آماده کردن کالس )احوالپرسی حضور و غیاب( رفع اشکال آزمون کلی سه فصل حل خود آزمایی تدریس استراحت میان تدریس )دو نوبت(

هفتة نهم برنامۀ زمان بندی هفتۀ نهم آماده کردن کالس )احوالپرسی حضور و غیاب( رفع اشکال آزمون کلی سه فصل حل خود آزمایی تدریس استراحت میان تدریس )دو نوبت( دقیقه 5 10 40 10 60 10 1 4 5 6 برگزاری آزمون یادآوری برای یادآوری و یادگیری مطالب فصول گذشته طبق برنامه آزمونی بیست نمره ای برگزار می شود. )نمونه ای از این آزمون(. زمان: 40 دقیقه ارزشیابی از فصول 1 و و 1 واحدهای زیر مربوط به کدام کمیت هستند سیستم و نوع واحد را نیز مشخص کنید.) 4/5 ( الف( مگا وات Watt( M( ب( lbm ft ج( کیلومتر به موارد زیر پاسخ دهید: )1( الف( واحد فشار در : SI ب( واحد انرژی حرارتی در : FPS ج( واحد نیرو در : CGS د( واحد گرانروی در : CGS تبدیل واحد زیر را انجام دهید: )1/75( 0kg cm.s lbm =? ( 1kg = / lbm, 1ft = 0/ m) ft.min 4 صفر مطلق را تعریف کنید و مقدار آن را در چهار مقیاس اندازه گیری دما بنویسید. )1/5( 5 فاصله دمایی بین دو دمای 70 C و 90 C را برحسب سلسیوس و فارنهایت به دست آورید و رابطه بین آنها را مشخص کنید. )1/75( 6 محدوده استفاده از ترمومترهای مایعی را بنویسید. )0/75( 76

7 نقاط مرجع در مقیاس فارنهایت چه بود و در چه محیط هایی به دست آمد )1/5( 8 فشار مطلق و فشار نسبی را تعریف کنید. )( 9 اگر اختالف سطح جیوه در یک فشارسنج نسبی 40cm خوانده شود با توجه به این که چگالی جیوه / gr cm است فشار نسبی و فشار مطلق سیال را در سیستم CGS به دست آورید. )( 1 6 (P = 1atm = 76cmHg = 1/ 015 10 6 dyne cm ) Air 10 اگر بخواهیم فشار مطلق یک گاز را مستقیما از یک مانومتر بخوانیم از چه نوع مانومتری استفاده می کنیم. شکل آن را رسم کنید و مقدار آن را با توجه به شکل به دست آورید.) 1/75 ( 11 جاهای خالی را پر کنید: )( الف( جرم کمیتی و جرم مخصوص کمیتی است. ب( lbf واحدی است و مقدار آن عبارت است از: ج( نانومتر یعنی متر. د( هر سال نوری معادل کیلومتر است. ه( فاصله درجات در مقیاس سلسیوس از فاصله درجات در مقیاس فارنهایت است. بنابراین در یک فاصله مشخص تعداد درجات نسبت به مقیاس فارنهایت در آن می گنجد. و( ترمومترالکلی برای محدوده دماهای کاربرد دارد. ز( برای فشار نسبی نقطه صفر در حقیقت فشار است. ح( واحد فشار مطلق در سیستم FPS است. )جمعا 0 نمره( پاسخ ارزش یابی از فصول 1 و و 1 الف( توان )0/5( )0/5( SI مشتق شده )0/5( ب( چگالی )0/5( )0/5( FPS مشتق شده )0/5( ج( طول )0/5( )0/5( SI مضرب )0/5( الف( پاسکال )Pa( )0/5( ب( بی تی یو )BTU( )0/5( )0/5( ج( دین بر سانتیمتر مربع ) cm (dyne د( پویز cm.s) (gr )0/5( 0kg 0kg = cm.s cm.s / Lbm 100 cm 0/ m ( 60) s 1 kg (/ 0 5) 0 5 0 5 05 1 m (/ ) 1ft (/ ) 1 min (/ ) (/ 0 5) (/ 0 5) = 0 / 100 60 0/ = 475 10 lbm ft.min 77

