اثر قطر لوله پرستون در دقت تخمین مقاومت هیدرولیکی جریان در کانال های مستطیلی صاف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دوره کارشناسی ارشد مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول.

2 استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول

چکیده

در این مقاله به بررسی اثر قطر لوله پرستون در تخمین تنش برشی جداره لایه مرزی تحت اثر گرادیان فشار صفر پرداخته شده است. برای این منظور از چهار لوله پرستون با قطرهای خارجی 3/2 ، 3/9 ، 4/7، 6/3 میلی­متر که متناظر با پارامتر نسبی قطر لوله پرستون به ضخامت لایه مرزی( Dp/d) معادل با 0/039، 0/047، 0/057 ، 0/076 می‌باشد، استفاده شده است. اندازه‌گیری اختلاف فشار نقطه استاتیک و کل در لوله پرستون توسط ترانسدیوسر فشار تفاضلی با دقت 0/2 درصد مقیاس اصلی صورت گرفته است. نتایج حاصل از اندازه‌گیری تنشِ برشی در محدوده عدد رینولدز 104×6/4 الی104 ×39/87 با استفاده از معادله ­های واسنجی پتل و بچرت نشان دادند که قطر لوله پرستون در تخمین تنشِ برشی تأثیر به‌سزایی دارد و هر دو روش واسنجی پتل و بچرت به قطر لوله پرستون حساس می‌باشند. حداکثر میزان اختلاف در اندازه‌گیری تنشِ برشی به‌دست آمده از قطرهای مختلف با استفاده از معادله‌های واسنجی پتل حدود 9 درصد می‌باشد. این درحالی است که میزان اختلاف مقادیر نظیر توسط معادله واسنجی بچرت تا حدود 14 درصد از خود افزایش نشان می‌دهد. مقایسه نتایج حاصل از روش‌های واسنجی پتل و بچرت نشان داد که به‌هنگام استفاده از قطر لوله پرستون معادل 3/9 میلی­متر میزان اختلاف نتایج این دو روش از کمترین اختلاف ممکن برخوردارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Preston Tube Diameter to Accurate Estimation of Flow Resistance in Smooth Rectangular Open Channel

نویسندگان [English]

  • Masoomeh Fatahi 1
  • Babak Lashkar-Ara 2
  • Mohammad Zaker Moshfegh 2
چکیده [English]

     In this paper, the effect of tube diameter (Dp) in measurement of shear stress (tb) of the boundary layer wall was investigated under a zero pressure gradient. For this purpose, four different tubes with outside diameters of 3.2, 3.9, 4.7 and 6.3 mm were used which are corresponded to Dp/d  of  0.039, 0.047, 0.057 and 0.076, respectively. Measurement of the pressure difference of static point and total in Preston tube was implemented using a differential pressure transducer with accuracy of 0.2 percent of the original scale.  The results of the shear stress measurements around Reynolds numbers from  6.4×104  to  39.87×104 using Patel and Bechert calibration equations showed that the Preston tube diameter has a significant impact on the shear stress estimation and both equations are sensitive to the tube diameter. The maximum value of difference in the shear stress measurements tb of different tubes using Patel calibration is about 9%, while the Bechert calibration gives a maximum difference of approximately 14%.  Comparing results obtained from both Patel and Bechert calibration equations showed that variation in result of the two equations is minimum when the diameter Preston tube is 3.9 mm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Preston Tube
  • Patel
  • Bechert
  • Boundary layer
  • Skin friction
1-    صفرزاده گندشمین، ا. و ع.ا. صالحی نیشابوری. 1391. مطالعه توزیع تنش برشی بستر پیرامون سازه‌های رودخانه‌ای با استفاده از پرستون سه لوله. مجله هیدرولیک ، 7 (2): 62-47.

 

2- فتاحی، م. 1394. تحلیل حساسیت قطر لوله پرستون جهت تخمین توزیع عرضی تنشِ ‌برشی جریان در کانال‌های مستطیلی صاف‌. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی جندی شاپور.

 

3- لشکرآرا، ب. و م. فتحی مقدم. 1393. تحلیل تنش برشی در کانال‌های روباز با مقطع مستطیلی به روش تعادل نیرو. مجله هیدرولیک، 9 (3): 44-33.

 

4-    Allen, J.M. 1973. Evaluation of Preston tube calibration equations in supersonic flow. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 11: 1461-1462.

 

5-    Bechert, D.W. 1995. Calibration of Preston tube. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 34(1): 205-206.

 

6-    Bradshaw, P. and F.Y.F. Wong, 1972. The Reattachment and Relaxation of a Turbulent Shear Layer. Journal of Fluid Mechanics, 52: 113-135.

 

7-    Bradshaw, P. and K. Unsworth. 1974. Comment on Evaluation of Preston tube calibration equations in supersonic flow: American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 12:1293–1296.

 

8-    Çengel, Y.A. and J.M. Cimbala. 2006. Fluid Mechanics, Fundamentals and Applications. Mc Graw Hill.

 

9-    Ching, C. Djenidi, Y. and L. Antonia. 1995. Low-Reynolds-number effects in a turbulent boundary. Experimental in Fluid, 19(1): 61-68.

 

10- Clauser, F.H. 1954. Turbulent boundary layers in adverse pressure gradients. Journal of the Aeronautical Sciences, 21: 91–108.

 

11- Coles, D. 1956. The law of the wake in the turbulent boundary layer. Journal of Fluid Mechanics, 1:191-226.

 

12-  Kassab, S. Z. 1993. A Preston tube calibration chart. Review of ScientificInstruments, 64(1): 253-256.

 

13- Lashkar-Ara, B., Fathi-Moghadam, M., Shafai-Bajestan, M. and A. Jael. 2010. Boundary shear stress in smooth channels. International Journal of Food, Agriculture and Environment, 8(1): 343-347.

 

14- Liu, Z. 2001 Sediment transport. Laboratoriet for Hydraulik og Havnebygning Instituttet for Vand, Jord og Miljّteknik.Aalborg Universitet.

 

15- Patel, V.C. 1965. Calibration of the Preston Tube and limitations on its use in pressure gradients. Journal of Fluid Mechanics, 23: 185-208.

 

16- Preston, J.H. 1954. The determination of turbulent skin friction by means of Pitot tubes. Journal of The Royal Aeronautical Society, 58: 109-121.

 

17- Sutardi and C.Y. Ching. 2001. Effect of tube diameter on Preston tube calibration curves for the measurement of wall shear stress. Experimental Thermal and Fluid Science, 24: 93-97.

 

18-   Zagarola, M.V., Williams, D. R. and A.J. Smits. 2001. Calibration of the Preston probe for high Reynolds number flows. Measurement Science and Technology, 12(4): 495-501.