مفاهیم پایپ سیم: بررسی اثر حضور آب یا گاز در خط لوله بر پروفایل فشار

در نرم‌افزار پایپ سیم یک خط لوله افقی بسیار ساده طراحی کرده‌ایم و قصد داریم اثر دمای ورودی (inlet temperature) را بر روی این سیستم بررسی کنیم.

برای این کار دو حالت مختلف را بررسی خواهیم کرد:

۱- سیال موجود در خط لوله آب باشد.

با توجه به نمودار بالا، هرچه مقدار دمای ورودی بیشتر باشد (۲۶۰ درجه فارنهایت)، افت فشار کمتر خواهد بود. با افزایش دما، پارامترهای زیر تغییر می‌کنند:

• ویسکوزیته کاهش می‌یابد.
• عدد رینولدز افزایش می‌یابد.
• ضریب اصطکاکی کاهش می‌یابد.
• گرادیان فشار اصطکاکی کمتر می‌شود.

به عبارت دیگر:

نکته: به دلیل آنکه آب یک سیال تراکم‌ناپذیر است، از اثر دما بر چگالی آن صرف نظر می‌شود.

۲- سیال موجود در خط لوله گاز باشد.

با توجه به نمودار بالا، فقط سه نمودار رسم شده است و در حقیقت نمودار مربوط به دمای ۲۶۰ درجه فارنهایت رسم نشده است. چرا؟ اگر اطلاعات موجود در قسمت Message center نرم‌افزار را مطالعه کنیم، متوجه می‌شویم که به دلیل آنکه دمای ۲۶۰ درجه فارنهایت بسیار زیاد است، افت فشار زیادی ایجاد می‌شود و در نهایت به دلیل نبود فشار کافی، دبی جریانی به خروجی (sink) نخواهد رسید.

بنابراین زمانیکه سیال موجود در مدل گاز باشد، هرچه مقدار دمای ورودی بیشتر باشد، افت فشار بیشتر خواهد بود. چرا؟ زیرا در گازها با افزایش دما، چگالی کاهش می‌یابد و در نتیجه عدد رینولدز نیز کاهش می‌یابد. بنابراین، ضریب اصطکاک افزایش می‌یابد و در نهایت گرادیان فشار اصطکاکی بیشتر می‌شود. به عبارت دیگر:

انبساط گاز منجر به افزایش سرعت می‌شود که تاثیر زیادی بر روی افت فشار اصطکاکی می‌گذارد. همچنین انحنای موجود در پروفایل فشار نیز ناشی از اثر نمایی (exponential) سرعت بر ترم افت فشار اصطکاکی می‌باشد.

نکته: با افزایش دما، ویسکوزیته گازها کمی افزایش می‌یابد ولی این اثربه قدری ناچیز است که نمی‌تواند اثر کاهش چگالی را جبران کند.

مطلب پیشنهادی: آموزش ویدئویی نرم افزار پایپ سیم (دوره مقدماتی و تکمیلی)