Basic overview of air compressor thermodynamics
21 април, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Protok gasa kroz cevi i pad pritiska
Jedna od veoma interesantnih grana fizike je termodinamika, posebno za sticanje uvida u način rada vazdušnih kompresora. U ovom članku govorimo o protoku gasa i regulaciji, u okviru našeg uvoda u termodinamiku.
Rejnoldsov broj
Rejnoldsov broj je bezdimenzionalni količnik inercije i trenja u fluidu (gasu ili tečnosti) koji struji.
Definiše se kao:
gde je:
D-karakteristična dimenzija (m)
w-srednja brzina strujanja (m/s)
p-gustina fluida (kg/m3)
n-dinamička viskoznost fluida (Pa s)
gde je:
D-karakteristična dimenzija (m)
w-srednja brzina strujanja (m/s)
p-gustina fluida (kg/m3)
n-dinamička viskoznost fluida (Pa s)
Koje vrste strujanja u cevima postoje?
U principu, postoje dve vrste strujanja kroz cevi. Pri vrednostima Re <2000 viskozne sile dominiraju u fluidu i strujanje postaje laminarno. To znači da se različiti slojevi fluida kreću u jedan u odnosu na drugi odgovarajućim redosledom. Raspodela brzine preko laminarnih slojeva je obično paraboličnog oblika.
Pri vrednostima Re≥4000 sile inercije dominiraju ponašanjem strujanja fluida i ono postaje turbulentno, sa česticama koje se nasumično kreću kroz tok. Raspodela brzine preko sloja sa turbulentnim strujanjem postaje difuzna. U kritičnoj oblasti, između Re≤2000 i Re≥4000, uslovi strujanja su neodređeni, bilo laminarni, turbulentni ili mešavina oba. Uslovi su vođeni faktorima kao što su vrsta površine cevi (koliko je glatka) ili prisustvo drugih smetnji. Za pokretanje strujanja u cevi potrebna je specifična razlika pritiska da bi se prevazišlo trenje u cevi i spojnicama. Količina razlike pritiska zavisi od prečnika cevi, njene dužine i oblika, kao i od glatkoće površine i Rejnoldsovog broja.
Šta je Džul-Tomsonov (Joule-Thomson) efekat?
Kada idealan gas protiče kroz graničnik sa nepromenjenim pritiskom pre i posle graničnika, temperatura ostaje konstantna. Međutim, dolazi do pada pritiska preko ograničavača, kroz unutrašnju energiju koja se transformiše u kinetičku energiju. To je razlog zbog kojeg temperatura pada. Za stvarne gasove, ova promena temperature postaje trajna, iako energija gasa ostaje konstantna. Ovo se zove Džul-Tomsonov efekat. Promena temperature je jednaka promeni pritiska preko prigušivanja pomnoženoj s Džul-Tomsonovim koeficijentom.
Ako fluid koji struji ima dovoljno nisku temperaturu (≤+329°C za vazduh), dolazi do pada temperature sa regulacijom preko graničnika, ali ako je fluid koji struji topliji, dolazi do povećanja temperature. Ovaj uslov se koristi u nekoliko tehničkih primena, na primer, u rashladnoj tehnici i u odvajanju gasova.
U nastavku sledi formula i računar za izračunavanje pada pritiska u cevovodu, uzimajući u obzir dužinu i prečnik cevi koje sačinjavaju mrežu za komprimovani vazduh, gde su:
V - kapacitet kompresora (l/s)
L - procenjena dužina cevi (m)
d - unutrašnji prečnik cevi (mm)
pe - pritisak pri kome se isključuje kompresor (bar)
Povezani članci
How is Heat Transferred?
25 април, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.
Changes in State for Gases
18 фебруар, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.