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

فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

  فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

COMPRESSED AIR MANUAL BOOK

راهنمای هوای فشرده

 1-1-1   ساختمان ماده ( The structure of matter ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

اصولاً ماده از پروتون ها ، نوترون ها و الکترون ها تشکيل شده است . با اين وجود ساختارهاي واحد ديگري نيز وجود دارند که اين واحد ها باثبات نيستند .

تمام اين ذرات با چهار ويژگي شناخته مي شوند . بار الکتريکي شان ، جرم ساکن شان ، اندازه حرکت مکانيکي شان و اندازه حرکت مغناطيسي شان . تعداد پروتون ها در هسته اتم با عدد اتمي اتم مساوي است .مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها تقريباً با جرم کلي اتم مساوي است .

اين اطلاعات قسمتي از داده هائي است که مي توان آنها را از جدول تناوبي ( مند ليف ) استفاده نمود .

تعداد الکترون هاي موجود در پوسته الکترون با تعداد نوترون هاي موجود در هسته مساوي است . يعني اتم از لحاظ الکتريکي خنثي است .

فيزيکدان دانمارکي ، نيلز بوهر ، در اوايل سال 1913 از ميان ديگران ، نظريه اي ارائه نمود که نشان داد با واقعيت مطابقت دارد . او نشان داد که اتم ها فقط در يک حالت ساکن و با انرژي معيني مي توانند ظاهر شوند . اگر اتم از يک حالت انرژي به حالت ديگري از انرژي تغيير شکل دهد ، مقداري تشعشع از خود ساطع مي کند ، يک فوتون .

اين همان گذارهاي گوناگوني است که خودشان را به شکل نور با طول موج هاي مختلف معرفي مي نمايند .

اين نورها در يک طيف نگار به صورت خطوط طيف رنگي مرئي اتم ، ظاهر مي شوند .

1-1-2  مولکول و حالت هاي مختلف ماده( The molecule and the different States of matter ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

اتم هايي که بوسيله پيوند شيميايي در کنار يکديگر نگه داشته مي شوند ، مولکول ناميده مي شوند . مولکول ها آنقدر کوچک هستند که به عنوان مثال يک ميلي متر مکعب از هوا در فشار اتمسفري تقريباً     * 2/55  مولکول در بر دارد .

همه مواد در اصل در چهار حالت متفاوت وجود دارند : حالت جامد ، حالت مايع ، حالت گاز و حالت پلاسما . در حالت جامد ، مولکول ها بصورت مستحکمي در يک شبکه به يکديگر متصل هستـند . در تـمـام

 درجه حرارت هاي بالاي صفر مطلق ، مولکول ها مقدار معيني جنبش دارند . در حالت جامد ، هر چقدر که ارتعاش اطراف يک وضعيت متعادل ، تندتر باشد درجه حرارت بيشتر مي شود .

 وقتيکه به ماده اي در حالت جامد آنقدر گرما داده مي شود که ساختار صلب شبکه نتواند از جنبش مولکول ها ممانعت کند ، مولکول ها شل مي شوند ، ماده ذوب ميگردد و به مايع تبديل مي شود .

اگر به مايع بيشتر گرما داده شود ، پيوند مولکول ها شکسته مي شود و در هنگام انبساط در تمام جهات حرکت ميکند و به گاز تبديل مي شود و با گازهاي موجود ديگر در اتاق مخلوط مي گردد . وقتيکه مولکول هاي گاز سرد مي شوند ،

سرعتشان کاهش مي يابد و دوباره به يکديگر متصل مي شوند و ميعان شروع مي شود . با اين وجود ، اگر مولکول هاي گاز بيشتر گرم شوند ، به ذرات مجزائي شکسته مي شوند و پلاسمائي از الکترون ها و ذرات اتمي تشکيل مي دهند .

