Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

جریان در هیدرولیک کاربردی (1)

 2-5 جریان

قانون پاسکال تنها برای مایعاتی است که در حالت سکون یا ایستا قرار دارد. همانطور که قبلاً گفته شد مطالعه این علم درباره مایعات ساکن می باشد که به علم هیدرواستاتیک مربوط است. مطالعه مایعات در حال حرکت در دو بخش هیدروکنتیک (هیدرولیک جنبشی) و هیدرودینامیک بحث می شود. هیدروکنتیک حرکت ذرات سیال را بدون در نظر گرفتن نیروهایی که سبب ایجاد حرکت می شوند بررسی می شود. سرعت در هر نقطه و در هر زمان از لایه جریان در این شاخه از مکانیک سیالات بررسی می شود. زمانیکه سرعت تعیین شود می توان، توزیع فشار و نیروهای وارد بر جریان را تعیین نمود. هیدرودینامیک مطالعه حرکت سیال و نیروهایی است که جریان را بوجود می اورد. حرکت سیال را می توان با دو روش بررسی کرد:

  1. روش لاگرانژی
  2. روش اویلر

در روش لاگرانژی یک ذره از سیال به تنهایی جریان داده می شود و در طول حرکتش پارامترهایی نظیر فشار، چگالی، سرعت، شتاب و غیره تشریح می شود. در روش اویلر چناچه هر نقطه در فضای اشغال شده توسط سیال مورد نظر گرفته شود، پارامترهایی مثل فشارف چگالی، سرعت و شتاب بررسی میشود. روش اویلر عموماً بیشتر استفاده می شود و تجزیه و تحیل سیستم هیدرولیک با استفاده ازاین روش بهتر است. مطالعه هیچ بدون فهمیدن سه نکته مهم ذیل امکان پذیر نیست. این سه نکته در زیر شرح داده است:

  1. جریان باعث حرکت می شود: به منظور حرکت عملگرها در یک سیستم هیدرولیک می بایست، سیستم توسط جریان تغذیه شود. جک معمولاً جمع می شود و به جریانی نیاز دارد که انرا باز کند. عمل باز و بسته شدن جک توسط سوپاپ کنترل جهت انجام می شود.
  2. میزان جریان دبی سرعت را مشخص می کند: دبی معمولاً بر حسب گالن بر دقیقه اندازه گیری و توسط پمپ تامین شود. سرعت با توجه به تغییرات جریان خروجی پمپ تغییر می کند.
  3. تغییر در حجم جابجایی عملگرها در یک دبی داده شده سرعت عملگرها را تغییر می دهد. زمانیکه جک بسته می شود (جمع می شود)، به خاطر فضایی که توسط میله پیستون اشغال می شود به حجم روغن کمتری جهت جابجایی نیاز دارد. این امر بر میزان سرعت عملگر تاثیر میگذارد، بنابراین سرعت بسته شدن جک باسرعت باز شدن آن متفاوت است( پدیده جریان اختلافی).

2-5-1 معنی جریان

سرعت جریان در طراحی یک سیستم هیدرولیک بسیار مهم است. زمانیکه می گویم سیال در یک لوله در سیستم هیدرولیک به سمت پایین لوله جریان دارد، مفهوم جریان در انتقال ان سه معنی مجزا دارد که عبارتند از:

1.جریان حجمی: مقدار حجم از یک سیال است که از یک نقطه مشخص در واحد زمان عبور می کند.

2.جریان جرمی: مقدار جرمی از یک سیال است که در واحد زمان از یک نقطه مشخص عبور می کند.

3.سرعت جریان: مقداری از سرعت خطی یک سیال است که از یک نقطه مشخص عبور می کند.

2-5-2 انواع جریان سیال

جریان سیال را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود:

  • جریان پایدار و ناپایدار
  • جریانهای یکنواخت و غیر یکنواخت
  • جریانهای آرام و ناآرام
  • جریانهای چرخشی و غیر چرخشی

جریان پایدار:

منظور از جریان پایدار حالتی است که در هر نقطه از سیال، یک پارامتر یا کلیه پارامترهای آن که رفتار سیال را تشریح می کند مثل فشار، چگالی، سرعت، دما و غیره با گذشت زمان تغییر کند. جریان ناپایدار به جریانی گفته می شود که خصوصیات آن بر حسب زمان تغییر نماید یا به عبارت دیگر آهنگ جریان عبوری از هر سطح مقطع از لوله ثابت نباشد.

جریان یکنواخت:

به جریانی یکنواخت گفته می شود که سرعت آن تغییرنکند و یا بعبارتی مقدار و جهت آن در هر نقطه از سیال در زمان مربوطه تغییری ننماید. برای نمونه، جریان مایعات تحت فشار در یک لوله طویل با قطر ثابت بعنوان جریان یکنواخت شناخته می شود.

