Akışkanlar dinamiğinde Darcy-Weisbach eşitliği, uzun bir boruda akan bir sıvının sürtünme kaynaklı yük ve basınç kaybıyla alakalı olaybilimsel bir eşitliktir. Eşitlik ismini ve Julius Weisbach'tan almaktadır. Darcy-Weisbach eşitliği Darcy sürtünme faktörü olarak da bilinen boyutsuz sürtünme faktörünü içerir. Ayrıca Darcy-Weisbach sürtünme faktörü ve Moody sürtünme faktörü olarak da bilinir. Darcy sürtünme faktörü 4 katı olduğu Fanning sürtünme faktörü ile karıştırılmamalıdır.
Yük Kaybı Kalıbı
Yük kaybı ;
formülü ile hesaplanabilir.
- hf sütünmeden kaynaklı yük kaybı (SI birim: m);
- L borunun uzunluğu(m);
- D borunun hidrolik çapı (borunun dairesel kesiti için iç çapa eşittir) (m);
- V ortalama akış hızı (hacimsel akış ile birim zamanda ıslanan alan oranı) (m/s);
- g yerçekimi ivmesi (m/s²);
- fD boyutsuz Darcy sürtünme faktörü.
Basınç Kaybı Kalıbı
Akışkanın bir kolon yüksekliği, yük kaybı da kullanılarak basınç kaybı Δp olarak açıklanabilir.
ρ: akışkanın yoğunluğu. Darcy-Weisbach eşitliği aynı zamanda basınç kaybı için de yazılabilir:
Sürtünmeden kaynaklı basınç kaybı Δp (Pa) :
- boru uzunluğunun botu çaıpına oranına, L/D;
- sıvının yoğuluğuna, ρ (kg/m³);
- ortalama akış hızına, V (m/s),
- Darcy sürtünme faktörüne fD bağlı bir fonksiyondur.
Basınç kaybı eşitliği, yük kaybı eşitliğinin iki tarafınıda ρ ve g ile çarparak türetilebilir.
Darcy sürtünme faktörü
- Ayrıca bakınız
Sürtünme faktörü fD ve akış katsayısı λ sabit değildir ve borunun değişkenlerine ve akış hızına bağlı olarak değişim gösterir ancak belirgin akış bölgelerinde yüksek kesinliği bilinmektedir. Çeşitli deneysel veya teorik ilişkilendirmeler kullanılarak hesaplanabilirken, yayınlanmış çizelgelerden de edinilebilir. Bu çizelgeler Moody Şemaları olarak da bilinir ve faktörün kendisi de Moody sürtünme faktörü olarak adlandırılır. Yayınladığı yaklaşık formül sonrasında Blasius sürtünme faktörü olarak da adlandırılmıştır.
Yavaş akışlar için Poiseville Yasası'nın bir sonucudur. λ = 64/Re,, Re:Borunun hidrolik çapının özgün uzunluğunun ikame edilmesiyle hesaplanan Reynold sayısı.
Hızlı akışlarda sürtünme faktörünü bulmak için Moody Şeması kullanılır ya da Celebrook-White eşitliği veya Swamee-Juin eşitliği gibi eşitlikler çözülür. Şema ve Celebrook-White eşitliği tekrarlanan metotlarken Swamee-Juin eşitliği tamamen dolu bir akış için sürtünme faktörüne direkt ulaşmayı sağlar.
Fanning sürtünme faktörü ile yaşanan karışıklık
Darcy-Weisbach sürtünme faktörünün fD, Fanning sürtünme faktöründen f 4 kat daha büyük olduğu herhangi bir işleme başlamadan ya da çizelge kullanılmadan önce not edilmelidir. Darcy-Weisbach faktörü inşaat ve matematik mühendisleri tarafından, Fanning sürtünme faktörü ise kimya mühendisleri tarafından yaygın kullanılır.
Çoğu çizelge ve tablo sürtünme faktörünün tipini belirtir, en azından yavaş akış için formülü verir. Eğer ki yavaş akış için formül f = 16/Re ise Fanning faktörü f, eğer formül fD = 64/Re ise Darcy-Weisbach sürtünme faktörü fD'dir.
