ΡΟΗ ΑΕΡΑ ΣΕ ΑΓΩΓΟΥΣ ΚΥΚΛΙΚΗΣ ΔΙΑΤΟΜΗΣ

 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Σκοπός του άρθρου αυτού είναι να υπολογίσουμε τις απώλειες που έχουμε σε ένα ΄΄κύκλωμα΄΄ αέρα. Με βάση κάποιους μαθηματικούς τύπους θα μπορούμε να βγάζουμε πορίσματα για τις επιλογές που κάνουμε στις σωληνώσεις μας. Τι κερδίζουμε, τι χάνουμε, τι μπορούμε να θεωρήσουμε αμελητέο, τι είναι σωστότερο κτλ.

 

ΑΠΩΛΕΙΕΣ

Ξεκαθαρίζουμε ότι θα μιλάμε για αγωγούς κυκλικής διατομής και μόνο. Στα συστήματα που εξετάζουμε έχουμε τις κύριες απώλειες και τις δευτερεύουσες απώλειες.

Κύριες απώλειες ενέργειας της ροής είναι αυτές που συμβαίνουν στα ευθύ-γραμμα τμήματα της σωλήνωσης και εξαρτώνται όπως είναι λογικό από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της σωλήνας που χρησιμοποιούμε καθώς και το υλικό κατασκευής της.

Δευτερεύουσες απώλειες ενέργειας της ροής είναι αυτές που προκαλούνται λόγω των διαφόρων εξαρτημάτων που παρεμβάλλονται στη ροή των ρευστών. Εδώ συμπεριλαμβάνονται οι στροφές, οι συστολές και οι διαστολές. (Θα ασχοληθούμε μόνο με αυτά που μας απασχολούν για το χώρο του αυτοκινήτου).

 

 

1) ΚΥΡΙΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ

  Τις απώλειες θα τις ονομάζουμε ύψος τριβών. Το ύψος τριβών σε αγωγούς κυκλικής διατομής υπολογίζεται από την εξίσωση των DarcyWeisbach :

 

 

,όπου :             f           =          ο συντελεστής τριβής

                        l           =          το μήκος του αγωγού

                        d          =          η εσωτερική διάμετρος του αγωγού

                        υ          =          η μέση ταχύτητα του αέρα

                        g          =          η επιτάχυνση της βαρύτητας (9,81 m/s2)

 

Η εξίσωση αυτή ισχύει και για στρωτή και για τυρβώδη ροή. 

 

ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΤΡΙΒΗΣ f  ΓΙΑ ΣΤΡΩΤΗ ΡΟΗ

  O συντελεστής τριβής f εξαρτάται από τις συνθήκες ροής και τον βαθμό κατεργασίας της εσωτερικής επιφάνειας του αγωγού. Για στρωτή ροή ο συντελεστής τριβής προκύπτει από τον τύπο :

 

           , όπου          

 

όπου :              Re        =          ο αριθμός Reynolds

                        μ          =          το ιξώδες

                        ρ          =          η πυκνότητα

  

Όταν Re < 2000, τότε έχουμε στρωτή ροή.

Όταν Re > 2000, τότε έχουμε τυρβώδη ροή.

 

Τελικά από τους παραπάνω τύπους προκύπτει για τη στρωτή ροή ότι :

 

      

ΤΡΑΧΥΤΗΤΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ

Ας κάνουμε εδώ μια παρένθεση και να μιλήσουμε για την τραχύτητα επιφανειών.

Η επιφάνεια κάθε στερεού, όσο λεία και άν φαίνεται, παρουσιάζει ανωμαλίες. Το μέγεθος των ανωμαλιών αυτών εκφράζεται ποσοτικά με ένα χαρακτηριστικό μήκος, e , το οποίο ονομάζεται (απόλυτη) τραχύτητα της επιφάνειας. Το μήκος e είναι ίσο με τη μέση στατιστική τιμή των υψών των εσοχών και των προεξοχών της επιφάνειας σε μια μεγάλη (σχετικά με το μέγεθός τους) έκταση. Δείτε το παρακάτω σχήμα για να καταλάβετε :