4 صفر مطلق: پایین ترین دمایی که در آن جنبش مولکول ها به صفر می رسد و رسیدن به آن بسیار سخت و فرضی است. )0/5( -7 C )0/5( = 0k )0/5( = -460 f )0/5( = 0 R )0/5( 5 ΔT C = 90-70 = 0 C )0/5( T F = 1/8T C + )0/5( T 1 = )1/8 * 70( + = 158 F )0/5( T = )1/8 * 90( + = 194 F )0/5( ΔT F = 194-158 = 6 F )0/5( T T F C 6 = = 1 / 8 0 (/ 05) یعنی تعداد درجات در مقیاس فارنهایت 1/8 برابر مقیاس سلسیوس است. 6 بین نقطه انجماد و نقطه جوش مایع درون ترمومتر )0/75( 7 صفر فارنهایت )0/5( در محیطی از مخلوط یخ و کلرید آمونیم )0/5( به دست آمد و باالترین نقطه آن در جیوه در حال جوش )0/5( )عدد )0/5( 680 درجه فارنهایت( انتخاب شد )دمای جوشش جیوه( 8 فشار مطلق: مقیاس اندازه گیری فشار نسبت به خأل کامل یا فشار صفر است. )1( فشار نسبی: مقیاس اندازه گیری فشار نسبت به فشار محیط و هم چنین اختالف فشار مطلق و فشار محیط است. )1( 9 h = 40cm P Air = 1atm = 76cm Hg بهدست آورد: این مسئله را میتوان در سیستم CGS برحسب دو واحد cm Hg یا ) cm (dyne الف( برحسب cm Hg آنچه از فشارسنج خوانده میشود فشارنسبی است پس P R = 40 cm Hg و بنابراین: P R = 40 cm Hg )1( P A =P Air +P R P A =76cmHg+40cmHg=116cmHg )1( ب( برحسب : dyne cm در این صورت فشار نسبی به صورت فشار ستون جیوه به دست می آید یعنی: P =ρ gh = 1 / 6g cm 980cm s 40 cm )1( R Air Hg P = atm = / 6 dyne cm از جدول صفحه :)16( 10 1 1 015 P = P + P P = 1/ 015 10 dyne cm + 510 dyne cm A Air R A = 154670 dyne cm )1( 6 نکته: هنرجو از هر راهی حل کند نمره را کسب می کند. 78

10 از فشارسنج مطلق یا مانومتر سربسته )0/5( خأل P گاز =ρ gh )0/5( گاز H ρ )0/75( 11 الف( اصلی )0/5( فرعی )0/5( )0/5( lbf = )lbm( ft ( / ) s ب( مشتق شده )0/5( 174 ج( )0/5( 10-9 د( * 10 1 9/4608 )0/5( ه ) بیشتر )0/5( کمتر )0/5( و( پایین )0/5( ز( هوای محیط اندازه گیری )0/5( ح( )0/5( Psia در رابطه با سؤال )١( قسمت الف: توجه داشته باشند که مگاوات یک واحد مشتق شده است نه مضرب. زیرا پیشوندهایی مثل مگا )M( اگر جلوی واحدهای پایه قرار بگیرند واحد مضرب می سازند حال آنکه وات واحد اصلی نیست. 79 حل خودآزمایی صفحۀ ) 5 ( توسط هنرجویان 1 روش های اندازه گیری جریان سیاالت را نام ببرید. پاسخ: سه روش برای اندازه گیری جریان سیاالت وجود دارد: 1 روش جابه جایی مثبت )روش پیمانه ای یا مستقیم( روش انسداد جریان روش اثرات مقاومت سیال دبی حجمی و دبی جرمی را تعریف کنید. پاسخ: دبی حجمی: حجم سیال جابه جا شده از یک مقطع در واحد زمان دبی جرمی: جرم سیال جابه جا شده از یک مقطع در واحد زمان 4000 kg s آب با چگالی 1000kg m در یک خط لوله جریان دارد. دبی حجمی آب را پیدا کنید: حل: از واحد مقدار سیال که kg s است می توان فهمید دبی جرمی معین شده است. از رابطه دبی جرمی و

m º =ρq دبی حجمی استفاده می شود: 0 m 4000kg s Q = = = 4 m s ρ 1000kg m 4 مزایای ونتوری نسبت به اری فیس را نام ببرید. پاسخ: الف دقت ونتوری از اری فیس بیشتر است. ب ونتوری افت فشار کمتری ایجاد می کند. ج ونتوری برای اندازه گیری دبی سیاالت کم فشار هم قابل استفاده است. د ونتوری سیال بیشتری از خود عبور می دهد. 5 چرا کاربرد لوله شیشه ای برای روتامتر در فشارهای باال صحیح نیست زیرا احتمال شکستن لوله هست )در فشارهای باال شناور به زائده باال می چسبد و مقدار دبی مشخص نیست به همین دلیل در این فشارها استفاده از روتامتر ممنوع است بدون توجه به جنس آن(. 6 شدت جریان )دبی( 50 m s از یک خط لوله به قطر 1inch جریان دارد. سرعت سیال را برحسب ms پیدا کنید)تا 0/01 تقریب محاسبه شود(. حل: چون سرعت در سیستم SI خواسته شده است پس قطر باید تبدیل به واحد شود با استفاده از جدول 1 در صفحه )6( کتاب: D = 1 inch 1 m 9 / 7 inch D =0/ 0m حال با استفاده از رابطه دبی حجمی در صفحه )4( Q Q = VA V = A πd ( / 14)( 0/ m) A = = = 0/ 07m 4 4 m s V = 50 / ms / m = 714 8 0 07 80