Moody şeması kullanırken eğer ki yayıncı formuülü belirtmediyse, formuülü şemadan çıkarmak için şu adımlar uygulanır;
- Yavaş akış için Reynold Sayısı 1000'e denk gelen sürtünme faktörü gözlemlenir.
- Eğer ki sürtünme faktörü 0.064 ise Darcy sürtünme faktörü işlenmiş demektir. Sayıdaki sıfır olmayan değerlerformülün pay kısmıdır. fD = 64/Re.
- Eğer ki sürtünme faktörünün değeri 0.016 ise Fanning sürtünme faktörü işlenmiş demektir. Sayıdaki sıfır olmayan değerler formülün pay kısmıdır. f = 16/Re.
Yukarıdaki işleyiş 10'un kuvvetleri şeklindeki bütün Reynold sayıları için aynıdır. Sayının 1000 olması değil 10'un kuvveti olması önemlidir.
Tarihçe
Tarihsel olarak bu eşitlik Prony Eşitliği'nin bir değişkeni olarak ortaya çıkmıştır ve bu değişken Fransa'dan Henry Darcy tarafından geliştirilmiştir ve Saksonya'da Julius Weisbach tarafından 1854'te bugünkü şekline büründürülmüştür. İlk başlarda sürtünmenin hıza göre çeşitlenmesindeki bilgi bir eksiklikti. Bu yüzde Darcy-Weisbach eşitliği ilk olarak deneysel Prony vakalarında çok işe yaradı. Sonraki yıllarda sadece kesin bilinen akış bölgelerinde geçerli deneysel eşitlikler lehine çok özel durumlardan sakınıldı. Hesaplamalarda çok daha basit lan Hazen-Williams veya Mannings eşitlikleri kullanılırdı. Hesap makinelerinin icadından sonra hesaplama yapmak basitleştiği için Darcy-Weisbach eşitliği tekrar tercih edilmeye başlandı.
Türetim
Darcy-Weisbach eşitliği boyutsal analizler sonucu elde edilen olaybilimsel bir formüldür.
Borunun uçlarından uzakta akışın özellikleri bulunduğu yerden bağımsızdır. Anahtar özellikler birim uzunluktaki basınç kaybı Δp/L ve hacimsel akış oranıdır. Akış oranı ıslanan alana bölünerek ortalama hıza dönüştürülebilir. (Borunun tamamı suyla doluysa kesit alana eşittir.)
Basınç, birim hacim başına düşen boyutsal enerjidir. Öyleyse iki nokta arasındaki basınç kaybı(1/2)ρV2 ile orantılı olmalıdır. (Birim hacim başına düşen kinetik enerji ile aynı açılım.) Aynı zamanda birim uzunlukta basınç kaybı sabitken basıncın iki nokta arasındaki uzaklıkla da orantılı olduğunu biliyoruz. Bu ilişkiyi boyutsuz niceliğin orantılı katsayısına çevirmek için hidrolik çapa,D, bölebiliriz. Bu da boru boyunca sabittir, öyleyse;
Orantılı katsayı Darcy sürtünme faktörü ya da akış katsayısıdır. Bu boyutsuz katsayıπ, Reynold sayısı ve de borunun göreceli sertliğinin bir birleşimidir.
Takip eden sebeplerden ötürü (1/2)ρV2 birim hacimden akan sıvının kinetik enerjisi değildir. Yavaş akışta bile bütün akış çizgileri borunun uzunluğuna paraleldir, iç yüzeydeki akış hızı ağdalılıktan ötürü sıfırdır ve borunun merkezindeki akış hızı, akış oranının ıslak alana bölünmesiyle elde edilen ortalama hızdan yüksek olmalıdır. Ortalama kinetik enerji hızın ortalama karesini içerir ve her zaman ortalama hızın karesini aşar. Hızlı akış durumunda akışkan her yöne rastgele, boruya dik olanlar dahil olmak üzere hız bileşenleri kazanır ve burgaç birim hacime düşen kinetik enerjiye katkı sağlar ancak hızın uzunlamasına ortalamasına katkısı yoktur.