پوسته الکتروني ، ويژگي هاي شيميايي به عناصر مي دهد . در اينجا چند مثال ساده وجود دارد هيدروژن ( بالايي ) داراي يک الکترون در پوسته الکتروني است هيليوم ( وسطي ) داراي دو الکترون در يک پوسته الکتروني است ليتيوم ( پاييني ) داراي الکترون سوم در پوسته دوم الکتروني است .

1-2        واحدهاي فيزيکي  ( Physical units ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

1-2-1  فشار   ( Pressure ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

نيروي وارده بر روي سطح يک سانتي متر مربع ستوني از هوا ، که از سطح دريا به مرز اتمسفر حرکت مي کند          حدود N 13/10 است . بنابراين فشار مطلق اتمسفر در سطح دريا حدوداً N *10/13  بر هر متر مربع است که 1 پاسکال(Pa)  در واحد SI ، براي فشار ناميده مي شود . يک بررسي اوليه در ابعاد نشان مي دهد که Pa   1bar  = هر چقدر که از سطح دريا بالاتر باشيد ، فشار اتمسفر پايين تر خواهد بود و بر عکس .

1-2-2  دما ( Temperature )

تعريف شفاف از دماي يک گاز به مراتب از فشار آن سخت تر است . دما معياري از انرژي جنبشي در مولکول ها ميباشد . آنها در درجه حرارت هاي بالاتر ، سريع تر حرکت مي کنند و جنبش در صفر مطلق متوقف مي شود. مقياس کلوين بر اين اساس قرار دارد ، اما در غير اينصورت ، همانند مقياس سلسيوس درجه بندي مي شود .

T = t + 273/2

( K )  دماي مطلق T =

˚ C ) (  دما t =

1-2-3  ظرفيت گرمايي ( Thermal capacity ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

ظرفيت گرمايي دلالت دارد بر مقدار گرماي مورد نياز جهت افزايش دماي 1 Kg از يک ماده تا 1 K . بدين ترتيب اندازه ظرفيت حرارتي
J / Kg x K  خواهد بود . در نتيجه ظرفيت حرارتي مولکولي بصورت
J / mol x K اندازه گيري مي شود .

علائم اختصاري به اين شرح مي باشد :

= ظرفيت حرارتي در فشار ثابت

= ظرفيت حرارتي در حجم ثابت

= ظرفيت حرارتي مولکولي در فشار ثابت

= ظرفيت حرارتي مولکولي در حجم ثابت

ظرفيت حرارتي در يک فشار ثابت هميشه از ظرفيت حرارتي در يک حجم ثابت ، بزرگتر است . بنابراين ، ظرفيت حرارتي برايي يک ماده ، ثابت نيست ، اما ، بطور کل به همراه دما افزايش مي يابد .

براي کاربرد عملي ممکن است که غالباً يک مقدار ميانگين مورد استفاده قرار گيرد و اين مقدار ميانگين براي مايعات و جامدات اين چنين است   . بنابراين توان مصرفي مورد نظر براي گرما دادن به يک مقدار جرم از   تا  بدين صورت خواهد بود .

Q  m x c x ( –  )

Q = توان حرارتي  (W)

m = مقدار جرم  ( Kg / S )

C = ظرفيت حرارتي ويژه ( J / Kg x K )

t = درجه حرارت ( K )

توضيح اينکه چرا  از  بزرگتر است مربوط است به کاري که گاز هنگام انبساط در فشار ثابت بايد انجام دهد .

رابطه بين  و  ، کاپا K  ناميده مي شود که تابعي از تعداد اتم هاي موجود در مولکول است .

1-2-4  کار ( Work ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

کار مکانيکي عبارت است از ،حاصلضرب يک نيرو در مسافتي که جسم تحت تأثير آن نيرو پيموده است .درست همانند گرما ، کار يک انرژي است که از جسمي به جسم ديگري منتقل مي شود . تنها تفاوت  اين است که کار يک نيرو است نه دما .