هفتۀ نهم: ادامه تدریس فصل چهارم روش ها و دستگاه های اندازه گیری جریان سیاالت راهنمای تدریس ابتدا در خصوص چگونگی انجام هر روش صحبت می کنیم سپس با معرفی دستگاه هایی 1 که به آن روش کار می کنند. موارد مربوط به آنها را توضیح می دهیم از جمله: اساس کار ساختمان دستگاه عملکرد کاربرد و موارد متفرقه ٤ ٥ ١ روش جابجایی مثبت )پیمانه ای( در این روش که به»توزین مستقیم«نیز معروف است اندازه گیری دبی جرمی که فقط خاص مایعات غیرفرار است از»توزین مضاعف» استفاده می شود. روش جابه جایی مثبت در حقیقت یک روش حجم سنجی یا جرم سنجی است و دستگاه های این روش نیز از این اصول تبعیت می کنند. کنتور آب منازل مثالی از این دستگاه هاست. یکی از انواع این کنتورها کنتور دیسکی است. در این کنتور یک دیسک )صفحه( در مجرا نوسان می کند و در هر نوسان حجم معینی آب از کنتور عبور می کند. تعداد نوسانات دیسک توسط یک دستگاه شمارنده اندازه گیری می شود و توسط کنتور حجم کل آب عبوری محاسبه می گردد و سپس نمایش داده می شود. دانستنی )4) پمپ های سنجشی یا اندازه گیرنده: این پمپ ها براساس روش جابه جایی مثبت کار می کنند و عالوه بر پمپاژ مایع شدت جریان آن را نیز اندازه می گیرند. یکی از انواع این پمپ ها از نوع رفت و برگشتی )پیستونی( است. با توجه به این که حجم تخلیه شده در هر حرکت مشخص است با شمارش تعداد حرکات در زمان مشخص شدت جریان مایع به دست می آید. شکل 4 یک پمپ سنجشی پیستونی را نمایش می دهد. از این وسیله در صنایع شیمیایی جهت افزایش )تزریق( مقدار کنترل شده ای از افزودنی ها در جریان های فرآیندی استفاده می کنند. پیستون شکل 4 پمپ اندازه گیرنده 1 در فصل چهارم کتاب»کارگاه عملیات دستگاهی«این دستگاهها بررسی شدهاند ضمنا محاسبه دبی پس از انجام آزمایش با دستگاههای مربوطه از روابط مختلف انجام میشود. محاسبه دبی جرمی در کارگاه عملیات دستگاهی انجام میشود واضح است برای این آزمایش به یک ظرف ترازو و کرونومتر نیاز است. از کتاب»وسایل اندازهگیری و کنترل در فرآیندهای شیمیایی متالورژی و معدنی«اثر و.ر. راداکریشنان 8١

خروج گاز ورود گاز صفحۀ نشان دهنده مقدار گاز دانستنی )5) 1 سنجش دبی گازها به روش جابهجایی مثبت: اندازهگیری دبی گازها با این روش به سهولت اندازهگیری دبی مایعات نیست زیرا نوع گاز و تغییر مشخصات گاز در اثر تغییر دما و فشار در اندازهگیری مؤثر هستند. در شکل ٤ ٣ گازسنجی مشاهده میشود که در آن دیافراگم ارتجاعی عمل پیستون را در پمپ انجام میدهد. شکل 4 گازسنج ٤ 5 روش انسداد جریان: در روش انسداد جریان دبی به طور غیر مستقیم اندازه گیری می شود. در این روش برخالف جابه جایی مثبت جریان سنجی انجام می شود و وسایلی که به این روش کار می کنند به نام»جریان سنج«معروف اند. به دلیل رابطه ای که سرعت و فشار در معادله انرژی 4 با یکدیگر دارند در بسیاری از وسایلی که برای تعیین سرعت یا دبی جریان به کار می روند ضرورت دارد که فشار اندازه گیری شود. برای مثال می توان از لوله پیتوت 5 جهت تعیین سرعت و جریان سنج های روش انسداد جریان برای اندازه گیری دبی نام برد. این جریان سنج ها طوری طراحی شده اند که در مقطع مورد نظر مسیر عبور جریان را کوچک می کنند. در نتیجه سیال دچار افت فشار می شود که با یک مانومتر دیفرانسیلی جیوه ای )یا دوپیزومتر( قابل اندازه گیری است. سپس با استفاده از روابط تجربی 6 میان دبی و افت فشار دبی محاسبه می گردد. جهت افزایش بازده آموزشی ابتدا اری فیس متر سپس نازل و در انتها ونتوری متر توضیح داده شود. این ترتیب براساس تکامل شکل دستگاه ها افزایش دقت و بازده آنهاست. 8 1 از کتاب»دستگاههای اندازهگیری و کنترل«اثر شهزاد برقی چنانکه قبال گفته شد جابهجایی مثبت یک روش حجم سنجی یا جرم سنجی است. Flow meter 4 منظور»معادله برنولی«است که در قسمتهای بعد توضیح داده میشود. 5 در کتاب»کارگاه عملیات دستگاهی«لوله پیتوت در واقع ابزاری جهت تعیین سرعت نامیده شده است. این وسیله نیز براساس رابطه میان فشار و سرعت و دبی کار میکند. 6 هنرجویان در»کارگاه عملیات دستگاهی«با کاربرد اینگونه»روابط تجربی«در محاسبات آشنا میشوند. این روابط به طور کلی به صورت Q = C P مشاهده میشوند.