 

 

Η τιμή e εξαρτάται από το υλικό κατασκευής και από την επεξεργασία των εσωτερικών τοιχωμάτων του σωλήνα. Η διάβρωση και οι αποθέσεις αυξάνουν την τραχύτητα. Δείτε τον ενδεικτικό παρακάτω πίνακα : 

Βέβαια επειδή παίζει ρόλο και η εσωτερική διάμετρος ώστε να κρίνουμε αν είναι αμελητέα ή όχι η τραχύτητα, χρησιμοποιούμε τον λόγο e/d που ονομάζεται σχετική τραχύτητα. Χαρακτηριστικό είναι το παρακάτω διάγραμμα : 

ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΤΡΙΒΗΣ f  ΓΙΑ ΤΥΡΒΩΔΗ ΡΟΗ

 

Αν        4000 < Re < 105          τότε    

 

Αν        Re > 105                      τότε    

 

Στην δεύτερη περίπτωση το f το βρίσκουμε με δοκιμή-σφάλμα.      

   

2) ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΥΣΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ

Πάμε να δούμε τώρα τις δευτερεύουσες απώλειες οι οποίες έχουν και πιο πολύ ενδιαφέρον.

Στις κύριες απώλειες κύριο μέλημά μας ήταν ο υπολογισμός του ύψους τριβων hf και συνακόλουθα του f. Εδώ θα υπολογίζουμε το hm για το οποίο θα χρειαζόμαστε το km. Τα πράγματα εδώ είναι αρκετά απλά. Ο τύπος που χρησιμοποιούμε είναι : 

 

      

 

,όπου :             υ          =          η μέση ταχύτητα του αέρα

                        km        =          συντελεστής απωλειών του εξαρτήματος

 

Αφού υπολογίσουμε λοιπόν και το hm (ύψος των δευτερεύουσων απωλειών ενέργειας) , τότε το άθροισμα hf + hm μας δίνει τις συνολικές απώλειες.

Θα ήθελα να πώ εδώ ότι για τους περισσότερους μπορεί να μην υπάρχει και πολύ μεγάλο νόημα σε όλους αυτούς τους υπολογισμούς. Απλά πιστεύω ότι είναι κάτι που θα βοηθήσει κάποιον να κάνει σωστότερες επιλογές όταν για παράδειγμα θα θέλει να βελτιώσει την εισαγωγή αέρα του αυτοκινήτου, ή να δει τι να προσέξει στη σωλήνωση του
intercooler για τη δυνατό μικρότερη πτώση πίεσης.

Εδώ πλέον θα μιλάμε με σχήματα πιο πολύ και σχολιασμό τους.

  

1) ΑΠΟΤΟΜΕΣ ΔΙΑΣΤΟΛΕΣ

 

  

  

2) ΑΠΟΤΟΜΕΣ ΣΥΣΤΟΛΕΣ

  

 

 3) ΔΙΑΧΥΤΗΣ

   

 

4) ΑΚΡΟΦΥΣΙΟ

  

 
5) ΣΤΟΜΙΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΑΓΩΓΩΝ

 

 

 

  

6) ΣΤΟΜΙΑ ΕΞΟΔΟΥ ΑΓΩΓΩΝ

 

  

7) ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΚΑΙ ΓΩΝΙΕΣ

 

 

 

  

10) ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΙ

 

 

 

Οι πίνακες και τα κείμενα είναι από το βιβλίο του καθηγητή μου Άγγελου Παπαϊωάννου ''ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ''. Τα έχω επεξεργαστεί λίγο για να γίνουν πιο κατανοητά. Επειδή κάποια πιο εξειδικευμένα πράγματα τα έχω παραλήψει, αν θέλετε εμβάθυνση , διατυπώστε απορίες κι αν μπορώ θα βοηθήσω. 

   Luke_execute 16/3/2005

Αρχική σελίδα  |  Το Club   |  Νέα  Εκδηλώσεις  |  Tuning   |   Links   |   Downloads   |   Προσφορές  |   Μέλη   |   Forum    


              Copyright 2003- 2004 GTC club