سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

سرعت

محاسبه سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک یکی از دغدغه های اصلی طراحان سیستمهای هیدرولیک است. سرعت عبوری روغن هیدرولیک از درون لوله یا شلنگ‌ هیدرولیک، تابعی از دبی سیال و سطح مقطع لوله می‌باشد. سرعت‌های پیشنهادی سیال هیدرولیک، در جدول زیر آمده است:

موقعیتسرعت بر حسب ft/s سرعت بر حسب m/s
خط ورودی2 ~ 40.6 ~ 1.2
خط بازگشت4 ~ 13 1.5 ~ 4.0
خط فشار7 ~ 182 ~ 5.5
سرعت پیشنهادی روغن هیدرولیک – سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

لازم به ذکر است که مقادیر فوق، بر اساس حفظ جریان به صورت آرام (Laminar Flow) ، در نظر گرفته شده‌اند. برای کاربردهای پیوسته و طولانی مدت و یا در مواردی که فشار پایین است، از مقادیر کوچکتر بازه‌های اعلام شده، باید استفاده نمود.

سرعت سیال را میتوان با استفاده از روابط زیر، محاسبه نمود.

سیستم متریکسیستم انگلیسی
V = (Q * 21.22) / D2 V = (Q * 0.408) / D2
V : سرعت بر حسب m/sV : سرعت بر حسب ft/s
Q : دبی بر حسب Litr/minQ : دبی بر حسب US GPM
D : قطر داخلی لوله یا شیلنگ بر حسب میلیمترD : قطر داخلی لوله یا شیلنگ بر حسب اینچ
محاسبه سرعت سیال در لوله – سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

افت فشار

اصطکاک موجود بین سیال و جداره داخلی لوله یا شیلنگ، باعث بوجود آمدن تلفات انرژی شده که به صورت افت فشار، اندازه‌گیری می‌شود. افت فشار، به خصوص در سیستمهایی که در آنها از لوله‌ها یا شیلنگ‌های طویل استفاده می‌شود،  یکی از مهمترین پارامترهای طراحی محسوب می‌شود. برای محاسبه افت فشار، باید ابتدا پارامترهایی نظیر سرعت سیال (که فرمول محاسبه آن در جدول بالا وجود دارد)، عدد رینولدز، فاکتور اصطکاک را محاسبه نمود. فرمول‌های محاسباتی این پارامترها، به شرح زیر است :

محاسبه عدد رینولدز

 Re = (1000 * V * D)/Ʋ

که در آن :

Re : عدد رینولدز

V : سرعت سیال بر حسب m/s

D : قطر داخلی لوله یا شیلنگ بر حسب میلیمتر

Ʋ : ویسکوزیته جنبشی (Kinematic Viscosity) سیال بر حسب cSt (سانتی استوک)

محاسبه فاکتور اصطکاک

فرمول محاسبه فاکتور اصطکاک، با توجه به اندازه عدد رینولدز باید انتخاب شود. دلیل امر این است که نوع جریان با عدد رینولدز تغییر می‌کند.

  • چنانچه عدد رینـــولدز کمتــــر از 2000 باشد (برخی عدد رینولدز را کمتر از 2300 فرض میکنند) جریان آرام (Laminar Flow) است.
  • چنانچه عدد رینولدز بیشتر از 4000 باشد، جریان مغشوش (Turbulent Flow) است.
  • چنانچه عدد رینولدز بزرگتر از 2000 و کمتر از 4000 باشد، جریان حالت گذرا (Transient Flow) خواهد بود. در این حالت قسمتی از جریان به صورت آرام و قسمتی به صورت مغشوش و غیر قابل پیش‌بینی خواهد بود.

چنانچه عدد رینولدز کمتر از 2000 باشد، برای محاسبه فاکتور اصطکاک، از فرمول زیر استفاده می‌شود :

f = 64/Re

چنانچه عدد رینولدز بیشتر از 2000 باشد، فاکتور اصطکاک با استفاده از رابطه زیر محاسبه خواهد شد :

f = 0.3164 * Re-0.25

در فرمولهای فوق، “ f “  فاکتور اصطکاک و  “ Re “ عدد رینولدز است.