تأکید بر این جمله کلیدی ضروری است:»با کوچک شدن سطح مقطع فشار سیال کاهش و سرعت آن افزایش مییابد.» 1 سه جریان سنج به روش انسداد جریان دبی را اندازهگیری میکنند که مختصرا در مورد هر کدام مطالبی بیان میشود: لوله اصلی 1 اریفیسمتر: اریفیسها صفحات مدوری اری فیس هستند معموال از جنس فوالد ضد زنگ که روی آنها سوراخی وجود دارد و افت فشار در همین روزنه بهوجود میآید. جهت نصب اریفیس در لوله آن را میان دو فلنج و بین دو الیه غیر فلزی )بهصورت واشر برای آببندی همراه با گریس( قرار میدهند بهطوری که روزنه در محل واشر فلنج مناسبی در مقطع لوله اصلی قرار بگیرد و بعد با پیچ و مهره فلنجها را محکم میبندند. در شکل 4 4 اجزای مذکور مشاهده میشوند. شکل 4 4 اجزای الزم جهت نصب اری فیس شکل 4 5 یک اری فیس متر را نشان می دهد. هم چنان که مشاهده می شود شاخه های مانومتر دیفرانسیلی به ترتیب قبل از روزنه )ناحیه فشار باال( و بعد از روزنه )ناحیه فشار پایین( نصب می شوند و مقدار )R( افت فشار موقت را مشخص می کند. اری فیس فلنج R شکل 4 5 اری فیس متر بعد از روزنه مقطع عبور برای سیال افزایش می یابد و در نتیجه فشارش باال می رود ولی هیچ زمان به اندازه فشار قبل از روزنه نمی رسد. اختالف این دو فشار را»افت فشار دائم«می نامند که با انتخاب یک پمپ مناسب می توان آن را جبران کرد. در شکل 4 6 این دو کمیت مهم با توجه به ارتفاع مایع درون پیزومترها قابل اندازه گیری هستند. بر این اساس افت فشار موقت و دائم با فرض 1 کاهش فشار به دلیل کاهش مقدار سیال عبوری است و افزایش سرعت را میتوان در پاسخ به این سؤال جستوجو کرد چرا موقع آب دادن گلها انگشت خود را بر دهان ه شلنگ میگذارند در این حالت مقدار آب کم میشود ولی در عوض آب میتواند مسافت بیشتری را طی کند و فاصله دورتر را نیز سیراب کند که به معنی افزایش سرعت است. راه دیگر 8٣ اثبات افزایش سرعت استفاده از ثابت بودن دبی در مقاطع A 1 و A است به این صورت: A 1 < A V 1 > V و Q 1 = Q A 1 V 1 = A V

این که سیال آب باشد به صورت زیر محاسبه می شود: = 1 cmh o -15 = 7 افت فشار موقت فشار = 5 cςmh o - = 7 افت فشار دائم در میان جریان سنج های روش انسداد جریان اری فیس بیشترین افت فشار دائم را ایجاد می کند و این از معایب 1 اری فیس متر است. اختالف فشار جیوه شکل 4 6 افت فشار در اثر قرار دادن اری فیس در مسیر جریان 1 یکی دیگر از کاربردهای رایج اری فیس اندازه گیری دبی خروجی از یک مخزن است. )مانند شکل 4 7 ( در اری فیس متر دبی سیال از روابط تجربی محاسبه می گردد. X 0 y 0 شکل 4 7 اری فیس در دیوارۀ مخزن دانستنی (٦( درمورد»اری فیس متر«بیشتر بدانیم: قدیمیترین و معمولترین وسیله ایجاد افت فشار اری فیس است که اولین بار توسط رومیها در زمان سزار برای کنترل مقدار آب در مجراهای مختلف به منظور آبیاری بهکار رفته است. سادهترین شکل اری فیس عبارت است از صفحه فلزی نازکی که در وسط آن سوراخ دایرهای شکلی وجود دارد. اری فیس براساس شکل لبه سوراخ در ضخامت صفحه به دو صورت طراحی میشود: 1 این مسئله برای اری فیس محدودیت ایجاد میکند. بنابراین نمیتوان از آن در فشارهای کم سیاالت استفاده کرد. نمونه این روابط به شرح زیر است: s0 Q = CA0 gr 1 s 1 P Q = CA 0 ρ این روابط که از معادله برنولی به دست آمده اند در کارگاه عملیات دستگاهی جهت محاسبه دبی کاربرد دارند. گفتنی است در این خصوص آزمایش هایی نیز انجام می شود. 8٤