Pratik uygulamalar
Hidrolik mühendislik uygulamalarında borudaki yük kaybını hacimsel akış oranı cinsinden açıklamak için çok tercih edilir. Bunun için Darcy-Weisbach eşitliğinin aşağıdaki şekli kullanılır;
- V akışkanın ortalama hızı. Birim ıslanan kesit alnında hacimsel akış oranına eşittir (m/s);
- Q hacimsel akış oranı (m³/s);
- Aw ıslak kesit alanı (m²).
Rastgele dolu bir boru için Aw değeri tam olarak bilinemez. Borunun eğimi, kesitsel şekil, akış oranı ve diğer değişkenlere bağlı bir örtük fonksiyona dönüşür. Boru tam dolu kabul edilirse;
D borunun çapı.
Bu sonuçları orijinal formülde yerine yazarsak yük kaybını hacimsel akış oranı cinsinden tamamen akışlı dairesel bir boru için bulabiliriz:
Ayrıca bakınız
Kaynakça
- ^ Manning, Francis S.; Thompson, Richard E. (1991), Oilfield Processing of Petroleum. Vol. 1: Natural Gas, PennWell Books, ISBN , 420 pages. See page 293.
- ^ The Darcy-Weisbach Equation 26 Ağustos 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde . by Glenn Brown,
Konuyla ilgili yayınlar
- De Nevers (1970), Fluid Mechanics, Addison–Wesley, ISBN
- Shah, R. K.; London, A. L. (1978), "Laminar Flow Forced Convection in Ducts", Supplement 1 to Advances in Heat Transfer, New York: Academic
- Rohsenhow, W. M.; Hartnett, J. P.; Ganić, E. N. (1985), Handbook of Heat Transfer Fundamentals (2. bas.), McGraw–Hill Book Company, ISBN
Dış bağlantılar
- Boruda Basınç Kaybı Hesaplayıcısı -tek fazlı akış için- 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Boruda Basınç Kaybı Hesaplayıcısı 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .-iki fazlı akış için-. 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Basınç Kaybı Hesaplayıcısı İçin Açık Kaynak 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .. 7 Ekim 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Tüpler ve Borularda Basınç Kaybı Hesaplamaları İçin Web Uygulamaları 5 Eylül 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Akiskanlar dinamiginde Darcy Weisbach esitligi uzun bir boruda akan bir sivinin surtunme kaynakli yuk ve basinc kaybiyla alakali olaybilimsel bir esitliktir Esitlik ismini ve Julius Weisbach tan almaktadir Darcy Weisbach esitligi Darcy surtunme faktoru olarak da bilinen boyutsuz surtunme faktorunu icerir Ayrica Darcy Weisbach surtunme faktoru ve Moody surtunme faktoru olarak da bilinir Darcy surtunme faktoru 4 kati oldugu Fanning surtunme faktoru ile karistirilmamalidir Yuk Kaybi KalibiYuk kaybi hf fD LD V 22g displaystyle h f f D cdot frac L D cdot frac bar V 2 2g formulu ile hesaplanabilir hf sutunmeden kaynakli yuk kaybi SI birim m L borunun uzunlugu m D borunun hidrolik capi borunun dairesel kesiti icin ic capa esittir m V ortalama akis hizi hacimsel akis ile birim zamanda islanan alan orani m s g yercekimi ivmesi m s fD boyutsuz Darcy surtunme faktoru Basinc Kaybi KalibiAkiskanin bir kolon yuksekligi yuk kaybi da kullanilarak basinc kaybi Dp olarak aciklanabilir Dp r g hf displaystyle Delta p rho cdot g cdot h f r akiskanin yogunlugu Darcy Weisbach esitligi ayni zamanda basinc kaybi icin de yazilabilir Dp fD LD rV22 displaystyle Delta p f D cdot frac L D cdot frac rho V 2 2 Surtunmeden kaynakli basinc kaybi Dp Pa boru uzunlugunun botu caipina oranina L D sivinin yoguluguna r kg m ortalama akis hizina V m s Darcy surtunme faktorune fD bagli bir fonksiyondur Basinc kaybi esitligi yuk kaybi esitliginin iki tarafinida r ve g ile carparak