Perda por atrito na dissertação de tubo

Resumo

O principal objetivo desta tentativa foi mostrar como o fator de atrito pode diferir do número de Reynolds, simplesmente manipulando a vazão do líquido em um tubo. A principal regra usada no experimento foi a fórmula de Bernoulli, levando em consideração déficits de cabeça significativos. Esses tipos de grandes perdas de carga eram normalmente causados ​​por esfregar a parede no tubo e forças viscosas entre as camadas dentro de um fluido.

Geralmente, os resultados obtidos com as tentativas acreditam que a previsão suposta mais a discrepância dos pontos, uma vez que os dados mostrados nos dados de humor são relativamente pequenos.

Dentro do movimento laminar e do fluxo violento, local onde as crenças dos fatores de atrito são semelhantes aos valores contidos nos dados temperamentais.

O benefício da rugosidade relativa obtido para a linha de água foi zero. 0008, dependendo dos detalhes plotados em torno do gráfico de mau humor. Havia muitas opções para erros desse experimento, como erros sistemáticos, humanos, restrições de equipamentos e alguns elementos que não foram realmente levados em consideração durante a análise com os dados.

Os principais erros envolviam limitações humanas e de equipamentos, que traziam os itens de dados obtidos para alterar as crenças teóricas esperadas. Os fatores e pressupostos adotados foram que as pequenas falhas na cabeça eram insignificantes, o que poderia não ter sido a verdade. Os valores de espessura e viscosidade da peça de dados também podem ter introduzido erros nos benefícios.

Introdução

Teoria e Princípios

Nesta pesquisa, a teoria e os princípios utilizados são definitivamente a perda de força e a carga total de fluido como resultado da resistência ao atrito do fluido genuíno ou viscoso. No fluxo de tubo reto totalmente produzido, a perda de energia ou falhas na cabeça ocorrem como resultado do atrito na parede. Essas perdas são geralmente conhecidas como as principais perdas cerebrais (hLmajor).

Além da perda significativa de carga, também ocorrem pequenas perdas mentais (hLminor) devido à perda devido a curvas, contrações, válvulas e outras. Para calcular o dano na cabeça principal, a solução usada é

Em que é conhecido como o aspecto de atrito

Pode ser o comprimento da linha de água

Para determinar o tipo de fluxo na região alisar ou thrashing, o número de Reynolds agora pode ser usado. Para um fluxo laminar, o número de Reynolds pode ser de até 2k, enquanto para um fluxo turbulento inteiro, o número de Reynolds pode ser de até 4.000. A quantidade de Reynolds pode ser determinada usando a fórmula Re =

Em que Ï = densidade da substância

V = velocidade média do fluido que flui através do tubo

D = tamanho do tubo

= viscosidade dinâmica do líquido

Em seguida, para determinar o elemento de atrito para o fluxo laminar, isso pode ser uma função da quantidade de Reynolds e o método usado pode ser f = Para localização turbulenta, f é uma função da quantidade de Reynolds e da rugosidade dos membros da família (ï ¥ / D ou k / D) e esses tipos de valores podem ser descobertos no Moody Chart and Table quase oito. 1 (Munson et. 'S., 2006) Histórico

A equação de Darcy-Weisbach começou e recebeu o nome de dois maravilhosos engenheiros hidráulicos dos meados do século XIX.

Um deles é geralmente Julies Weisbach, um engenheiro alemão que também propôs em 1845 a equação dentro da forma que estamos usando hoje onde. No entanto, ele não forneceria dados satisfatórios para a variação em f com velocidade. Assim, sua equação teve um desempenho ruim em comparação com a equação empírica de Prony, que era amplamente usada na época, onde aeb eram fatores de lavagem empíricos relativos à velocidade e velocidade ao quadrado.

Antes de Weisbach, por volta de 1770, Antoine Chezy lançou uma equação para o fluxo em programas abertos, mas o trabalho de Chezy foi perdido até 1800, no momento em que seu ex-aluno, Prony publicou uma conta comercial para descrever isso. Darcy, que será o aluno de Prony, lançou novas relações para o relacionamento de Prony. A equação é

Em que c, me elizabeth são coeficientes empíricos para obter uma determinada forma de tubo. Darcy lançou, assim, o conceito de rugosidade do tubo dimensionado por diâmetro; que é conhecida como rugosidade comparável ao aplicar o Moody Chart hoje. Maneiras de reduzir as perdas de tubulações de água

Utilizando a equação das principais perdas cerebrais, as perdas de tubos podem ser reduzidas de várias maneiras, como aumentar o tamanho de um tubo ou talvez usar um tubo de água com maior diâmetro. Um diâmetro maior pode fazer com que o hL seja menor, enquanto parâmetros adicionais permanecem constantes. O tamanho pequeno do tubo de água costuma desempenhar um papel importante na perda de tubos, pois o tamanho da linha de água é reduzido e a pressão na entrada da bomba aumenta.