1 اری فیس لبه مربعی که ارزان ترین نوع است و برای سیاالت چند فازی به علت مسدود شدن توصیه نمی شود شکل 4 8 برشی از یک اری فیس لبه مربعی را نشان می دهد. شکل 4 8 شکل 4 9 اری فیس لبه مخروطی که دارای افزایش تدریجی سطح مقطع در ضخامت صفحه است. این طرح انتخاب بهتری برای جریان های با سرعت کم و گرانروی باالست. شکل 4 9 این نوع اری فیس را نمایش می دهد. در هر دو طرح باید به این نکته توجه شود که لبه سوراخ در سمت فشار زیاد کامال تیز باشد زیرا در غیر این صورت اثر نامطلوبی بر جریان دارد و باعث کاهش دقت در اندازه گیری می شود. مکان شکل و تعداد روزنه ها موجب می شوند صفحه اری فیس طراحی های مختلف داشته باشد )مانند شکل 4 10 (. )الف( )ب( )ج( )د( )ه( شکل 4 10 انواع اری فیس الف( اری فیس سوراخ در مرکز )رایجترین( ب( اری فیس سوراخ خارج از مرکز )برای سیاالت سنگین و رسوبدار( ج( اری فیس سوراخ نیم دایره )برای سیاالت سنگین و رسوبدار( د( اری فیس دو سوراخه )برای مایعاتی که در باالی آنها گاز است.( ه( اری فیس دو سوراخه )برای گازهایی که در زیر آنها رسوب مایع است.( نازل 1 )شیپوره(: نازل جریان سنجی است که به روش انسداد جریان کار می کند. نازل لوله ای است که سطح مقطع آن از ابتدا تا انتها کاهش می یابد. )مانند شکل 4 11 ( سیال در دهانه نازل دچار افت فشار می شود که با یک مانومتر دیفرانسیلی قابل اندازه گیری است. )مانند شکل 4 1 ( شکل 4 11 نازل Nozzle 1 85

چنانکه در شکل 4 1 دیده می شود نقطه )1( و )( به ترتیب ناحیه فشار باال 1 و پایین در لوله هستند که محل نصب مانومترند و معادله انرژی بین این دو نقطه نوشته می شود که از آن دبی محاسبه می گردد. از خاصیت افزایش سرعت در دهانه نازل جهت ورود یا خروج مایعات و گازها از لوله ها 4 و مخازن 5 استفاده می کنند. در شکل های 4 1 و ٤ ١٤ نمونه هایی از این وسایل مشاهده می شوند. شکل 4 1 شکل 4 1 نازل های ورودی یا خروجی شکل 4 14 نازل های خروجی یا ورودی راهنمای تدریس 6 لولۀ ونتوری متر ونتوری متر نیز براساس روش انسداد جریان کار میکند. در شکل 4 15 یک ونتوری متر صنعتی نشان داده شده است. شکل 4 15 ونتوری )HP( High Pressure 1 )LP( Low Pressure منظور»معادله برنولی«است که براساس آن رابطه زیر به دست می آید: P Q = CA ρ این رابطه در کتاب»کارگاه عملیات دستگاهی«فصل چهارم معرفی شده است. 4 مثال به هنگام آبیاری سر لوله را نازل قرار میدهند تا فاصلههای دور را نیز پوشش دهند. یا جهت پخش مایع یا گاز در یک مخزن )بهصورت توزیع کننده( 5 مثال در تفکیک کنندههای نفت و گاز در ورودی و خروجیها از نازل استفاده میشود. Venturimeter tube 6 86

1 5 اجزای ساختمانی یک لوله ونتوری براساس شکل 4 16 4 عبارتند از: 1 مدخل ورودی ونتوری که بهصورت یک استوانه کوتاه است. قطر این قسمت برابر قطر لولهای است که لوله ونتوری در آن R قرار میگیرد. یکی از شاخههای مانومتر دیفرانسیلی یا پیزومتر در این ناحیه که فشار باال است نصب میشود. قسمت مخروطی همگرا شکل 4 16 لولۀ ونتوری گلوگاه ونتوری که یک استوانه کوتاه است و افت فشار موقت در این ناحیه اتفاق میافتد. دراین ناحیه شاخه دیگر مانومتر متصل میشود )ناحیه فشار کم(. 4 قسمت مخروطی واگرا 5 مدخل خروجی ونتوری که یک استوانه کوتاه است و قطر آن برابر قطر لوله اصلی است. در لوله ونتوری از ابتدا تا گلوگاه سطح مقطع برای عبور جریان کوچک میشود تا در گلوگاه به حداقل میرسد. در گلوگاه افت فشار به باالترین حد خود میرسد که قابل اندازهگیری است. بعد از گلوگاه تا مدخل خروجی سطح مقطع دوباره افزایش مییابد و فشار نیز بیشتر میشود ولی هرگز به فشار در مدخل ورودی نمیرسد و به این ترتیب سیال دچار افت فشار دائم میشود. با خواندن اختالف سطح مایع )جیوه( در مانومتر دیفرانسیلی و مایع مورد نظر در پیزومترها )مطابق شکل 4 17 ( و استفاده از رابطه فیزیکی بین افت فشار و دبی دبی سیال محاسبه میشود. شکل 4 17 ونتوری متر دانستنی (٧( بیشتر در مورد ونتوری متر بدانیم: اندازه ونتوری با قطر لوله و گلوگاه آن مشخص میشود مثال اگر قطر لوله 8 سانتیمتر و قطر گلوگاه 6 سانتیمتر باشد اندازه این ونتوری متر به این صورت بیان میشود: ونتوری 8 در 6 سانتیمتر برای اینکه نتایج حاصل از اندازهگیری دبی توسط ونتوری دقیق باشد باید طول ونتوری حداقل ده برابر قطر لوله اصلی باشد. روابط فیزیکی بین دبی سیال و افت فشار حاصله از نصب جریان سنجهای انسداد جریان که برای نازل واریفیس و ونتوری بهترتیب در صفحات قبل بهصورت پاورقی ارائه شد از»معادله برنولی«بهدست آمدهاند. 1 87 1 جهت کسب اطالعات بیشتر در این زمینه به کتاب مکانیک سیاالت استریتروایلی یا کتاب های مرتبط مراجعه نمایید.

