การไหล

รูจำกัดการไหล (Restriction Orifice — ISO 5167)

หาขนาดรูของแผ่นจำกัดการไหล (restriction orifice) ที่ทิ้งความดันถาวรตามต้องการ ณ อัตราการไหลที่กำหนด — ของเหลวใช้สมการเบอร์นูลลี แก๊สใช้วิธีของ Crane TP-410 และหา Cd ตาม ISO 5167-2 พร้อมตรวจการเกิดโพรงไอและการแบ่งหลายแผ่น

ค่าที่กรอกจะถูกจำไว้ในเบราว์เซอร์นี้

ชนิดของไหลและค่า Cd

ชนิดของไหล (Service)

วิธีหาค่า Cd

คงที่: แผ่นขอบคม Cd = 0.61 (Kolmetz) · อัตโนมัติ: Reader-Harris/Gallagher 8 พจน์ ตาม ISO 5167-2 §5.3.2 (หา β ด้วยการแบ่งครึ่ง)

คุณสมบัติของไหล

อุณหภูมิของเหลว

°C

ของไหล: น้ำ · ρ = 995.7 kg/m³ · Pv = 4.25 kPa

ความหนาแน่น (กำหนดเอง)

kg/m³

เว้นว่างไว้ = ใช้ค่าจากฐานข้อมูล 995.7 kg/m³ ที่อุณหภูมินี้

ท่อ (Pipe)

วัสดุท่อ

ขนาดท่อ (Nominal size)

Schedule / Class

เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (Pipe ID) D = 77.90 mm (3.067 in)

อัตราการไหลและความดัน

อัตราการไหลโดยปริมาตร Q

m³/h

ความดันที่ต้องทิ้งถาวร ΔP

bar

ความดันต้นทาง P₁ (สัมบูรณ์)

bar abs

ใช้หาดัชนีการเกิดโพรงไอ σ = (P₁ − Pv) / ΔP ถาวร

จำนวนแผ่น (Multi-stage)

จำนวนแผ่น N (แบ่ง ΔP เท่ากัน)

แบ่ง ΔP เท่ากันทุกแผ่น (ΔP ต่อแผ่น = ΔP / N) — ความเร็วในรูลดลง σ สูงขึ้น ลดการกัดกร่อนและโพรงไอ

ทำความเข้าใจ Restriction Orifice

1. RO ไม่ใช่ metering orifice — ทิ้งพลังงาน ไม่ได้วัด

Metering orifice วัดอัตราการไหลจาก ΔP ที่จุดวัด (taps) ซึ่งกลับคืนได้บางส่วน ส่วน restriction orifice มีหน้าที่ทิ้งความดันถาวร ΔP_perm (ไม่กลับคืน) ที่อัตราการไหลที่กำหนด — ใช้กับ pump kick-back, การลดความดันคอนเดนเสท, anti-surge, ท่อ bypass อัตราไหลต่ำสุด และตัวจำกัดท่อระบาย

สัดส่วน Husain (ISO 5167-2 §5.5): สัดส่วนถาวรของ ΔP ที่จุดวัด (taps) — แผ่นขอบคม β สูงมีค่า ~0.60–0.70
ธรรมเนียมการออกแบบ RO: แผ่นเดียว ถือว่า ΔP ของอุปกรณ์ ≈ ΔP_perm — หน้านี้แสดงสัดส่วน Husain ไว้ตรวจว่าสมมุติฐานใกล้แค่ไหน
ค่าปัจจุบัน ΔP_perm/ΔP = 94.6 %

2. สมการขนาดรูของเหลว (Bernoulli แบบปิด)

กลับด้านสมการ orifice (Bernoulli + การอนุรักษ์มวล) เพื่อหาขนาดรูจาก Q และ ΔP_perm ที่ต้องทิ้ง:

q = C_{d} E \frac{π}{4} d^{2} \frac{2 Δ P _{p er m}}{ρ} \Rightarrow d = \frac{4 Q}{π C _{d} E 2 Δ P _{p er m} / ρ}

Cd ของแผ่นขอบคม ≈ 0.60–0.61 (Kolmetz) โหมดอัตโนมัติใช้ RHG (ISO 5167-2 §5.3.2) ซึ่งขึ้นกับ β เพียงเล็กน้อย
E = 1/√(1 − β⁴) ตัวประกอบความเร็วเข้า — RO ที่ ΔP สูงมี β เล็ก E จึงใกล้ 1 (หน้านี้ยังแก้ค่าให้ถูกต้อง)
d ∝ ΔP^−1/4 — เพิ่ม ΔP เป็น 2 เท่า รูเล็กลงเพียง ~16 % (ดูกราฟ)

3. แก๊ส: ไหลวิกฤตหรือต่ำกว่าวิกฤต (Crane TP-410)

แก๊สผ่านรูจะไหลวิกฤตเมื่ออัตราส่วนความดันต่ำพอ — ความเร็วที่ vena contracta เท่าความเร็วเสียงและ mass flux ถูกจำกัด:

r_{cr i t} = (\frac{2}{k + 1})^{\frac{k}{k - 1}}, G^{*} = C_{d} k ρ_{1} p_{1} (\frac{2}{k + 1})^{\frac{k + 1}{2 ( k - 1 )}}

r = P₂/P₁ ≤ r_crit → ไหลวิกฤต: ขนาดจาก A = ṁ/G* (Crane TP-410 §1-10)
r > r_crit → ต่ำกว่าวิกฤต: ใช้รูปแบบ ε ของ ISO 5167-2 §5.4
r_crit ปัจจุบัน = 0.5283
ในโหมดไหลวิกฤต RHG (สำหรับวัดอัตราการไหลเท่านั้น) ใช้ไม่ได้ — บังคับ Cd = 0.61

