נחיר (הנדסת מכונות)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
נחיר

נחיראנגלית: Orifice plate) הוא התקן מכני-הידראולי, המשפיע על זרימת הזורם בצינור באמצעות הצרת מעברו.

לנחיר יכולים להיות שימושים שונים. אחד המרכזיים שבהם הוא כמד ספיקה. הנחיר עשוי לשמש גם התקן לויסות ספיקת הזורם על ידי כך שהוא גורם למפל לחץ או מפל עומד בזרימה.

דוגמה לשימוש בנחיר כמד ספיקה: הנחיר מותקן בתוך צינור, וצדו הפונה אל כיוון זרימת הנוזל חסום על ידי דיסקה בעלת חור במרכזה. הקטנת שטח החתך גורמת לעלייה במהירות הנוזל ולירידה בלחצו. כדי למדוד את ספיקת הנוזל, יש למדוד את הפרש הלחצים משני צדי הדיסקה על ידי מנומטר, ועל ידי הצבת נתונים אלה במשוואת ברנולי נקבל את מהירות יציאת הנוזל מהנחיר.

הנקודה בה שטח החתך של הזורם הוא הקטן ביותר נקראת: ונה קונטרקטה. בנקודה זו המהירות היא מרבית והפרש הלחצים משני צידי הנחיר מקסימלי. חשוב לבצע את המדידה בנקודה זו שכן השגיאה תהיה הקטנה ביותר.

המשוואות לזורמים דחיסים ולא דחיסים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הנוסחאות הבאות מפותחות עבור מצב מתמיד, זרימה למינרית, בצינור אופקי וכן הזנחת אפקטים של חיכוך ואז משוואת ברנולי הופכת ל:

P_1 + \frac{1}{2}\cdot\rho_1\cdot V_1^2 = P_2 + \frac{1}{2}\cdot\rho_1\cdot V_2^2

או:

P_1 - P_2 = \frac{1}{2}\cdot\rho_1\cdot V_2^2 - \frac{1}{2}\cdot\rho_1\cdot V_1^2

כאשר:

Q = A\cdot V או \ V = Q/A

מתקיים: \ Q_1 = \ Q_2 :

P_1 - P_2 = \frac{1}{2}\cdot\rho_1\cdot \bigg(\frac{Q_1}{A_2}\bigg)^2 - \frac{1}{2}\cdot\rho_1\cdot\bigg(\frac{Q_1}{A_1}\bigg)^2

פתרון עבור: \ Q_1:

Q_1 = A_2\;\sqrt{\frac{2\;(P_1-P_2)/\rho_1}{1-(A_2/A_1)^2}}

וכן:

Q_1 = A_2\;\sqrt{\frac{1}{1-(d_2/d_1)^4}}\;\sqrt{2\;(P_1-P_2)/\rho_1}

נגדיר פרמטר חדש:  \beta = \ d_2/d_1 ואת פרמטר הפריקה: \ C_d:

Q_1 = C_d\; A_2\;\sqrt{\frac{1}{1-\beta^4}}\;\sqrt{2\;(P_1-P_2)/\rho_1}

נסמן: C = \frac{C_d}{\sqrt{1-\beta^4}}

מתקיים: \ Q = \ Q_1 = \ Q_2

ומקבלים עבור הספיקה הנפחית:

(1)\qquad Q = C\;Y\;A_2\;\sqrt{2\;(P_1-P_2)/\rho_1}

ועבור ספיקת המסה:

(2)\qquad \dot{m} = \rho_1\;Q = C\;Y\;A_2\;\sqrt{2\;\rho_1\;(P_1-P_2)}
כאשר:  
Q ספיקה נפחית, m³/s
\dot{m} ספיקת המסה, kg/s
C_d מקדם הזרימה, חסר ממדים
C מקדם הזרימה של הנחיר, חסר ממדים, מסומן לפעמים כ K
Y מקדם הדחיסות, חסר ממדים
A_1 שטח חתך הצינור, m²
A_2 שטח החתך של חור הנחיר, m²
d_1 קוטר הצינור, m
d_2 קוטר חור הנחיר, m
\beta היחס בין קוטר החור של הנחיר לבין קוטר הצינור, חסר ממדים
V_1 מהירות הזרימה בצינור, m/s
V_2 מהירות הזרימה דרך חור הנחיר, m/s
P_1 הלחץ במעלה הזרם, Pa   ביחידות kg/ m ·s²
P_2 הלחץ במורד הזרם, Pa   ביחידות kg/ m ·s²
\rho_1 צפיפות הזורם במעלה הזרם, kg/m³

וכך ניתן למצוא את הספיקה כאשר ידועים הפרשי הלחצים.

יתרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. פשוט וזול.
  2. הנחיר ניתן להחלפה וכך ניתן לשנות בקלות את הקוטרבהתאם לספיקה הנדרשת.

חסרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. גורם להפסדי עומד גבוהים.
  2. לא יעיל בספיקות שונות מספיקת התכנון.
  3. לא מדויק עבור נוזלים צמיגים.