A Blasius-formula alkalmazhatóságának korlátai
Még nem érkezett hozzászólás!
Dr. Jasper Andor PhD - Kovács Zoltán
A Blasius-formula alkalmazhatóságának korlátai
1. Bevezetés
A gépészmérnöki gyakorlat igen fontos részét képezik a csővezetékekben végbemenő áramlások vizsgálatai. E folyamatok elméleti és gyakorlati vizsgálatára jól használható leírási módszerek állnak rendelkezésünkre. Az áramlások leírásában általában kitüntetett szerepe van a közeg nyomásvesztesége meghatározásának.
Ismert, hogy az áramló közeg nyomásveszteségét az alábbi képlettel határozhatjuk meg:
ahol
Δp – nyomásveszteség [Pa],
ρ – a közeg sűrűsége [kg/m3],
w – a közeg sebessége [m/s],
λ – csősúrlódási tényező [–],
L – a vezeték hossza [m],
D – a vezeték átmérője [m],
Σζ – alaki ellenállások [–].
A képlet alkalmazásakor nagyon fontos a λ csősúrlódási tényező helyes számítása, és az azt befolyásoló tényezők körültekintő vizsgálata.
2. A csősúrlódási tényező számítása
A rendelkezésre álló numerikus, elméleti módszereknek és méréseknek köszönhetően a folyadékokban végbemenő folyamatokat jól ismerjük. A XIX. század híres tudósának, Reynolds-nak a kutatásai egyebek mellett a csővezetékekben létrejött áramlások leírására irányultak, feltételezve, hogy a közeg newtoni (és viszkózus). Elméleti vizsgálataiban a gyakorlati eredményekkel egyezően arra az eredményre jutott, hogy a turbulens és a lamináris áramlás leírásában legfontosabb szerepe a róla elnevezett dimenziótlan számnak van.
Az áramlás jellegét meghatározó hasonlósági kritérium a Reynolds-szám:
ahol D – a cső átmérője [m],
w – a csőben mérhető átlagsebesség [m/s],
ν – kinematikai viszkozitás [m/s2].
A későbbi kutatók a λ csősúrlódási tényező leírására alapvetően a Re-számot alkalmazták, és a mai műszaki tervezési gyakorlatban is azokat az összefüggéseket használjuk, amelyek a Re-számot és a relatív csőérdességet (k/D) tartalmazzák. Ezek a számító képletek jól beváltak, ha az alkalmazási feltételeket helyesen vesszük figyelembe, megfelelően pontos eredményeket kapunk. Ezek a képletek Magyarországon is szabványosítva vannak, és a modern ipari államokban a tervezésekben egyezményesen ezeket a képleteket alkalmazzák. Fontos megemlítenünk, hogy a Re-szám egyben kritériumként is szolgál a lamináris és a turbulens áramlások szétválasztására. Csőben a lamináris-turbulens átalakulás Re = 2300 körül megy végbe. A λ csősúrlódási tényező meghatározására szolgáló képleteket a következő oldalon látható 1. táblázat tartalmazza, a függvények alakulását kifejező görbesereget Moody-diagramnak nevezzük (1. ábra).
1. ábra. Moody-diagram
További részletek lapunk 2015/1-2-es számának nyomtatott változatában található, illetve a teljes cikk pdf-formátumban is rendelkezésre áll (regisztráltaknak havonta egy alkalommal, előfizetőknek korlátlanul).