Reduzindo o preço de fluxo do fluido. Ao reduzir a vazão, a variável V na equação será reduzida, o que resultará em um hL menor.

Usar um tubo de água mais suave, que também é uma alternativa para reduzir a perda de carga, pois um tubo mais liso significa f menor. Usando um farrenheit menor, a substância encontrará menos atrito ao entrar no tubo e, portanto, a perda de carga pode ser reduzida. Além disso, a superfície da linha de água também pode ser encerada para reduzir o atrito entre o fluido e o tubo.

Procedimentos de tentativa e erro

1) Em primeiro lugar, a água geralmente é alimentada usando um tubo reto.

2) A carga de fluxo da água normal é então controlada usando um dispositivo de controle de circulação voltado para o tanque volumétrico e medido coletando a água dentro do tanque, após o que divide a quantidade de água coletada ao longo do tempo.

3) O tubo de entrada é então conectado diretamente ao suprimento de mesa destinado a taxas de fluxo mais altas e um grampo Hoffman é definitivamente preso com cada um dos manômetros de água

tubos de conexão.

4) O dispositivo de controle de controle de movimento da plataforma de teste é então fechado e a leitura do fluxo zero é obtida no manômetro de mercúrio. A válvula de controle de fluxo é então totalmente aberta e a perda de carga mostrada simplesmente pelo manômetro de mercúrio é pontuada.

5) A vazão e as temperaturas da água normal são medidas depois disso.

6) Para diminuir os custos de fluxo, o tubo de saída pode ser conectado à saída na parte inferior do tanque de peixes principal, enquanto a saída para o reservatório está acoplada ao suprimento de praia. A queda de pressão é então medida aplicando o manômetro de água em vez do manômetro de mercúrio.

7) O experimento é repetido seis momentos para obter seis preços de fluxo diversos para cada alto e baixo custo de fluxo, com valor mais barato de cerca de 30 mm de diferença de elevação no manômetro estudado.

Imagens da Máquina Experimental

Tubo de entrada

Manômetro de água potável (para pequenos

Queda de pressão, vazões baixas)

Manômetro de mercúrio (para maior

Distinções de pressão, alto fluxo

Tarifas)

Dispositivo de controle de controle de fluxo

Medição do tubo cindrico

Termômetro

Cronômetro

Resultados

Etapa 1: A fórmula a seguir foi usada para estimar o elemento Re e fricção para cada observação

O valor de

/ kg / m3 é obtido a partir de móveis com propriedades de água potável pelo valor de t / occitano, obtido a partir de tabelas de propriedades normais da água em t / oC

Diâmetro do tubo, D / m (0. 003m)

Velocidade de circulação no tubo de água, V / ms-1

Exatamente onde a velocidade do fluxo, V / ms-1 = Preço do fluxo / Área do tubo

=

Cálculo da redução da cabeça, hL em todas as observações

While e (devido à disposição do manômetro que cancela a diferença de altura)

Transformação de pressão para monômetro de água normal

Modificação de pressão para manômetro de mercúrio

; onde M é o comprimento dos tubos em metros, metros (0. 5m)

Tabelas de resultado

Para baixa carga de fluxo

Volume de água, versus

Período, t / s

Temperatura, T / oC

V1 / ml

V2 / ml

V / m3 médio

t1

t2

tave

T1

T2

Tave

agua

148. 00

149,00

1) 49 × 10-4

30. 13

30. 15

30. 18

28. 00

27. 00

vinte e sete. 00

134,00

134,00

1 34 × 10-4

35. 15

30. 25

35. 20

27. 00

vinte e oito. 00

27. 40

126,00

124,00

1 25 × 10-4

30. 20

40. 10

30. 12-15

vinte e oito. 00

27. 00

27. 50

112,00

113,00

1 13 × 10-4

30. 12

31. 30

30. 20

vinte e oito. 00

27. 00

vinte e sete. 50

96,00

noventa e seis. 00

9. 60 × 10-5

40. 20

30. 35

30. 25

28. 00

28. 00

27. 60

sessenta e seis. 00

65,00

6o. 55 × 10-5

30. vinte e cinco

35. 10

30. 18

vinte e oito. 00

27. 00

27. 50

oi / mm

hf / mm

mudança de altitude, † h / m

h1

h2

oi média ai

h1

h2

hf típico

210. 00

210,00 00

210,00 00

89,00

quinto, há 89,00.