به عنوان مثال ، فشردگي گاز را در سيلندر توسط يک پيستون متحرک در نظر بگيريد . فشردگي از طريق نيروئي ايجاد ميشود که پيستون را حرکت مي دهد . بطور همزمان ، انرژي از پيستون به گازي که در محيط بسته قرار دارد ، انتقال مي يابد . اين انتقال انرژي در معني ترموديناميک به عنوان کار محسوب مي شود مجموع انرژي اعمال شده و منتقل شده هميشه ثابت است .

کار مي تواند نتايج متفاوتي را به بار آورد ، به عنوان مثال به انرژي پتانسيل ، انرژي جنبشي يا انرژي حرارتي تبديل شود

کار مکانيکي که باعث ايجاد تغييراتي در حجم گاز يا ترکيب گاز مي گردد ، يکي از مهمترين فرايند هاي ترموديناميکي محسوب مي گردد . واحد اندازه گيري بين المللي براي کار ،‌ ژول است .

1 J = 1 Nm = 1 Ws

1-2-5    توان ( Power )

توان ، کاري است که در واحد زمان انجام مي شود . واحد اندازه گيري بين المللي براي توان ، وات است .

1 W = 1 J/s

به عنوان مثال ، مقدار توان يا  انرژي وارده بر يک محور چرخان در يک کمپرسور به لحاظ کمي به گرماي خارج شده از سيستم بعلاوة گرماي به کار گرفته شده در فشردن گاز ، شباهت داد .

1-2-6     مقدار حجم جاري  ( Volume Rate of flow )

واحد اندازه گيري سيستم بين المللي براي مقدار حجم در حال حرکت ،  است . با اين وجود وقتيکه صحبت دربارة مقدار حجم در حال حرکت ،براي مثال در يک کمپرسور به ميان مي آيد ، از واحد ليتر بر ثانيه ( l / s ) استفاده    مي شود .

اين مقدار حجم در حال حرکت ظرفيت کمپرسور ناميده مي شود ، و يا به صورت نرمال ليتر/ ثانيه ) ( Nl / s و يا به عنوان مقدار هواي خروجي آزاد ( l / s ) بيان ميگردد . با استفاده از واحد نرمال ليتر / ثانيه ) ( Nl / s  مقدار هواي در حال حرکت را مي توان دوباره به ” حالت نرمال  ” مثلآ در 013/1 بار و˚0  محاسبه کرد. اين واحد ، زماني مورد استفاده قرار ميگيرد که مي خواهيد مقدار جرم را تعيين کنيد .

با استفاده از مقدار هواي خروجي آزاد مي توان مقدار هواي خروجي کمپرسور را دوباره به حالت ورودي استانداردش        ( فشار ورودي و دماي ورودي )  محاسبه کرد. بدين ترتيب ، اگر بخواهيم محيط را از هوا پر کنيم ، مي توانيم محاسبه کنيم که محيط مورد نظر براي پر شدن به چند ليتر هوا نياز دارد . رابطه اين دو مقدار حجم در حال حرکت بصورت زير است (توجه کنيد که فرمول زير ميزان رطوبت را به حساب نمي آورد ) :

مقدار حجم در حال حرکت به عنوان سرعت آزاد جريان هوا = ( l / s )

مقدار حجم در حال حرکت به عنوان  نرمال ليتر بر ثانيه = ( Nl / s )

دماي ورودي  = ( C ˚)

فشار ورودي       (بار) =

1-3 ترموديناميک  ( Thermodynamics ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

1-3-1  اصول عمده  ( Main principles ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

