معامل الخشونة أنابيب حديد الدكتايل معامل الخشونة

تقيس معاملات الخشونة نسيج السطح الداخلي للأنابيب وتحدد خسائر رأس الاحتكاك في حسابات تدفق السوائل. بالنسبة لأنابيب حديد الدكتايل - المستخدمة على نطاق واسع في توزيع المياه والأنظمة الصناعية - فإن المعاملات الأكثر شيوعًا هي

• الخشونة المطلقة (هـ) لمعادلة دارسي-ويزباخ، مُعبَّرًا عنها بوحدة مم أو قدم.

• عامل هازن-ويليامز جمعامل تجريبي لتدفق المياه في القنوات المغلقة.

• مانينج نتُستخدم عادةً للتدفق في القنوات المفتوحة، لكنها تُطبَّق أحيانًا على حسابات الأنبوب الكامل.

فهم معاملات الخشونة

خشونة دارسي-ويسباخ المطلقة

تستخدم معادلة دارسي-ويزباخ معادلة دارسي-ويزباخ الخشونة المطلقة (هـ) القيمة - متوسط ارتفاع المخالفات السطحية - لحساب معامل الاحتكاك. بالنسبة إلى أنابيب حديد الدكتايل الجديدةهـ، عادةً ما تكون 0.061 مم (0.0002 قدم) . على مدى عقود من الزمن في الخدمة، يمكن أن تزيد رواسب التآكل الداخلي والغشاء الحيوي الرقيق e إلى حتى 3 مم في الأنظمة سيئة الصيانة.

عامل هازن-ويليامز ج

تربط معادلة "هازن-ويليامز"، المفضلة لشبكات إمدادات المياه البلدية، فقدان الرأس بمعدل التدفق عبر العامل (ج)حيث تشير القيم الأعلى إلى جدران أنابيب أكثر سلاسة. نموذجي قيم C لحديد الدكتايل تشمل:

• غير مبطنة (جديدة): 140

• مبطنة بالأسمنت (جديدة): 120
  تُظهر الأدلة أن 10-15% انخفاض 10-15% في C مع مرور الوقت مع تطور الخشونة الداخلية، مما قد يقلل من C من 140 إلى حوالي 120 بعد عدة عقود.

معامل مانينج ن

على الرغم من أنه في المقام الأول للمكونات الهيدروليكية ذات القنوات المفتوحة, مانينج ن يستخدم أحيانًا للتدفق الكامل للأنبوب، خاصة في تصميم المجاري. بالنسبة لـ حديد الزهر أو حديد الدكتايلن عادةً ما يتراوح 0.011-0.013 للأنابيب الجديدة.

القيم النموذجية لأنابيب حديد الدكتايل

العوامل المؤثرة على الخشونة في أنابيب حديد الدكتايل

1. حالة التبطين الأسمنتي

   • تحافظ البطانات الأسمنتية السليمة على خشونة أقل؛ ويؤدي التدهور إلى زيادة فقدان الرأس.

2. التآكل والقشور

   • تزيد ترسبات أكسيد الحديد من الخشونة المطلقة بشكل كبير بمرور الوقت.

3. الغشاء الحيوي الرقيق والوحل

   • يمكن أن يؤدي نمو الميكروبات إلى تضييق مسارات التدفق ورفع عوامل الاحتكاك.

4. التنظيف والصيانة

   • يقلل التنظيف الدوري من التراكم ويساعد في الحفاظ على قيم C و n المصممة.

اعتبارات التصميم والتطبيقات

• الأنظمة المضغوطة: استخدم معادلة دارسي-ويسباخ مع قيم e لحسابات خسارة الرأس التفصيلية في أنابيب توزيع المياه.

• الشبكات البلدية: إن صيغة هازن-ويليامز يبسّط التصميم ولكنه يتطلب الانتباه إلى انخفاض قيمة C على مدى عمر الأنبوب.

• المجاري ومياه الأمطار والصرف الصحي: في حين أن مانينج ن شائع في الأنابيب الممتلئة جزئيًا، يجب على الممارسين التحقق من ن مقابل معايير إعادة التأهيل المحلية.

الأسئلة الشائعة

س1: ما هي الخشونة المطلقة لأنابيب حديد الدكتايل الجديدة؟
ج: عادةً ما تُظهر خطوط أنابيب حديد الدكتايل الجديدة خشونة مطلقة e من 0.061 مم (0.0002 قدم) .

س2: كيف تؤثر البطانة الأسمنتية على معامل هازن-ويليامز C؟
ج: عادةً ما تبدأ أنابيب حديد الدكتايل المبطنة بالأسمنت من C من 120مقارنةً ب 140 بالنسبة للأنابيب غير المبطنة؛ يمكن أن يؤدي تدهور البطانة إلى تقليل C بمرور الوقت.

س3: ما المعامل الموصى به لحسابات دارسي-ويزباخ؟
ج: إن الخشونة المطلقة (هـ) تُستخدم القيمة - 0.061 مم لحديد الدكتايل الجديد - لحساب معامل الاحتكاك في معادلة دارسي-ويزباخ.

س4: كيف تتغير الخشونة على مدار العمر التشغيلي لحديد الدكتايل؟
ج: يمكن أن يزيد التآكل والقشور والغشاء الحيوي الرقيق e من 0.061 مم إلى 3 مم وخفض هازن-ويليامز C بواسطة 10-15% على مدى عدة عقود.

س5: هل يمكن تطبيق معيار مانينج n على القنوات المغلقة؟
ج: في حين أنه مصمم للقنوات المفتوحة، فإن معيار مانينغ n (≈0.012) يُستخدم أحيانًا لتصميم المجاري ذات الأنابيب الكاملة ولكن يجب التحقق من صحته في ضوء الدراسات التجريبية.

المراجع:

• معادلة دارسي-ويسباخ - ويكيبيديا
• معادلة ومعاملات هازن-ويليامز - الرابطة الأمريكية لأشغال المياه (AWWA)
• معادلة مانينغ ومعاملات الخشونة - مكتب الاستصلاح الأمريكي
• خشونة الأنابيب وتقادمها وتأثيرات التنظيف - مؤسسة أبحاث المياه
• إرشادات وكالة حماية البيئة الأمريكية بشأن التآكل والخشونة في أنظمة توزيع المياه - وكالة حماية البيئة الأمريكية