89,00

zero. 12

200,00

Duzentos. 00

200,00

93,00

93,00

93,00

0. 10

195,00

195,00

195,00

96,00

noventa e seis. 00

96,00

zero. 10

188,00

cento e oitenta e oito. 00

188,00

ciento tres. 00

103,00

103,00

0. 09

cento e oitenta. 00

180. 00

180,00

109,00

109,00

109,00

0. '07

173,00

173,00

173,00

125,00

cento e vinte e cinco.00

125,00

0. 05

densidade da água,

viscosidade da água, água

espessura da atmosfera, Ï ar

996. cinquenta e nove

quase oito. 520E-04

1 23

996. 45

8. 610E-04

1) 23

996. 45

8. 610E-04

1 3

996. 45

8. 610E-04

1 23

996. quarenta e cinco

8. 610E-04

1. 23

996. quarenta e cinco

oito. 610E-04

1 vinte e três

Diâmetro do tubo, m = zero. 003 metros; Comprimento da linha de água, L sama dengan 0. 50 m Nível de vazão volumétrica, m3s-1

Velocidade, V / ms-1


Mudança de pressão, † P / Pa

Perda cerebral, HL / m

fator de atrito, n

5. 93E-06

0. setenta

2445. 96

1181. 55

0. 12

0. 0293

4. 44E-06

0. 63

2179. 41

1044. 66

zero. 11

0. 0319

quatro 15E-06

0. 59

2036. 40

966. cinquenta e cinco

0. doze

zero. 0338

3. 73E-06

0. 53

1829. 73

829. 86

0. '08

0. 0360

3. 17E-06

0. 45

1558. setenta e nove

693. 18

0. 07

zero. 0414

2) 17E-06

zero. 31

1066. 19

468. 63

0. 05

zero. 0598

Velocidade gravitacional, g = 9. setenta e oito m / s2; Parte do tubo, A = d d2 / 4 = seis. 07 × 10-6 m2 Para vazão alta

Volume de água normal, V

Tempo, t / s

Temperatura, T / oC

V1 / ml

V2 / ml

V / m3 médio

t1

t2

Tave

T1

T2

Tave

mercúrio

156. 00

cento e cinquenta e seis. 00

1 56E-04

cinco. 19

5. 20

cinco. 20

28. 00

vinte e oito. 00

28. 00

174,00

174,00

1 74E-04

6. 20

seis. 20

6. vinte

28. 00

28. 00

28. 00

186,00

187,00

1 87E-04

de várias. 15

7. vinte

de várias. 18

28. 12

vinte e oito. 10

28. 10

157,00

156. 00

1 57E-04

seis. 20

7. vinte

seis. 20

28. 00

vinte e oito. 00

28. 00

143,00

141,00

1) 42E-04

8. 20

quase 8. 06

8. 13

vinte e nove. 00

29. 00

29. 00

137,00

136,00

1 37E-04

15. 30

15. vinte

12-15. 25

29. 10

vinte e nove. 10

29. 15

oi / mm

hf / mm

mudança de altura, † h / m

h1

h2

oi médio

h1

h2

hf médio

362,00

362,00

362,00

vinte e um. 00

21. 00

vinte e um. 00

0. trinta e quatro

345,00

345,00

345,00

36. 00

trinta e seis. 00

36. 00

0. 31

323,00

323,00

323,00

57,00

57,00

57,00

0. vinte e sete

287. 00

287. 00

287. 00

92,00

92,00

92,00

zero. 20

256,00

256,00

256. 00

122,00

122,00

122,00

0. 13

209,00

209,00

209,00

166. 00

166. 00

166. 00

0.04

densidade da água, Ï água

viscosidade da água potável, água

densidade do ar,

densidade de mercúrio, mercúrio

996. trinta e um

8. 330E-04

1 vinte e três

13559. 53

996. 31

quase 8. 330E-04

1 3

13559. 53

996. vinte e oito

quase oito. 483E-04

1 3

13559. 29

996. 23

8. 483E-04

1. 23

13559. 53

996. 02

8. 100E-04

1 23

13557. doze

995. 99

8. 133E-04

1 23

13556. oitenta e seis

Diâmetro do tubo, g = 0. 003 metros; Comprimento do tubo, L, com 0. 50 m Preço do fluxo volumétrico, m3s-1

Velocidade, V / ms-1

Re.