اولين قانون اصلي علم ترموديناميک ، قانون طبيعت است که نمي توان آن را اثبات کرد ولي بدون هيچ قيد و شرطي پذيرفته مي شود . اين قانون مي گويد که نه مي توان انرژي را بوجود آورد و نه مي توان آن را از بين برد ، از اين رو مي گوييم که انرژي کلي در يک سيستم بسته ، ثابت است . دومين قانون اصلي علم ترموديناميک مي گويد که گرما هيچ گاه نمي تواند ” به خودي خود ”  از يک منبع به منبع گرم تر منتقل شود . اين اصل بدين معني است که انرژي فقط زماني مي تواند براي انجام کار در دسترس باشد که بتوان آن را از سطح درجه حرارت بالاتر به يک سطح حرارتي پايين تري تبديل کرد. بنابراين ، به عنوان مثال ، در يک موتور حرارتي ، تبديل مقداري گرما به کار مکانيکي فقط زمان             مي تواند روي دهد که قسمتي از اين مقدار گرما بدون تبديل شدن به کار بطور همزمان سوق داده شود.

1-3-2  قوانين گاز ( Gas laws ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

قانون بويل مي گويد ، اگر درجه حرارت ثابت باشد ، حاصلضرب فشار و حجم نيز ثابت است . اين رابطه بصورت زير نوشته مي شود :

( Pa)   فشار مطلق p = ) (  حجم  = V )

يعني اگر در حين تراکم ، حجم نصف شود بنابراين فشار دو برابر ميگردد .

بر طبق قانون چارلز ، حجم گاز رابطه مستقيمي با تغيير درجه حرارت دارد . اين رابطه به اينصورت نشان داده مي شود :

) (  حجم V =

 ( K )  درجه حرارت مطلق T =

تفاوت حجم =

تفاوت دما =

قانون کلي حالت گازها ترکيبي از قانون چارلز و قانون بويل است . اين قانون نشان مي دهد که چگونه فشار ، حجم و درجه حرارت يکديگر را تحت تأثير قرار مي دهند . وقتيکه يکي از اين متغيرها تغيير نمايد، اين تغيير ، حداقل يکي از دو متغير ديگر را تحت تأثير قرار مي دهد . اين قانون را مي توان بصورت زير نوشت :

ضريب ثابت گاز

( Pa)   فشار مطلق p =

/ Kg )  (  حجم مخصوص v =

( K )  درجه حرارت مطلق T =

( J / kg x k )  درجه حرارت مطلق R =

ضريب ثابت R ، ضريب ثابت مخصوص گازها ناميده مي شود و فقط مربوط به ويژگي هاي گاز است .                    اگر به جرم m حجم V نسبت داده شود ، اين رابطه بصورت زير مي تواند نوشته شود :

p x V = m x  x T

( Pa)   فشار مطلق p =

) (  حجم V =

( kmol )   جرم مولي m =

ضريب ثابت گاز =

 ( J / kmol x K )   8314       =

( K )  درجه حرارت مطلق T =

1-3-3  انتقال حرارت ( Heat transfer ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

تفاوت گرمايي درون هر جسم يا بين اجسام مختلف ، هميشه منجر به انتقال حرارت مي شود ،بطوريکه تعادل حرارتي بدست آيد . اين انتقال حرارت مي تواند به سه روش صورت پذيرد : از طريق رسانايي ، کنواکسيون يا تشعشع . در واقع ، انتقال حرارت به هر سه روش بصورت موازي روي ميدهد .

رسانايي بين جسم هاي جامد و يا بين لايه هاي نازک مايع يا گاز روي مي دهد . مولکولهائي که در حال جنبش هستند ، انرژي جنبشي خودشان را به مولکول هاي مجاور منتقل مي کنند. انتقال گرما مي تواند به صورت انتقال آزاد با حرکت طبيعي در سيال و يا انتقال اجباري روي دهد . مثلاً ،حرکت در انتقال اجباري گرما توسط پمپ يا پنکه ايجاد مي شود .

انتقال اجباري گرما بطور چشمگيري گرما را بيشتر انتقال مي دهد .