turetilebilir Darcy surtunme faktoruAyrica bakiniz Surtunme faktoru fD ve akis katsayisi l sabit degildir ve borunun degiskenlerine ve akis hizina bagli olarak degisim gosterir ancak belirgin akis bolgelerinde yuksek kesinligi bilinmektedir Cesitli deneysel veya teorik iliskilendirmeler kullanilarak hesaplanabilirken yayinlanmis cizelgelerden de edinilebilir Bu cizelgeler Moody Semalari olarak da bilinir ve faktorun kendisi de Moody surtunme faktoru olarak adlandirilir Yayinladigi yaklasik formul sonrasinda Blasius surtunme faktoru olarak da adlandirilmistir Yavas akislar icin Poiseville Yasasi nin bir sonucudur l 64 Re Re Borunun hidrolik capinin ozgun uzunlugunun ikame edilmesiyle hesaplanan Reynold sayisi Hizli akislarda surtunme faktorunu bulmak icin Moody Semasi kullanilir ya da Celebrook White esitligi veya Swamee Juin esitligi gibi esitlikler cozulur Sema ve Celebrook White esitligi tekrarlanan metotlarken Swamee Juin esitligi tamamen dolu bir akis icin surtunme faktorune direkt ulasmayi saglar Fanning surtunme faktoru ile yasanan karisiklik Darcy Weisbach surtunme faktorunun fD Fanning surtunme faktorunden f 4 kat daha buyuk oldugu herhangi bir isleme baslamadan ya da cizelge kullanilmadan once not edilmelidir Darcy Weisbach faktoru insaat ve matematik muhendisleri tarafindan Fanning surtunme faktoru ise kimya muhendisleri tarafindan yaygin kullanilir Dp fD LD rV22 f LD 2rV2 displaystyle Delta p f D cdot frac L D cdot frac rho V 2 2 f cdot frac L D cdot 2 rho V 2 Cogu cizelge ve tablo surtunme faktorunun tipini belirtir en azindan yavas akis icin formulu verir Eger ki yavas akis icin formul f 16 Re ise Fanning faktoru f eger formul fD 64 Re ise Darcy Weisbach surtunme faktoru fD dir Moody semasi kullanirken eger ki yayinci formuulu belirtmediyse formuulu semadan cikarmak icin su adimlar uygulanir Yavas akis icin Reynold Sayisi 1000 e denk gelen surtunme faktoru gozlemlenir Eger ki surtunme faktoru 0 064 ise Darcy surtunme faktoru islenmis demektir Sayidaki sifir olmayan degerlerformulun pay kismidir fD 64 Re Eger ki surtunme faktorunun degeri 0 016 ise Fanning surtunme faktoru islenmis demektir Sayidaki sifir olmayan degerler formulun pay kismidir f 16 Re Yukaridaki isleyis 10 un kuvvetleri seklindeki butun Reynold sayilari icin aynidir Sayinin 1000 olmasi degil 10 un kuvveti olmasi onemlidir TarihceTarihsel olarak bu esitlik Prony Esitligi nin bir degiskeni olarak ortaya cikmistir ve bu degisken Fransa dan Henry Darcy tarafindan gelistirilmistir ve Saksonya da Julius Weisbach tarafindan 1854 te bugunku sekline burundurulmustur Ilk baslarda surtunmenin hiza gore cesitlenmesindeki bilgi bir eksiklikti Bu yuzde Darcy Weisbach esitligi ilk olarak deneysel Prony vakalarinda cok ise yaradi Sonraki yillarda sadece kesin bilinen akis bolgelerinde gecerli deneysel esitlikler lehine cok ozel durumlardan sakinildi Hesaplamalarda cok daha basit lan Hazen Williams veya Mannings esitlikleri kullanilirdi Hesap makinelerinin icadindan sonra hesaplama yapmak basitlestigi icin Darcy Weisbach esitligi tekrar tercih edilmeye baslandi TuretimDarcy Weisbach esitligi boyutsal analizler sonucu elde edilen olaybilimsel bir formuldur Borunun uclarindan uzakta akisin ozellikleri bulundugu yerden bagimsizdir Anahtar ozellikler birim uzunluktaki basinc kaybi Dp L ve hacimsel akis oranidir Akis orani islanan alana bolunerek ortalama hiza donusturulebilir Borunun tamami