Mudança de pressão, † P / Pa

Perda cerebral, HL / m

fator de atrito, n

3. 00E-05

alguns. 25

15243. vinte e quatro

42026. 62

4. 30

zero. 0280

2) 81E-05

de várias. 97

14246. 10

38082. 77

3. 85

0. 0291

2) 60E-05

3. sessenta e oito

12956. 20

32782. 67

3. 35

0. 0292

2) 17E-05

3. 08

10834. 67

24032. 82

parcelamento no seu 46

0. 0306

1 75E-05

2) 47

9115. 27

16512. '04

1) 69

0. 0326

quase 8. 95E-06

1 27

4652. 17

5298. cinquenta e cinco

0. 54

0. 0398

Aceleração gravitacional, g = 9. 81 m / s2; Área do tubo, com um valor de d2 / 4 com 7.07 × 10-6 m2

Etapa 2: plotagem do gráfico Re acima (consulte o gráfico de humor) O benefício Re baixo combina com a linha teórica? ()

Sim, geralmente o movimento laminar e turbulento combina com toda a coleção teórica no gráfico de humor. O Lso alto corresponde às circunstâncias de valor com uma rugosidade comparável específica, série? Sim, o caso Re alto se encaixa com uma linha de rugosidade relativa específica dentro do gráfico de humor. O que você acha da aspereza dos membros da família, o valor é para o tubo no seu experimento? O parente

a rugosidade que vale para o tubo durante este experimento é de 0. 0008.

O fator de atrito no regime turbulento estimado)

Da mesa 8. 1-Introdução Mecânica dos Fluidos MYO, o valor se for a rugosidade relativa, y = zero. 0015mm

O diâmetro, D no tubo = 3mm

O que significa valor de rugosidade relativo μ / D = (0,0015) / (3)

= 0. 0005

A partir dos dados de mau humor, o fator de atrito que vale em relação ao número de Reynolds no regime turbulento é o seguinte: Nº de Reynolds.

Componente de fricção de dados teóricos

Fator de atrito de novos dados

Erro percentual,%

15243. 24

0. 029

zero. 0280

3. 45%

14246. 10

0. 030

zero. 0291

3. 00%

12956. 20

0. 031

0. 0292

5. 81%

10834. 67

0. 032

zero. 0306

4. 38%

9115. 27

0. 035

zero. 0326

6. 86%

4652. 17

0. 038

0. 0398

-4. 74%

O erro de proporção é definitivamente calculado aplicando a seguinte formulação: (ftheory-fexperimental) / ftheory vezes 100%

Etapa quatro

Supondo que o valor da viscosidade. O valor da viscosidade pode ser determinado com base nas situações em que há um valor baixo de Lso. a) Usar informações em alta é um valor baixo. ()

Velocidade, V / ms-1

Re

Mudança de pressão, † P / Pa

0. 63

2179. 41

1044. 66

zero. 59

2036. quarenta

966. 55

0. 53

1829. 73

829. oitenta e seis

0. 45

1558. 79

693. 18

0. 23

1066. 19

468. 63

b); porque

c) Descreva o gráfico da mudança de pressão (P1- P2) vs. velocidade, V

d) Encontre a inclinação do gráfico, o valor da viscosidade pode ser determinado com base no gradiente do gráfico O gradiente do gráfico é 1634 Pa / ms-1

Onde gradiente da coleção =

como duração do tubo, L / me diâmetro do tubo de água, D / m são geometrias dos tubos

Portanto, o valor determinado no gráfico é geralmente:

folha de dados do formulário de valor com 8. 610 x 10-4 kg / m. h

 

gradiente de formulário de contato com o gráfico plotado = à procura de. 19125 x 10-4 kg / m. s

A porcentagem de diferença entre viscosidade e valor é obtida na folha de informações, assim como o valor obtido no gráfico plotado é geralmente:

Discussão

As causas dos erros foram devidas principalmente a erros humanos e limitações das ferramentas. Um erro humano pode ter ocorrido como resultado do aperto de nossas mãos ao segurar o cachimbo. Isso pode ter influenciado o fluxo de fluido que pode fazer com que a leitura do manômetro flutue em relação ao valor real. Além disso, o tempo avaliado usando o cronômetro pode estar errado devido à reação humana ao usar o cronômetro. Um período de atraso ou talvez um período em excesso poderia ter sido lançado rapidamente no tempo registrado.

A quantidade de água potável coletada pode ser maior devido ao tempo de resposta humana ao retirar o cilindro de medição do tubo. Além disso, poderia ter ocorrido um erro de paralaxe ao escolher a leitura no manômetro mais o volume de água potável no cilindro de computação. As limitações da engrenagem não podem ser negligenciadas, pois teriam induzido erros significativos nos resultados obtidos. Um dos muitos erros possíveis foi que pequenas perdas no interior do tubo devido a acessórios para tubos foram consideradas mínimas.