 تمامي اجسامي که داراي درجه حرارتي بالا تر از 0˚K هستند از خود تشعشعات حرارتي ساطع مي نمايند. وقتيکه تشعشعات حرارتي با يک جسم برخورد مي کنند ، مقداري از آن انرژي جذب جسم مي شود و به گرما تبديل مي شود . آن تشعشعاتي که جذب نمي شوند از اين جسم عبور ميکنند و يا منعکس مي گردند . فقط جسمي که کاملاً سياه رنگ است مي تواند بطور تئوريکي تمام انرژي تابيده شده را جذب کند .

در عمل ، انتقال حرارت ، مجموع انتقالات حرارتي است که از طريق رسانايي ، کنواکسيون و تشعشع صورت مي پذيرد.

معمولاً رابطه زير به کار گرفته مي شود :

q = k x A x  x t

( J )   کميت حرارتي q =

 x K )   (W /  ضريب کلي انتقال حرارت k =

) (  مساحت A =

) (  حجم V =

اختلاف حرارت =

( s )   زمان t =

انتقال حرارت غالباً بين دو جسمي روي مي دهد که توسط يک ديواره از يکديگر جدا شده اند . ضريب کلي انتقال حرارت به ضريب انتقال حرارت طرفين ديواره و ضريب هدايت حرارتي ديواره بستگي دارد . براي چنين ديوارة تميز و مسطحي ،‌ رابطه زير به کار برده مي شود :

1 / k = 1  + d /  + 1 /

x K )   ( W /  ضريب انتقال حرارتي طرفين ديواره =

( m )    ضخامت ديواره d =

x K )   ( W /  ضريب انتقال حرارتي ديواره =

x K )   (W /  ضريب کلي انتقال حرارت k =

به عنوان مثال ؛ مقدار گرماي منتقل شده در يک مبدل حرارتي ، در هر نقطه تابعي از اختلاف حرارت غالب و ضريب کلي انتقال حرارت است . رابطه زير براي کل سطح انتقال حرارت قابل بکارگيري است :

Q = k x A x

( W )    مقدار حرارت انتقال يافتهQ =

x K )   (W /  ضريب کلي انتقال حرارت k =

 K )  (  متوسط لگاريتمي اختلاف دما  =

تفاوت لگاريتمي دماي متوسط به عنوان رابطه بين اختلاف دما در دو طرف اتصال مبدل حرارتي تعريف مي شود ، اين رابطه بصورت زير بيان مي گردد :

K )  ( تفاوت لگاريتمي دماي متوسط  =

مي توانيد تغييرات ايجاد شده در حالت گاز را از يک نقطه تا نقطه ديگر در نمودار p / V   دنبال کنيد .

K )  ( اختلاف دما بر طبق شکل6 : 1     =

فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها ” فيزيک کلی هوا در کمپرسورها “

1-3-4  تغييرات در حالت ( Changes in state ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

اين نمودار در واقع بايد داراي سه محور براي متغير هاي p ، V و T باشد . به همراه تغيير در حالت ،شما در امتداد منحني بر روي سطح و در فضايي که بعداً تشکيل ميشود حرکت مي کنيد .

با اين وجود ، شما معمولاً تصوير منحني را روي يکي از سه سطح در نظر ميگيريد ، معمولاً روي سطح p / V  عمدتاً بين پنج متغير متفاوت در حالت ، تمايزي ايجاد مي شود .

فرايند هم حجمي ( حجم ثابت ) ، فرايند هم فشاري ( فشار ثابت ) ، فرايند هم دمايي ( دماي ثابت ) ، فرايند هم دمائي  ( بدون تبادل گرما با محيط اطراف ) و فرايند چند ساني ( که تبادل گرما با محيط اطراف از طريق يک عملکرد رياضي ساده بيان مي شود ) .