در صورت معلوم بودن تلفات هد به دلیل اصطکاک، فاکتور اصطکاک را میتوان از فرمول زیر نیز محاسبه نمود:

1 2
فرمول محاسبه فاکتور اصطکاک – سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

که در آن :

hf : تلفات هد به دلیل اصطکاک بر حسب متر

f : فاکتور اصطکاک

L : طول لوله بر حسب متر

d : قطر داخلی لوله بر حسب متر

V : سرعت جریان بر حسب m/s

g : شتاب ثقل زمین 9.8 m/s2

در شکل زیر، نمودار، فاکتور اصطکاک نمایش داده شده است.

5
نمودار فاکتور اصطکاک – سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

در نمودار فوق، نسبت زبری سطح داخلی لوله (e) به قطر داخلی لوله (d) ، با عنوان زبری نسبی (Relative Roughness) تعریف میشود.

در جدول زیر مقدار زبری برخی از مواد، آمده است:

جنس لولهe بر حسب mm e  بر حسب  inch
بتن0.3 ~ 3.0 0.012 ~ 0.12
آهن ریخته‌گری 0.26 0.010
آهن گالوانیزه0.150.006
آهن ریخته‌گری روکش‌دار 0.120.0048
فولاد0.0450.0018
پی وی سی، شیشه و لوله‌های اکسترودی 0.00150.00006
نسبت زبری – ادامه سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

چنانچه عدد رینولدز بالاتر از 100000 باشد، اصطکاک به شدت تابع زبری لوله خواهد بود. در این حالت فاکتور اصطکاک با استفاده از معادله  ” کولبروک”  (Colebrook Equation) محاسبه خواهد شد.

2 2
معادله کولبروک – ادامه سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک

 که در آن :

f : فاکتور اصطکاک (بدون بعد)

Re : عدد رینولدز

V : سرعت متوسط سیال بر حسب  m/s

d : قطر داخلی لوله بر حسب m

e : زبری سطح داخلی لوله بر حسب m

محاسبه سرعت-عدد رینولدز-فاکتور اصطکاک-زبری و افت فشار سیال در لوله‌ها ، افت فشار با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه خواهد بود:

3 2

که در آن :

ΔP :  افت فشار بر حسب Pa

V : سرعت سیال بر حسب  m/s

f : فاکتور اصطکاک (بدون بعد)

L : طول لوله (یا شیلنگ) بر حسب m

ρ : چگالی سیال بر حسب Kg/m3  (چگالی روغن هیدرولیک   870 ~ 890 Kg/m3 )

d : قطر داخلی لوله (یا شیلنگ) بر حسب m

امیدواریم مطلب آموزشی سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک برای شما کاربر گرامی مفید واقع شده باشد.

مطالب آموزشی مشابه ” سرعت و فشار در لوله‌های هیدرولیک ” را میتوانید از بخش مطالب آموزشی و یا کانال اینستاگرام شرکت به آدرس Instagram.com/AltonSegal ملاحظه فرمایید.

رابطه سرعت و فشار در لوله ها چیست؟

طبق قانون برنولی چنانچه مقطع لوله کاهش بیابد، سرعت افزایش و فشار کاهش خواهد یافت و بالعکس

سرعت سیال در لوله باید چقدر باشد؟

سرعت سیال باید در حدی باشد که عدد رینولدز کمتر از 2000 باشد تا جریان سیال آرام (Laminar Flow) باشد. رابطه سرعت و عدد رینولدز از معادله  Re = (1000 * V * D)/Ʋ پیروی خواهد کرد

افت فشار چگونه محاسبه میشود؟

فشار در لوله از رابطه زیر محاسبه میشود:
این تصویر دارای صفت خالی alt است؛ نام پروندهٔ آن 3-2-300x77.png است
که در آن:
ΔP :  افت فشار بر حسب Pa
V : سرعت سیال بر حسب  m/s
f : فاکتور اصطکاک (بدون بعد)
L : طول لوله (یا شیلنگ) بر حسب m
ρ : چگالی سیال بر حسب Kg/m3  (چگالی روغن هیدرولیک   870 ~ 890 Kg/m3 )
d : قطر داخلی لوله (یا شیلنگ) بر حسب m