جریان غیر یکنواخت:

منظور از جریان غیر یکنواخت جریانی است که سرعت آن در نقاط مختلف بر حسب زمان تغییر می کند بعنوان مثال جریان مایعات تحت فشار در یک لوله طویل با قطر متغیر جریان غیر یکنواخت می باشد . تمام جریان های فوق می توانند بصورت مستقل از یکدیگر باشند. پس برای هر سیال یکی ازحالات زیر را در نظر می گیریم:

حالات زیر را در نظر می گیریم:

  1. جریان پایدار یکنواخت
  2. جریان پایدار غیر یکنواخت
  3. جریان نا پایدار یکنواخت
  4. جریان نا پایدار غیر یکنواخت

جریان آرام:

منظور از جریان آرام جریانی است که ذرات سیال آن در لایه های مختلف حرکت می کند. به گونه ای که یک لایه از سیال بر روی لایه مجاور خود می لغزد. ویسکوزیته سیال نقش تعیین کننده ای در ایجاد جریان آرام دارد. الگوی جریان نمایش داده شده توسط یک سیال با ویسکوزیته بالا عموماً رفتار آنها شبیه به جریان آرام است.

جریان ناآرام:

چناچه سرعت جریان از یک مقدار مشخص بیشتر شود جریان نا آرام خواهد شد(شکل 2-8b). حرکت ذرات سیال در جریان ناآرام اتفاقی می باشد و برخورد ذرات سیال به هم سبب ایجاد جریان آشفته و گردابی می شود که نتیجه آن افزایش بیشتر مقاومت در برابر حرکت سیال و به هدر رفتن انرژی در مقایسه با جریان آرام می باشد. مقاومت اصطکاکی که یک مایع در حال حرکت در یک لوله با آن مواجه می شود با سر عت سیال متناسب است. اگر چه زمانیکه جریان آشفته می شود مقاومت اصطکاکی ایجاد شده با مربع سرعت جریان سیال متناسب است.

در جریان آرام                                                                             f∞v

در جریان ناآرام                                                                          f ∞ v2

که در این رابطه:

f: مقاومت در برابر جریان سیال

d: ویسکو زیته سیال

بدلیل افت انرژی زیاد در جریان های گردابی معمولاً این جریان در سیستمهای هیدرولیک کاربردی ندارد.

برخی از عوامل ایجاد جریان ناآرام در سیستم های هیدرولیک شامل موارد ذیل می باشد:

  1. نا همواری اوله ها
  2. ایجاد مانع دربرابر جریان
  3. میزان انحناء و خمیدگی در لوله ها
  4. افزایش تعداد انحنا و خم و پیچ لوله ها.

عدد رینولدر:

در سیستم هیدرولیک، این عد د معیاری است برای تشخیص اینکه جریان درون لوله ارام یا نا آرام است و همچنین عامل تعیین کننده ای است جهت تبدیل شرایط جریان از حالت ارام به نا ارام. اهمیت عدد رینولدز در چنین شرایطی نمایان می گردد. آزمایشاتی که توسط آزبرن رینولذر (osbom Reynolds) در این باره صورت گرفت منجر به نتایج مهمی گردید که از طریق ان می توان ماهیت جریان را مشخص نمود.

عددرینولدز را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

(2-3)                                         

که در این رابطه:

V: سرعت جریان

D: قطر لوله

V: ویسکوزیته سینماتیک سیال

عدد رینو لدز یک نسبت خالص استف بنابراین بدون بعد می باشد. 

اگر عدد رینولدز (Re) کمتر از 2000 باشد، جریان آرام، اگر رینولدز (Re) بزرگتر از 4000 باشد، به آن جریان آشفته گفته می شود. اما اگر عدد رینولدز بین 2000و 4000 باشد، جریان حالت بحرانی دارد و بین جریان آرام و جریان نا آرام متغیر است و عملاً غیر ممکن است که بتوان در این محدوده نوع جریان را پیش بینی کرد. اما چانچه عدد رینو لدز در این محدوده باشد معمولاً جریان آشفته یا گردابی فرض می شود. همانطور که قبلاً گفته شد افت انرژی توسط جریان آشفته بالا می باشدبه همین خاطر در طراحی سیستم های هیدرولیک جریان ارام در نظر گرفته می شود و جریان آشفته کاربردی ندارد.افت انرژی زیاد در سیستم یکی از پیامد های جریان گردابی است که سبب افزایش درجه حرارت سیال در سیسستم می شود . با افزایش جزئی در قطر لوله به منظور فراهم نمودن جریان آرام تا اندازه زیادی می توان این عامل را کاهش داد.

جریان گردابی

منظور از جریان گردابی جریانی است که ذرات سیال در جهت جریان، حول خودشان بچرخد.

جریان غیر گردابی

چناچه ذرات سیال همانند الگوی جریان آرام حول محور خود دورانی نداشته باشد به آن جریان غیر گردابی گفته می شود.

مطالب مرتبط

بدين وسيله از متخصصين محترم، مديران، کارشناسان فني و بازرگاني آن شرکت دعوت مي گردد تا در دهمین سمینار تخصصی کمپرسور و تجهیزات هوای فشرده، مورخ 98/08/19 حضور بهم رسانند. خواهشمند است نماينده خود را حداکثر تا تاريخ 98/08/08 در وب سايت acin.ir ثبت نام نماييد تا اطلاعات تکميلی و بارکد ورود به سمينار براي ايشان ايميل گردد. در صورت نياز به اطلاعات بيشتر با شماره تلفن  09122000359  تماس حاصل فرمائيد.

برای ثبت نام کلیک نمایید.