1-3-4-1 فرايند هم حجمي ( Isochoric process ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

گرما دان يک گاز در يک فضاي بسته ، مثالي از فرايند هم حجمي است . رابطه مقدار گرماي به کار گرفته شده بصورت زير است :

q = m x  x (- )

( J )   مقدار حرارت q =

( kg )   جرم m =

(J / kg x K )   ظرفيت حرارتي در حجم ثابت =

( K )   دماي مطلق T =

1-3-4-2 فرايند هم فشاري ( Isobaric process ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

گرمايش گاز در سيلندري که داراي پيستوني با بارگذاري ثابت ميباشد نمونه اي از فرايند هم فشاري محسوب مي شود .  رابطه مقدار گرماي بکار گرفته شده بصورت زير است :

q = m x  x (-)

( J )   مقدار حرارت q =

( kg )   جرم m =

(J / kg x K )   ظرفيت خرارتي در فشار ثابت =

( K )   دماي مطلق T =

1-3-4-3     فرايند هم دمايي ( Isothermic process )

اگر گاز موجود در يک استوانه بطوري فشرده شود که دماي آن تغير ننمايد ، مقدار گرمائي  که با کار اعمال شده مساوي است بايد بتدريج بيرون فرستاده شود . اين امر در عمل غير ممکن است ، چنين فرايند آهسته اي نمي تواند صورت   پذيرد :

رابطه مقدار گرماي بيرون فرستاده شده بصورت زير است :

q = m x  R x  T x ln ()

q = x  x  ln ()

( J )   مقدار حرارت q =

( kg )   جرم m =

( J / kg x K )   ضريب مخصوص گاز R =

( K )   دماي مطلق T =

) (  حجم V =

P = فشار مطلق ( Pa )

1-3-4-4  فرايند هم دمائيبدون تبادل گرمايي با محيط ( Isentropic process ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

نمونه اي از فرايند هم دمائي  ( بدون تبادل گرمايي با محيط ) ، اين است که در استوانه اي که کاملاً عايق بندي شده است گاز بدون هيچ تبادل گرمايي با محيط تحت فشار قرار گيرد ، يا گاز آنقدر سريع گرما داده شود که فرصت کافي براي تبادل گرما با محيط اطراف ايجاد نشود . رابطه اين فرايند به صورت زير است :

P = فشار مطلق ( Pa )

) (  حجم V =

( K )   دماي مطلق T =

 K =

1-3-4-5  فرايند چند ساني ( Polytropic process ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

فرايند هم دمايي شامل تبادل کامل دما با محيط اطراف است و در فرايند هائي نيز  هيچ تبادل گرمايي صورت نمي گيرد . در واقع همه فرايند ها ، چيزي بين اين دو حد هستند و اين فرايند کلي ، چند ساني ناميده مي شود . رابطه چنين فراينده بصورت زير است :

p =  = ثابت

P = فشار مطلق ( Pa )

) (  حجم V =

به معني فرايند هم فشاري است n = 0

به معني فرايند هم دمايي است n = 1

به معني فرايند عدم تبادل دمائي با محيط است n = K

به معني فرايند هم حجمي است n =

1-3-5  عبور جريان گاز از يک مجرا (nozzle   Gas flow through a) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

عبور جريان گاز از يک مجرا به نسبت فشار در طرفين مجرا بستگي دارد . اگر فشار بعد از مجرا پايين آورده شود جريان افزايش مي يابد . با اين وجود ، جريان فقط تا زماني آنقدر بالا است که فشار قبل از مجرا تقريباً دو برابر شود . کاهش بيشتر فشار بعد از مجرا باعث افزايش جريان نمي شود .

اين نسبت فشار بحراني است و به توان فرايند عدم تبادل دمائي با محيط ( K ) بستگي دارد . نسبت فشار بحراني وقتي روي مي دهد که سرعت جريان با سرعت صوتي موجود در باريک ترين قسمت مجرا مساوي باشد .