suyla doluysa kesit alana esittir Basinc birim hacim basina dusen boyutsal enerjidir Oyleyse iki nokta arasindaki basinc kaybi 1 2 rV2 ile orantili olmalidir Birim hacim basina dusen kinetik enerji ile ayni acilim Ayni zamanda birim uzunlukta basinc kaybi sabitken basincin iki nokta arasindaki uzaklikla da orantili oldugunu biliyoruz Bu iliskiyi boyutsuz niceligin orantili katsayisina cevirmek icin hidrolik capa D bolebiliriz Bu da boru boyunca sabittir oyleyse Dp LD 12rV2 displaystyle Delta p propto frac L D cdot frac 1 2 rho V 2 Orantili katsayi Darcy surtunme faktoru ya da akis katsayisidir Bu boyutsuz katsayip Reynold sayisi ve de borunun goreceli sertliginin bir birlesimidir Takip eden sebeplerden oturu 1 2 rV2 birim hacimden akan sivinin kinetik enerjisi degildir Yavas akista bile butun akis cizgileri borunun uzunluguna paraleldir ic yuzeydeki akis hizi agdaliliktan oturu sifirdir ve borunun merkezindeki akis hizi akis oraninin islak alana bolunmesiyle elde edilen ortalama hizdan yuksek olmalidir Ortalama kinetik enerji hizin ortalama karesini icerir ve her zaman ortalama hizin karesini asar Hizli akis durumunda akiskan her yone rastgele boruya dik olanlar dahil olmak uzere hiz bilesenleri kazanir ve burgac birim hacime dusen kinetik enerjiye katki saglar ancak hizin uzunlamasina ortalamasina katkisi yoktur Pratik uygulamalarHidrolik muhendislik uygulamalarinda borudaki yuk kaybini hacimsel akis orani cinsinden aciklamak icin cok tercih edilir Bunun icin Darcy Weisbach esitliginin asagidaki sekli kullanilir V2 Q2Aw2 displaystyle V 2 frac Q 2 A w 2 V akiskanin ortalama hizi Birim islanan kesit alninda hacimsel akis oranina esittir m s Q hacimsel akis orani m s Aw islak kesit alani m Rastgele dolu bir boru icin Aw degeri tam olarak bilinemez Borunun egimi kesitsel sekil akis orani ve diger degiskenlere bagli bir ortuk fonksiyona donusur Boru tam dolu kabul edilirse Aw2 pD24 2 p2D416 displaystyle A w 2 left frac pi D 2 4 right 2 frac pi 2 D 4 16 D borunun capi Bu sonuclari orijinal formulde yerine yazarsak yuk kaybini hacimsel akis orani cinsinden tamamen akisli dairesel bir boru icin bulabiliriz hf 8fDLQ2gp2D5 displaystyle h f frac 8f D LQ 2 g pi 2 D 5 Ayrica bakinizKaynakca Manning Francis S Thompson Richard E 1991 Oilfield Processing of Petroleum Vol 1 Natural Gas PennWell Books ISBN 0 87814 343 2 420 pages See page 293 The Darcy Weisbach Equation 26 Agustos 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde by Glenn Brown Konuyla ilgili yayinlarDe Nevers 1970 Fluid Mechanics Addison Wesley ISBN 0 201 01497 1 Shah R K London A L 1978 Laminar Flow Forced Convection in Ducts Supplement 1 to Advances in Heat Transfer New York Academic Rohsenhow W M Hartnett J P Ganic E N 1985 Handbook of Heat Transfer Fundamentals 2 bas McGraw Hill Book Company ISBN 0 07 053554 X Dis baglantilarBoruda Basinc Kaybi Hesaplayicisi tek fazli akis icin 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde Boruda Basinc Kaybi Hesaplayicisi 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde iki fazli akis icin 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde Basinc Kaybi Hesaplayicisi Icin Acik Kaynak 13 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde 7 Ekim 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde Tupler ve Borularda Basinc Kaybi Hesaplamalari Icin Web Uygulamalari 5 Eylul 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde