رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

2-5-6 رابطه فشار و جریان

شکل 2-11 ونتوری را که شامل سه بخش زیر است را نشان می دهد:

  • بخش همگرا
  • تگنا
  • بخش واگرا

فرض بر این است که و ، سرعت های سیال در قسمت همگرا(بخش 1) و تگنا(بخش2) باشد با توجه به معادله پیوستگی سرعت جریان در دهانه بزرگتر از  است. معادله برنولی برای جریان بین بخش های 1و2 می تواند این چنین نوشته شود:    

زمانی که لوله افقی است، انرژی پتانسیل در هر دو بخش ثابت می باشد. لازم به ذکر است زمانیکه خطوط جریان هم سطح باشند یا اختلاف سطح کمی داشته باشند، از هد ارتفاع می توان چشم پوشی کرد. زمانی که  بزرگتر از  باشد، فشار  نیز می بایست بزرگتر از فشار باشد که این متناسب با قانونبقای انرژی است چرا که اگر سیال، انرژی جنبشی را با عبور از بخش 1 به بخش 2 به دست آورده باشد، می بایست انرژی فشار را نیز به خاطر صحت قانون بقای انرژی از دست بدهد. مجدداً، در بخش واگرای لوله، فشار بهتر می شود و سرعت جریان پایین می آید.

2-6 اندازه گیری جریان

به منظور عیب یابی سیستم های هیدرولیک و ارزیابی عملکرد اجزاء آن، اغلب به اندازه گیری شدت جریان یا همان دبی نیاز می باشد. برای مثال، اندازه گیری های جریان به منظور بررسی بازده حجمی پمپ ها و نیز تعیین مسیرهای نشتی در سیستم هیدرولیکی می باشد. اگر چه وسایل اندازه گیری متعددی برای اندازه گیری پارامترهای مختلف در مدار هیدرولیکی وجود دارد، بحث ما به سه نوع وسیله متداول محدود می شود، که شاملک(1) رو تامتر، (2) جریان سنج توربینی و (3) جریان سنج صفحه روزنه دار می باشد.

2-6-1 روتامتر

روتامتر دبی سنجی است با سطح متغیر و متداول ترین نوع در میان همه وسایل اندازه گیری جریان می باشد. شکل (2-12) عملکرد یک رو تامتر را نشان می دهد. رو تامتر شامل لوله شیشه ای مدرج به شکل مخروط ناقص و یک شناور اندازه گیر است که می تواند به طور عمودی به سمت بالا و پایین در لوله شیشه ای حرکت کند. دو در پوش یکی در بالا و یکی در پایین لوله مانع از خارج شدن شناو از لوله شیشه ای می شود. جریانسیال از طریق دهانه ورودی در ته لوله وارد لوله شیشه ای می شود و با عبور از لوله شیشه مخروطی بدلیل وجود اصطکاک بین سیال و شناور، شناور را به سمت نیروی وزنشناور در خلاف جهت نیروی سیال عمل می کند. باحرکت شناور به سمت بالا سطح مقطع افزایش یافته و اصطکاک بین سیال و شناور کم می شود. با عبور سیال از این جریان سنج، شناور در محلی متوقف می شود که نیروی حاصل از عبور سیال از اطراف شناور به طرف بالا با نیروی وزن شناور متعادل شود. هر چه عبور از سیال  از لوله سریع تر باشد نیروی عمودی رو به بالا بیشتر شده و شناور در موقعیت بالاتری قرار می گیرد . موقعیت قرار گیری شنور درون لوله با شدت جریان عبوری متناسب است و مستقیماً می توان از شیشه رو تامتر خواند.  وقتی هیچ جریانی وارد لوله نشود، شناور در ته لوله مخروطی باقی می ماند و با در پوش پائینی در تماس است.

2-6-2 جریان سنج توربینی

شکل(2-13) نمونه ای از یک جریان سنج توربینی را نشان می دهد. این جریان سنج یک توربین چرخان در بدنه خود دارد که به بدنه لوله متصل است و می توان شدت جریان را اندازه گیری نمود عبور جریان سیال سبب چرخش توربین می شود. هر چه سرعت جریان بیشتر باشد توربین را با سرعت بیشتری می چرخاند. سرعت گردش توربین را می توان به سیگنال الکترونیکی تبدیل کرد و با استفاده از یک نمایشگر دیجیتال نشان داد.

2-6-3 جریان سنج روزنه ای

روش دیگری که برای سنجش سرعت جریان استفاده می شود استفاده از جریان سنج با صفحه روزنه دار می باشد که مطابق شکل (2-14) بر روی بدنه لوله نصب می شود. این شکل همجنین دو فشار سنج را نشان می دهد که در دو طرف روزنه قرار گرفته است. این جریان سنج بر اساس اختلاف فشار کار می کند وبر این اساس است که افت فشار در یک گذرکاه با شدت جریان عبوری متناسب است. در این جریان سنج فشار سیال قبل و بعد از روزنه اندازه گیری می شود و سپس شدت جریان با توجه به افت فشار بدست می آید. هر چه افت فشار بیشتر باشد شدت جریان عبوری نیز بیشتر خواهد شد.

دبی واقعی را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

 Q=1.41CA

که در این رابطه:

Q: شدت جریان بر حسب m/ s

C:   ضریب جریان ( برای روزنه ها با لبه تیز c=/8 و برای روزنه های مربع شکل

A : سطح دهانه روزنه بر حسب m2

S: چگالی مخصوص سیال

AP= افت فشار در دو طرف روزنه بر حسب PSIوKPA

2-7 انواع سیا لات

سیالات را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی تمود:

  • سیال ایده آل
  • سیال واقعی
  • سیال نیوتنی
  • سیال غیر نیوتنی

سیال ایده آل:

یک سیال ایده ال غیر قابل تراکم می باشد و ویسکوزیته ندارد. چنین سیالی فقط می تواند فرضی باشد همانند همه سیالات موجود که دارای مقداری ویسکوزیته می باشند.

سیال واقعی:

بطور ساده یک سیال واقعی دارای ویسکوزیته معینی می باشد. در واقع تمام سیالات سیال واقعی می باشند.

سیال نیوتنی:

 در طی بحثی که راجع به ویسکوزیته شد، دیدیم که تنش برشی متناسب با شیب سرعت می باشد. یعنی ta dv/dy. یک سیال واقعی که تنش برشی آن متناسب با شیب سرعت می باشد بعنوان سیال نیوتنی شناخته می شود.

سیال غیر نیوتنی:

یک سیال واقعی که تنش برشی آن با شیب سرعت متناسب نباشد یک سیال غیر نیوتنی نام دارد.