جريان وقتي فوق بحراني مي شود که فشار بعد از مجرا تحت مقادير بحراني بيشتر کاهش داده شود . رابطة عبور جريان از يک مجرا به صورت زير است :

G =  x  x  x  x A x

P =  جريان جرم( kg / s )

ضريب مجرا  =

ضريب جريان  =

) (  کمترين مساخت منطقه جريان A =

( J / kg x K )   ضريب مخصوص گاز R =

ضريب جريان  =

ضريب جريان  =

1-3-6  عبور جريان از درون لوله ها ( Flow through pipes ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

عدد رينولد نسبت بي بعدي است که بين اينرسي و اصطکاک در يک سيال جاري وجود دارد . اين عدد بصورت زير تعريف مي شود :

Re = D x w x  x = D x w / v

D =  يک اندازه مشخص ( به عنوان مثال قطر لوله )( m )

w =سرعت متوسط جريان  ( m / s )

p = دانسيته سيال جاري ( kg / )

= گرانروي ديناميکي سيال جاري ( Pa / s)

V =  = گرانروي جنبشي سيال جاري (/ s)

در اصل در يک لوله دو نوع جريان مي تواند وجود داشته باشد . اگر Re < 2000  باشد ، نيروهاي گرانروي سيال مسلط ميگردند و جريان لايه اي مي گردد . يعني لايه هاي متفاوت موجود در سيال در ارتباط با يکديگر به صورت خوبي حرکت مي کنند . توزيع سرعت در سراسر اين لايه هاي آرام معمولاً سهمي شکل است .اگر Re ≥ 4000 باشد نيروهاي گرانروي بر سيال جاري مسلط شده ، جريان متلاطم ميگردد و ذرات بصورت تصادفي حرکت مي کنند . توزيع سرعت در سطح لايه اي که جريان متلاطمي دارد پراکنده مي شود .

در منطقه بحراني که بين Re ≤ 2000 و Re ≥ 4000 قرار دارد ، حالات جريان نامشخص هستند ، جريان آرام ، يا متلاطم و يا ترکيبي از هر دو مي باشد . اين حالات جريان با فاکتور هايي نظير صيقلي بودن سطح لوله يا توابع ديگر کنترل    مي شوند .

براي راه اندازي يک جريان در لوله ، لازم است که اختلاف فشار يا افت فشار مشخصي وجود داشته باشد تا بر اصطکاک در لوله و اتصالات غلبه کند . ميزان افت فشار به قطر ، طول ، شکل و نيز ميزان صيقلي بودن سطح لوله و عدد رينولد بستگي دارد .

1-3-7   تنظيم مجرا ( Throttling ) در فيزيک کلی هوا در کمپرسورها

وقتي که گاز مورد نظري از ميان مجراي باريکي که فشار قبل و بعد از آن مجرا ثابت است ، عبور مي کند ، درجه حرارت ثابت خواهد ماند . با اين وجود ، افت فشاري در سراسر اين مجراي باريک ايجاد ميشود، که به علت تبديل انرژي دروني به انرژي جنبشي مي باشد ، که به همين دليل هم درجه حرارت پايين مي آيد . با توجه به اين ، براي گازهاي واقعي اين تغيير دما پايدار مي شود ، حتي اگر ميزان انرژي گاز ثابت باشد . اين پديده ، اثر ژول تامسون ناميده مي شود . تغيير دما مساوي است با افت فشار ايجاد شده در سراسر مجرا ضرب در ضريب ژول توماسون .

 اگر دماي يک سيال جاري به اندازه کافي پايين باشد ( 329 ˚C + ≤ ) ، در سراسر مجراي باريک ، افت دما مشاهده مي شود ، اما اگر سيال جاري گرم تر باشد ، افزايش دما رخ ميدهد .اين شرايط در بسياري از موارد تکنيکي مورد استفاده قرار ميگيرد ، نظير ، فن آوري تبريد و جداسازي گازها .


مطالب مرتبط