جریان گاز از طریق لوله ها و کنترل آن:

یک شاخص بسیار جالب در فیزیک ترمودینامیک است که دانستن آن برای درک کمپرسور هوا الزامی است و در این مقاله به جریان هوا، “خفگی” و تشریح ترمودینامیک آن می پردازیم.

عدد رینولدز:

D قطر لوله، w سرعت متوسط جریان، ρ چگالی ماده‌ی جاری و η گرانروی دینامیک ماده‌ی جاری هستند.

عدد رینولدز یک نسبت بین اینرسی و اصطکاک در یک محیط جریانی متوسط است. فرمول این عدد عبارت است از:

انواع مختلف جریان درون لوله:

دو نوع جریان درون لوله داریم:

اگر Re<2000 باشد نیروهای چسبنده در محیط غالب می شوند و جریان  آرام در لوله رخ میدهد. این به این معناست که لایه های مختلف جریان متوسط در جهت مناسب با هم حرکت می کنند. معمولا توزیع سرعت در لایه های لاپاراسکوپی به شکل پارابولی است.

اگر Re≥4000، نیروهای اینرسی برروی رفتار جریان متوسط تاثیر میگذارند و جریان ناآرام در لوله به وجود می آید و ذرات شروع به حرکت تصادفی می کنند.

در ناحیه بحرانی یعنی زمانی که عدد رینولدز میان ۲۰۰۰ و ۴۰۰۰ باشد، جریان درون لوله نامشخص است، جریان می تواند آرام، نا آرام یا ترکیبی از هر دو باشد. در این شرایط عوامل دیگری مانند صافی سطح داخل لوله، اصطکاک در لوله و غیره برروی نوع جریان درون لوله موثر است.

برای شروع جریان درون لوله نیاز به فشاری هست که بر اصطکاک درون لوله غلبه کرده و جریان آغاز شود. مقدار این اختلاف فشار لازم برای شروع جریان به عواملی مانند قطر، طول و شکل لوله، سطح داخل لوله و عدد رینولدز بستگی دارد.

اثر ژول تامسون چیست؟

هنگامی که جریان یک گاز ایده‌آل از درون یک گلوگاه، با فشار ثابت پیش و پس از آن، عبور می کند، دما ثابت می ماند. هرچند افت فشاری در طول گلوگاه رخ می دهد که حاصل از تبدیل انرژی درونی به انرژی جنبشی می باشد و منجر به افت دما خواهد شد. برای گازهای واقعی تغییر دما دايمی است، حتی اگر محتوای انرژی گاز ثابت بماند. به این پدیده اثر جول تامسون میگویند. تغییر دما برابر است با حاصلضرب تغییر فشار در طول “خفگی” در ضریب جول تامسون.

در عبور جریان از گلوگاه، اگر جریان آرام دارای دمای پایین ( پایین تر از ۳۲۹ درجهی سانتیگراد برای هوا) باشد، افت دمایی رخ میدهد. اما اگر جریان آرام گرمتر باشد، افزایش دما را شاهد خواهیم بود. از این شرایط میتواند برای استفاده های فنی، مانند جداسازی گازها، استفاده کرد.

منبع