4 5 مقایسۀ اری فیس و ونتوری متر راهنمای تدریس در کتاب عملیات دستگاهی به پنج مورد اشاره شده است. عالوه بر آنها میتوان موارد دیگری را نیز ذکر کرد: 1 از نظر دقت دقت اندازهگیری اری فیس نسبت به ونتوری کمتر است به دو دلیل: الف( ممکن است لبههای روزنه در اثر برخورد با سیال پر سرعت تیزی خود را از دست بدهند و قطر تغییر کند ( 0 D( و این باعث خطا میشود. ب( روزنه اری فیس حکم گلوگاه را دارد و افت فشار موقت دقیقا در آن جا اتفاق میافتد و برای اندازهگیری آن نمیتوان شاخ ه سمت راست مانومتر را در روزنه قرار داد و این نیز موجب خطاست. از نظر افت فشار دائم تولیدی اری فیس افت فشار دائم بیشتری تولید میکند. حدود %50 افت فشار موقت را بهصورت دائم در سیال حفظ میکند. از نظر هزینه ساخت نصب تعمیر و نگهداری اری فیس به صرفه است و این برای اری فیس یک حسن است. 4 از نظر میزان سیال عبوری ونتوری میتواند 0 تا 50 درصد بیشتر از اری فیس جریان را از خود عبور دهد. 5 از نظر مقدار ضریب تخلیه ضریب تخلیه ونتوری معموال بیشتر از اری فیس است. 6 از نظر کاربرد این دو وسیله هر کدام محدودیتهایی دارند. به این صورت که از اری فیس بهعلت تولید افت فشار دائم زیاد برای اندازهگیری دبی سیاالت کم فشار استفاده نمیکنند و ونتوری را بهعلت بلند بودن طول لولهاش در لولههای کوتاه بهکار نمیبرند. در یک مقایسه از نظر افت فشار تولیدی نتیجه زیر بهدست میآید: ونتوری < نازل < اری فیس این ترتیب از نظر هزینه برعکس است. 4 5 4 روش اثرات مقاومت سیال: این روش براساس تعادل نیروهای وارده بر یک جسم غوطهور در سیاالت تعریف میشود. جریان سنجی که به این روش کار میکند»روتامتر» 1 نام دارد. نمونههایی از روتامترها در شکل 4 18 مشاهده میشود. روتامتر تشکیل شده از یک لوله قائم مخروطی واگرا که در آن یک جسم به نام شناور یا شاقول وجود دارد. جنس شناور طوری انتخاب میشود که وزن مخصوص آن کمی بیشتر از سیال عبوری باشد. شکل 4 18 روتامترهای صنعتی Rotameter 1 Float 88

وقتی سیالی از روتامتر عبور نمی کند شناور در پایین ترین نقطه روتامتر )ناحیه فشار باال( قرار می گیرد. سیال از پایین وارد روتامتر می شود و متناسب با دبی و فشارش شناور را به سمت باال حرکت می دهد. لول ه روتامتر شفاف است و برحسب دبی مدرج شده است. مقدار دبی سیال در محل توقف شناور قرائت می شود مانند شکل 4 19 که عملکرد یک روتامتر را نشان می دهد. در صورتی که سیال تیره باشد به طوری که مکان شناور مشخص نباشد روتامتر را از قسمت پشت با چراغی روشن می کنند و شناور را با یک ماده فلورسانس می پوشانند تا عمل خواندن مقدار جریان را سهل تر سازد. خروج سیال جریان ورودی سیال شکل 4 19 روتامتر در روتامتر سطح مقطع عبور جریان از پایین به باال افزایش مییابد 1 در نتیجه افت فشار در طول روتامتر ثابت میماند. از طرف دیگر این اختالف سطح جهت به تعادل رسیدن نیروهای F D وارده بر شناور یک عامل اصلی است و نهایتا در نقطهای از روتامتر متوقف میشود. جهت F B بررسی عملکرد روتامتر به شکل 4 0 توجه شود. نیروهای وارده بر شناور عبارتاند از: F W 1 نیروی وزن شناور ( W F( شکل 4 0 نیروی باالبرنده سیال ( D F( ناشی از سرعت و دبی سیال نیروی شناوری یا ارشمیدس ( B F( اگر نیروهای رو به باال مثبت در نظر گرفته شوند با توجه به اینکه زمانی شناور میایستد که برآیند نیروهای وارده صفر باشد توازن نیروها بهصورت زیر نوشته میشود: F D + F B -F W =0 در طول روتامتر نیروی وزن تغییر چندانی نمیکند. در صورت ثابت ماندن دما )چگالی و حجم تابع دما هستند( نیروی شناوری نیز ثابت میماند پس میتوان رابطه مذکور را به این صورت تنظیم کرد: F D = F W -F B و فقط نیروی باال برنده سیال است که به دو دلیل کاهش مییابد 1 حرکت رو به باالی سیال 1 در بعضی منابع روتامتر را در واقع»جریان سنج با سطح مقطع متغیر«دانستهاند. در ( W F )F نماد Force و w نماد weight است که در فصل اول به آنها اشاره شده است. نیروی شناوری یا ارشمیدس: وقتی جسمی در سیالی قرار میگیرد نیرویی از طرف سیال بر جسم وارد میشود که به آن شناوری میگویند که مقدار آن برابر است با وزن سیال جابهجا شده یا وزن سیال هم حجم جسم )و این باعث سبک شدن جسم میشود(. مقدار این نیرو عبارت است از: ρvg = F که در آن: ρ= چگالی سیال v= حجم سیال جابهجا 89 شده g = شتاب جاذبه