4. ทำไมต้องแบ่งหลายแผ่น

แบ่ง ΔP_perm เป็น N แผ่นเท่า ๆ กัน (ΔP/N ต่อแผ่น) ทำให้แต่ละแผ่น:

ความเร็วในรูต่ำลง → ลดการกัดกร่อนและเสียง
σ สูงขึ้น (ΔP ต่อแผ่นเล็กลง) → เลี่ยงการเกิดโพรงไอของของเหลว
อัตราส่วนความดันต่อแผ่นไม่รุนแรง → เลี่ยงการไหลวิกฤตของแก๊ส
แต่ละแผ่นทำงานที่ความดันต้นทางที่ลดลงตามลำดับ — หน้านี้คำนวณทีละแผ่นตามความดันนั้น

5. ดัชนีการเกิดโพรงไอ σ (ของเหลว)

σ = (P₁ − p_v) / ΔP_perm — ยิ่งสูงยิ่งห่างจากการเกิดโพรงไอ:

σ ≥ 1.5 — ไม่คาดว่าจะเกิดโพรงไอ
1.0 ≤ σ < 1.5 — เริ่มเกิด (มีเสียง / สั่น)
0.5 ≤ σ < 1.0 — รุนแรง (กัดกร่อน)
σ < 0.5 — ไหลวิกฤต / วาบเป็นไอ

ค่าปัจจุบัน σ = 1.59 — ΔP สูงในแผ่นเดียวคือเหตุผลหลักของการแบ่งหลายแผ่น

6. ขอบเขตและข้อจำกัด

เฟสเดียวเท่านั้น — ไม่รองรับของเหลวที่วาบเป็นไอข้ามแผ่น / สองเฟส
ไม่รวม RO หลายรู (ใช้ Cd ของรูเดียวขอบคม)
ช่วงของ RHG: β 0.10–0.75, Re_D ≥ 5,000 — นอกช่วงนี้ไม่รับประกัน
แบ่งหลายแผ่นแบบเท่ากันเท่านั้น — ไม่หาค่าที่เหมาะที่สุดแบบไม่เท่ากัน
ผลเป็นการกำหนดขนาดเบื้องต้น — งานวิกฤตควรยืนยันกับผู้ผลิต / CFD

โหมดปัจจุบัน: ของเหลว (Bernoulli) ที่ β = 0.213

ค่าที่คำนวณด้วยมือ (ยังไม่มีการทดสอบอัตโนมัติ): แบบปิดที่คิดเอง (น้ำ ρ = 1000, Q = 0.010 m³/s, ΔP = 3.0×10⁵ Pa, Cd = 0.61 → d ≈ 29.19 mm ที่ E = 1) และกรณีแก๊ส (อากาศ P₁ = 1.0 MPa, T = 300 K, ไหลวิกฤต, ṁ = 0.5 kg/s → d ≈ 21.2 mm) — ตรวจได้เฉพาะพีชคณิตและหน่วย ไม่ใช่ข้อมูลอ้างอิงภายนอก

ISO 5167-1:2022 — General principles and requirements
ISO 5167-2:2022 — Orifice plates (§5.3.2 Reader-Harris/Gallagher C, §5.4 ε, §5.5 ความดันสูญเสียถาวร Husain)
Crane Technical Paper No. 410 — Flow of Fluids, §1-10 การไหลอัดตัวได้ผ่าน orifice
Kolmetz, K.A. — Handbook of Process Equipment Design, “Restriction Orifice Sizing and Selection”
Blackmonk Engineering — บันทึกการกำหนดขนาด restriction orifice (แบบไม่อัดตัว)
Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 9th ed. — สมการ orifice, ตารางเลขชี้กำลัง isentropic ของแก๊ส

ผลการคำนวณเป็นค่าเบื้องต้น — DekEn ใช้วิธีมาตรฐานที่อ้างอิงได้ แต่ไม่ใช่สิ่งทดแทนวิศวกรวิชาชีพ (PE) โปรดตรวจสอบกับข้อมูลโครงการและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องก่อนนำไปก่อสร้าง จัดซื้อ หรือออก RFQ

Indicative engineering results — DekEn implements published methods but is not a substitute for a licensed Professional Engineer. Verify against project data and applicable codes before construction, procurement, or RFQ.

วิธีมาตรฐาน

ระดับ: ตรวจสอบแล้ว › วิธีมาตรฐาน › เบื้องต้น · ความหมายและหลักฐาน

ระบบจริงของคุณไม่ได้มีท่อเดียว

แบบจำลองระบบท่อแก้ทั้งระบบพร้อมกัน — วงรอบปิด ปั๊ม วาล์ว แรงดันกระชาก และการจำลอง 24 ชั่วโมง ลองต่อระบบท่อ 3 มิติ แล้วกดรันดูผลจริงได้เลย ไม่ต้องสมัครบัญชี · สร้างระบบท่อของคุณเอง บันทึกโปรเจกต์ และทำ safety study ได้ในแพ็ก Pro

ลองต่อระบบท่อ 3 มิติ ดูแพ็ก Pro