science >> Wetenschap >  >> Fysica

Debiet Vs. Pijpmaat

Volgens de wet van Poiseuille varieert het debiet door een buislengte met de vierde macht van de straal van de buis. Dat is niet de enige variabele die het debiet beïnvloedt; anderen zijn de lengte van de buis, de viscositeit van de vloeistof en de druk waaraan de vloeistof wordt onderworpen. De wet van Poiseuille gaat uit van laminaire stroming, wat een idealisatie is die alleen van toepassing is bij lage drukken en kleine buisdiameters. Turbulentie is een factor in de meeste echte toepassingen.
De wet van Hagen-Poiseuille

De Franse fysicus Jean Leonard Marie Poiseuille voerde een reeks experimenten uit over vloeistofstroming in de vroege 19e eeuw en publiceerde zijn bevindingen in 1842. Poiseuille wordt gecrediteerd omdat hij heeft afgeleid dat het debiet evenredig was aan de vierde macht van de pijpradius, maar een Duitse hydraulisch ingenieur, Gotthilf Hagen, was al tot dezelfde resultaten gekomen. Om deze reden verwijzen fysici soms naar de relatie die Poiseuille heeft gepubliceerd als de wet van Hagen-Poiseuille.

De wet wordt uitgedrukt als:

Volumestroom \u003d π X drukverschil X pijpradius 4 X vloeibare viscositeit /8 X viscositeit X buislengte.

F \u003d πPr 4 /8nl

Om deze relatie onder woorden te brengen: bij een gegeven temperatuur, debiet door een buis of buis is omgekeerd evenredig met de lengte van de buis de viscositeit van de vloeistof. Het debiet is recht evenredig met de drukgradiënt en de vierde macht van de straal van de pijp.
De wet van Poiseuille toepassen

Zelfs wanneer turbulentie een factor is, kunt u de vergelijking van Poiseuille nog steeds gebruiken om een redelijk nauwkeurige te krijgen idee van hoe het debiet verandert met de buisdiameter. Houd er rekening mee dat de aangegeven maat van een buis een maat is voor de diameter en dat u de straal nodig hebt om de wet van Poiseuille toe te passen. De straal is de helft van de diameter.

Stel dat u een waterleiding van 2 inch hebt en wilt weten hoeveel het debiet zal toenemen als u deze vervangt door een pijp van 6 inch. Dat is een verandering in straal van 2 inch. Neem aan dat de lengte van de buis en de druk constant zijn. De temperatuur van het water moet ook constant zijn, omdat de viscositeit van water toeneemt naarmate de temperatuur daalt. Als aan al deze voorwaarden wordt voldaan, verandert het debiet met een factor 2 4 of 16.

Het debiet varieert omgekeerd van lengte, dus als u de lengte van de buis verdubbelt terwijl u de diameter constant, krijg je er ongeveer de helft zoveel water doorheen per tijdseenheid bij constante druk en temperatuur.