No entanto, a verdade é que essas pequenas perdas serão significativas. Como resultado, foram introduzidos erros em nossos cálculos que podem afetar os resultados do teste. Fora isso, foram observadas bolhas de atmosfera no tubo. Isso pode ter resultado em flutuações com o nível do líquido no manômetro. O valor obtido pode ser diferente do valor real. Além disso, a temperatura medida também pode estar errada, e pode ter originado estimativas incorretas para obter as crenças de densidade e viscosidade da água normal. Ao realizar as tentativas, o tubo não foi mantido reto e em um nível constante.

Isso significa que a suposição produzida ao usar a equação de Bernoulli de que ambas as extremidades da tubulação estavam no mesmo nível era errônea. Também se supunha que o fluido era incompressível, pertencente à equação de Bernoulli para ser usado.A equação usada nos cálculos foi uma estimativa aproximada; e isso poderia ter liberado algum problema nos cálculos.

As informações registradas para obter o fluxo de alisar mostraram-se bastante precisas, pois todos os detalhes se desviaram ligeiramente da linha de fluxo laminar em torno dos dados temperamentais. No entanto, vários pontos documentaram um número de Reynolds no intervalo de transição. Com isso dito, as informações registradas destinadas ao estágio de transição do fluxo não concordavam com o esperado.

Esperava-se que o componente de fricção para seus pontos de dados no nível de transição aumentasse um pouco, antes de um aumento adicional quando o fluxo, mais cedo ou mais tarde, se tornar debulhado. Essa conseqüência pode ter sido devido ao problema de viscosidade em temperaturas selecionadas, causando um erro no número de Reynolds calculado. As informações registradas referentes ao fluxo turbulento mostraram precisão. Quase todos os pontos, além de um, estavam na mesma linha, o que geralmente corresponde a uma rugosidade relativa de 0,0008.

Como não temos idéia da rugosidade real dos membros da família no tubo empregado no experimento, não conseguimos fazer revisões entre esse tipo de valor calculado teoricamente e o valor real. A viscosidade calculada é geralmente 9. 19 × 10-4 e o valor da folha de dados é geralmente 8. 610 x 10-4. O erro percentual calculado foi de cerca de 6. 75%.

Essa disparidade pode dever-se ao pequeno problema de calor registrado no qual o experimento foi conduzido. Além disso, a agregação de ideais ao longo dos cálculos pode ter causado uma certa porcentagem de erro nos resultados finais. O erro entre o fator de atrito estimado no programa turbulento e as informações do experimento pode ser causado pelo erro acima, uma vez que os experimentos foram conduzidos além daquele dentro do gráfico temperamental e / ou do gráfico dos valores plotados levando em consideração o efeito de viscosidade que, por sua vez, causa os erros de 3% a 6% entre os dois dados.

Resumo

Este experimento foi conduzido para analisar a resistência do fluxo em um tubo e estabelecer um benefício Re essencial para o fluxo no tubo. Através da plotagem no primeiro conjunto de informações nos gráficos temperamentais, foi mostrado que o fluxo era laminar até e incluindo o número de Reynolds de cerca de 2446. Isso foi próximo ao volume crítico esperado de Reynolds de 2300. No segundo grupo de dados, o a rugosidade relativa do tubo era de 0 0008.

Empregando, a viscosidade da água determinada estava à procura. 19 × 10-4 kg / ms. Este benefício tem um erro de 6º. 75% do valor sucumbiu à folha de dados. Esperavam-se pequenas diferenças nas crenças, pois houve alguns erros associados à realização da pesquisa. Alguns dos problemas envolvidos nas tentativas incluem erros humanos na tomada de medições, restrições de equipamentos e detalhes finos, além da confiabilidade das suposições e bases nas quais as equações e análises foram baseadas.

Referências

N. R. Munson, D. Farrenheit. Young, Capital t. H. Okiishi, Fundamentos da Mecânica dos Fluidos, 5ª impotência masculina., 2006, Steve Wiley e Sons Incorporation.

Fórmula de Darcy-Weisbach 2008. Reunidos em três ou mais de outubro de 2008, em http://en.wikipedia.org/wiki/Darcy-Weisbach_equation

Glenn Brown (2000), A História na Fórmula de Darcy-Weisbach. Recuperado em 4 de março de 08, de http://biosystems.okstate.edu/darcy/DarcyWeisbach/Darcy-WeisbachHistory.htmum particular

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