افزایش سطح عبوری برای سیال که باعث کاهش نیروی وارده از طرف سیال بر شناور F D میشود. پس باتوجه به مطالب باال میتوان گفت تا وقتی F D < F W F- B باشد شناور رو به باال حرکت میکند و چون F D مدام در حال کاهش است زمانی میرسد که بین F D و برآیند وزن و شناوری ( B F (تعادل W F- برقرار شود. یعنی F D = F W F- B شود که در این زمان شناور میایستد که از قسمت باالی آن دبی را از روتامتر میخوانند. روتامتر سادهترین و راحتترین وسیله اندازهگیری دبی حجمی مایعات و گازهاست که برای نمایش بصری دبی سیال استفاده میشود. بدنه روتامتر با استفاده از روابط تجربی دبی 1 برحسب دبی مدرج شده است. گستره اندازهگیری روتامترها محدود است ولی دقت آنها نسبتا باالست و استفاده از آنها در صنعت بسیار رایج است. افت فشار حاصله در روتامترها در مقایسه با جریان سنجهای انسداد جریان کمتر است. به دو دلیل ممکن است روتامترها را خارج از مسیر اصلی جریان سیال نصب کنند: 1 اگر اختاللی در کار روتامتر پیش بیاید بدون ایجاد وقفه در جریان سیال روتامتر تعویض میگردد. شکل 4 1 این طریق نصب روتامتر را نشان میدهد. اگر مقدار جریان سیال خارج از دامنه اندازهگیری روتامتر باشد میتوان یک جریان فرعی از جریان اصلی مایع منشعب کرد و آن را به روتامتر فرستاد و با دانستن مقدار جریان فرعی و نسبت آن با جریان اصلی دبی واقعی را مشخص نمود. شکل 4 1 ٤ 6 روش اندازه گیری دبی به وسیلۀ سرعت سیال این بخش با استفاده از سرعت حرکت سیال جهت محاسبه دبی حجمی که در دانستنی )( به آن اشاره شده است ارتباط دارد. در این بخش تأکید برجمله کلیدی زیر ضروری است: در دبی ثابت با افزایش سطح مقطع سرعت کاهش می یابد. 1 دبی حجمی جریان در روتامتر توسط رابطه زیر به دست می آید: Q = CAb V( f ρf ρ) g ρ hf Af ρ[ 1 (Ab A a) ] در این رابطه: C ضریب تخلیه A b سطح مقطع روتامتر در باالی شناور A a سطح مقطع روتامتر در پایین شناور V f سرعت جریان ρ f چگالی شناور ρ چگالی سیال و h f ارتفاع شناور 90 است.

