان )
از مکانیک سیالات و مبحث جریان درون لوله ها می دانیم افت انرژی در یک سیسیتم لوله کشی ناشی از دو عامل اصطکاک طولی و افت ناشی از اصطکاک در اتصالات می باشد . افت طولی به واسطه چسپیدن سیال به دیواره لوله بوده و مقدار آن از رابطه دارسی- ویسباخ بدست می آید :
افت انرژی در اتصالات را به عنوان افت جزئی شناخته آن را با hL نشان داده و از رابطه (2) بدست می آید :
در یک سیستم لوله کشی افت انرژی مجموع این دو رابطه خواهد بود یعنی :
دستگاه مورد آزمایش شامل یک میز هیدرولیک ( تامین آب – اندازه گیری دبی ) و یک تابلو که نشان دهنده اجزای یک سیستم لوله کشی ساده است می باشد . به دو سر هر کدام از اجزائی که میخواهیم افت انرژی آن ها را اندازه گیری کنیم شاخه های پیزومتر مدرجی نصب شده که افت فشار در طول لوله یا اتصال در قالب اختلاف شاخه های آب پیزومتر ها یا اختلاف ارتفاع شاخه های جیوه در مانومتر ها قابل خواندن و اندازه گیری است . به دلیل زیاد بودن تعداد اتصالات روی تابلو دو مسیر یا مدار تعبیه گردیده ، مدار خارجی و داخلی .
مدار خارجی ( مدار بیرونی ) شامل اجزای زیر است :
A ) ریز فشار
B ) شیر یک طرفه برنجی
C ) لوله مستقیم به قطر mm13 و طول ( cm 91.44 ( Ft 3(C (لوله مستقیم به قطر mm13 و طول ( cm 91.44 Ft 3 )
D ) زانو یک سر دنده o90 + بوش یک سر دنده نر + طول ( cm 91.44 Ft3 )
E ) 3Ft (91.44 cm )طول + 90oاستاندارد زانو
F ) (شیر فلکه شماره I ) شیر دروازه ای Valve Gate
G ) انبساط ناگهانی از قطر mm13 به mm2
H ) انقباض ناگهانی از قطر mm20 به mm1
I ) 3Ft (91.44 cm ) طول + 100mm شعاع به 90o خم
J ) زانو o90 بوش فلزی با ضمائم + پریز فشار + مهره ماسوره
K ) 3Ft (91.44 cm ) طول + 150mm شعاع به 90 o خم
L ) (شیر فلکه شماره II) شیر توپی Valve Globe
در زانو ها و خم ها مقدار افت انرژی تابعی از زاویه انحراف جریان داخل زانویی (خم) ، شکل هندسی و نسبت شعاع زانویی (خم) به قطر لوله ای است که سیال از آن عبور می کند. در شکل ضرایب افت انرژی در یک اتصال o90 برای لوله های صاف و زبر داده شده است.
توجه داشته باشید در محاسبه افت انرژی خم ها یا زانو ها باید سهم طول مستقیم لوله ای که به سر زانو یا خم داده شده را کسر کرد.
در این حالت میزان افت انرژی به نسبت مساحت در مقطع بستگی دارد . ولی در هر دو حالت سرعت در مقطع کوچک ( سرعت بزرگتر) مبنای محاسبه قرار می گیرد . (شکل زیر )
همان گونه که در شکل مشاهده می شود ضرایب افت تابع AR بوده و مقدار بین صفر و یک تغییر می کند . با استفاده از رابطه برنولی می توان نشان داد.
در انبساط ناگهانی تنش برشی جریان جدا شده در گوشه ها یا ناحیه آب مرده قابل چشم پوشی است .
عموما ضرایب افت انرژی شیرآلات به صورت تجربی بدست آمده و در هندبوک ها ذکرمی گردد. این ضرایب به نوع و مکانیزم عمل شیر و همچنین میزان باز بودن آن بستگی دارد . رابطه کلی همان رابطه عمومی افت انرژی در اتصالات می باشد.
در جدول تعدادی از ضرایب اتصالات به عنوان نمونه داده شده است .
(مرجع جدول : کتاب مکانیک سیالات با نگرش بر آزمایشگاه )
همچنین بر اساس میزان بازشدگی شیر ضریب افت آن تغییر می کند.
ابتدا پمپ تعبیه شده داخل میز هیدرولیک را روشن کرده اجازه می دهیم آب وارد هر دو مدار خارجی و داخلی شود ، به کمک شیر های هواگیری تعبیه شده برای هر کدام از اجزا ، هوای موجود در سیستم را تخلیه کرده و سپس به کمک تلمه سطح آب روی شاخه های پیزومترها را تنظیم می نمایم با تغییر سرعت و به تبع آن دبی جریان برای هر کدام از مدار های خارجی و داخلی جداول را پر نموده و محاسبات خواسته شده را انجام می دهیم ، پس از اتمام کار شیر ها را بسته و پمپ را خاموش می نمایم.