سؤاالت پیشنهادی برای طرح آزمون الف( تعاریف 1 دبی حجمی را تعریف کنید و براساس آن رابطه ای برای دبی حجمی بنویسید. دبی جرمی را تعریف کنید و رابطه محاسبه آن را براساس تعریفش بنویسید. عوامل تعیین کننده روش های اندازه گیری جریان سیاالت را بنویسید. 4 روش های اندازه گیری جریان سیاالت را نام ببرید و برای هر یک دستگاهی را مثال بزنید. 5 روش جابه جایی مثبت را تعریف کنید و بگویید چه دستگاهی به این روش کار می کند 6 کنتور آب منازل به چه روشی کار می کند اساس کار آن به چه شکلی است 7 روش انسداد جریان را تعریف کنید و دستگاه هایی را که به این روش کار می کنند نام ببرید. 8 لوله ونتوری را رسم کنید و قسمت های مختلف آن را روی شکل نشان دهید. 9 اری فیس متر چیست به چه روشی کار می کند افت فشار در کدام قسمت اری فیس اتفاق می افتد 10 توضیح دهید که چگونه دبی یک سیال با یک نازل اندازه گیری می شود 11 آیا دستگاه هایی که به روش انسداد جریان کار می کنند مستقیما دبی سیال را اندازه می گیرند توضیح دهید. 1 اری فیس و ونتوری را مقایسه کنید. 1 روتامتر به چه روشی کار می کند ساختمان آن و عملکرد آن را توضیح دهید. 14 در چه مواردی استفاده از روتامتر ممنوع است 15 اگر دبی سیال عبوری ثابت باشد رابطه سطح مقطع و سرعت سیال چگونه است )از روی رابطه توضیح دهید( توجه: پاسخ تمامی سؤاالت در متن کتاب وجود دارد. ب( جاهای خالی را پر کنید: 1 روتامتر به روش... کار می کند. محل قرار گرفتن شناور در روتامتر به... بستگی دارد. افت فشار در روتامترها... است. 4 میزان افت فشار در روتامترها بستگی به... آن دارد. 5 در دبی ثابت سطح مقطع و سرعت سیال با هم رابطه دارند. 6 با نصب اری فیس سر راه سیال افت فشار در اتفاق می افتد. 7 برای مشاهده افت فشار و اندازه گیری آن در لوله ونتوری از استفاده می شود. 8 با نصب ونتوری سر راه سیال افت فشار در اتفاق می افتد. 9 لوله ونتوری دارای یک مدخل ورودی و خروجی معادل لوله جریان است. 10 دقت اندازه گیری ونتوری نسبت به اری فیس است. 9١

11 افت فشار دائم تولیدی توسط ونتوری نسبت به اری فیس است. 1 برای لوله های کوتاه از استفاده نمی شود. 1 برای سیاالت با فشار کم از استفاده نمی شود. 14 هزینه نصب و نگهداری ونتوری از اری فیس است. 15 در محاسبات جهت تبدیل دبی حجمی و جرمی به یکدیگر از سیال استفاده می شود. پاسخ: برای پر کردن جاهای خالی به متن فصل چهارم در کتاب درسی مراجعه شود. ج( مسائلی مرتبط با دبی: 1 000 Lit min مایعی با چگالی /0 75gr cm از لولهای به قطر 0/ m میگذرد. دبی جرمی مایع را در سیستم CGS بهدست آورید. حل: اطالعات مسئله عبارتاند از: فرمول مورد استفاده رابطه دبی حجمی و دبی جرمی است: Q = 000L min ρ= 0/ 75 gr cm, D=0/ m m 0 =? m 0 = ρq چون دبی جرمی را در سیستم CGS خواسته اند پس باید ρ و Q به سیستم CGS انتقال یابند. Q = 000 L 10 cm min 1 L = 10 6 cm min 6 6 m = 0/ 75gr cm 10 cm min = 1/ 5 10 gr min چنان که دیده می شود یکی از اطالعات یعنی قطر لوله )D( اضافی است. سیالی با سرعت حجمی و دبی جرمی سیال را محاسبه کنید. حل: 0 ms از لولهای به قطر 0/ میگذرد. m اگر چگالی سیال 1000kgباشد m دبی V = 0m s, D = 0/ m, ρ= 1000kg m Q = 0? m =? Q=VA π D / 14 0/ A = = = 0/ 014m 4 4 Q= 0ms 0/ 014m = 0/ 68 m s 9

0 0 m =ρq m = 1000kg m 0/ 68m s = 68kg s مقدار 100 cc آب را در مدت 10 ثانیه جمع آوری کرده ایم. دبی آب چه قدر است حل: V=100cc ) یا یا cm ml(, t=10s V 100cm Q= Q= = 10 cm s t 10s 4 مساحت کف یک مخزن به شکل مکعب مستطیل 8 m است. با ورود جریان دائمی مایع به مدت 1 دقیقه عمق مایع در مخزن 1/ m افزایش می یابد. دبی جریان را برحسب لیتر بر ثانیه به دست آورید. حل: نکته: روش محاسبه دبی جابه جایی مثبت است که در بعضی از کارگاه های عملیات دستگاهی مورد استفاده قرار می گیرد. به این صورت که در کنار مخزن از نمایشگر سطح مایع استفاده می شود و زمان افزایش ارتفاع مایع در مخزن را با کرونومتر اندازه می گیرند. سپس حجم مایع جابه جا شده در واحد زمان به صورت زیر به دست می آید: افزایش ارتفاع مخزن سطح مقطع مخزن = حجم مایع جابه جا شده = 8 m * 1/ m = 10/4 m حجم مایع جابه جا شده V Q = = t 10/ 4 m 10 L 1min 1 min 1 m 60s =14 / 44Ls شکل 4 نکته: این مسئله از راه محاسبه سرعت نیز به صورت زیر قابل حل است: 1/ m 1min L V = = t 1 min 60s = 1/ 8 10 ms Q = VA = 1/ 8 10 m s 8m = 14 / 44 10 m s Q = 14 / 44 10 m 10 L s 1 m =14 / 44Ls 9٣