หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน
ตอนที่ ๒๕ นี้เป็นการเริ่มภาคผนวก D ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับเกณฑ์ต่าง ๆ ของสมการที่ใช้ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์ระบายความดัน (รูปที่ ๑) โดยหัวข้อ D.1 ขอบเขตกล่าวว่า ภาคผนวกนี้ได้ให้เกณฑ์สำหรับสมการที่ใช้ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์ระบายความดันบางสมการ ที่ใช้ในมาตรฐานนี้
หัวข้อ D.2 (รูปที่ ๒) เป็นนิยามของสภาวะ "Standard" และ "Normal" ของอุณหภูมิและความดัน ซึ่งตรงนี้มีความสำคัญที่ต้องทำความเข้าใจให้ตรงกันก่อน เพราะมันต่างจากที่สอนกันอยู่ในโรงเรียนในบ้านเรา
ย่อหน้าแรกของหัวข้อ D.2 กล่าวว่า ในการคำนวณหลายอย่างในมาตรฐานนี้ มีการใช้สภาวะอ้างอิง "หลายสภาวะ" ในการคำนวณอัตราการไหลโดยปริมาตรของแก๊สอุดมคติ สภาวะอ้างอิง "normal condition" และ "standard condition" นิยามที่ค่าอุณหภูมิและความดันดังต่อไปนี้
"normal condition" นิยามที่ความดันบรรยากาศ 101.325 kPa (คือ 1 atm หรือ 14.696 psia) และอุณหภูมิ 0ºC (32ºF) จะใช้กับค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหน่วย SI ที่สภาวะนี้ปริมาตรโดยโมลของแก๊สอุดมคติคือ 22.414 m3/kmol
"standard condition" นิยามที่ความดันบรรยากาศ 101.325 kPa (คือ 1 atm หรือ 14.696 psia) และอุณหภูมิ 15.56ºC (60ºF) จะใช้กับค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหน่วย USC ที่สภาวะนี้ปริมาตรโดยโมลของแก๊สอุดมคติคือ 379.46 ft3/lb.mol
ย่อหน้าที่สี่กล่าวว่าเป็นสิ่งสำคัญที่ควรต้องกล่าวไว้ในที่นี้ว่าอุณหภูมิอ้างอิงของ "normal condition" (0ºC หรือ 32ºF) ไม่ตรงกับอุณหภูมิอ้างอิงของ "standard condition" (15.56ºC หรือ 60ºF) การเปลี่ยนหน่วยระหว่างสภาวะ normal และ standard ได้ถูกรวมไว้ในที่นี้เมื่อมีการรายงานผลลัพธ์ด้วยหน่วยที่แตกต่างกัน ผู้ใช้พึงควรระวังว่าอัตราการไหลโดยปริมาตรในหน่วยที่แตกต่างกันกันอาจไม่เท่ากันพอดีเนื่องจากการใช้อุณหภูมอ้างอิงที่แตกต่างกัน
ที่สอนกันในบ้างเราจะบอกว่า Stand Temperature and Pressure (STP) และ Normal Temperature and Pressure (NTP) คือสภาวะเดียวกัน และนิยามที่ 1 atm และ 0ºC แต่ในมาตรฐาน API นี้ "normal condition" และ "standard condition" เป็นคนละสภาวะกัน และนิยามของ "normal condition" จะตรงกับ STP ที่สอนกันในบ้านเรา
ย่อหน้าถัดมาของหัวข้อ D.2 (รูปที่ ๓) กล่าวว่า ควรใช้อัตราส่วนของอุณหภูมิสัมบูรณ์ในการเปลี่ยนค่าระหว่างอัตราการไหลโดยปริมาตรของแก๊สอิสระ (กล่าวคือ เมื่อต้องการเปลี่ยนอัตราการไหลโดยมวลหรือโดยโมลไปเป็นอัตราการไหลโดยปริมาตรที่เทียบเท่า) ที่สภาวะมาตรฐานสภาวะใดสภาวะหนึ่ง ดังเช่นสมการ (D.1)
ในสมการ (D.1) นี้ qnormal คืออัตราการไหลโดยปริมาตรที่ "normal condition" หน่วยเป็น normal m3/hr ส่วน qstandard คืออัตราการไหลโดยปริมาตรที่ "standard condition" หน่วยเป็น standard ft3/hr หรือ SCF (ºR คือหน่วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ Rankine โดยช่วง 1ºR = 1ºF และ 0ºC = 491.67ºR)
โดยมีหมายเหตุกล่าวว่าสมการ (D.1) นี้เทียบเท่ากับการเปลี่ยนระหว่างอัตราการไหลโดยโมลของแก๊สอุดมคติที่ "normal condition" และ "standard condition" ดังแสดงในสมการที่ (D.2)
และเมื่อใดก็ตามที่ต้องการแสดงค่าความต้องการในการระบายในรูปของอัตราการไหลโดยปริมาตรของอากาศที่เทียบเท่าที่สภาวะอ้างอิงสภาวะหนึ่ง ควรใช้ "อัตราส่วนของรากที่สองของอุณหภูมิสัมบูรณ์" ในการเปลี่ยนค่าระหว่างสภาวะอ้างอิง (สมการที่ (D.3)) ตรงนี้ขอให้ดูหัวข้อ D.10 เพิ่มเติม (ในสมการที่ (D.3) นั้น Rg คือค่าคงที่ของแก๊สหรือ gas constant)
หัวข้อ D.3 (รูปที่ ๔) เป็นการคำนวณค่าอัตราการไหลทางทฤษฎีสำหรับวิธีการ Coefficient of Discharge โดยหัวข้อ D.3.1 เป็นพื้นฐานทางทฤษฎี
หัวข้อ D.3.1.1 กล่าวว่าอัตราการไหลทางทฤษฎีสำหรับวิธีการ Coefficient of Discharge ที่ใช้ในการทดสอบอุปกรณ์ระบายความดัน มีพื้นฐานบนข้อสมมุติต่าง ๆ ดังนี้
a) ชิ้นส่วนที่เป็นตัวจำกัดการไหลของช่องระบายความดันที่เปิดเต็มที่คือตัว nozzle ที่อยู่ในส่วนลำตัวของช่องระบายความดัน ที่อยู่ระหว่างช่องทางเข้าและพื้นผิว seating (คือพื้นผิวที่ตัว seat plate หรือ plug ปิดช่องระบาย) และ
b) เส้นทางการเปลี่ยนแปลงทางเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับการระบุค่าอัตราการไหลสูงสุดทางทฤษฎีผ่านทาง nozzle คือเป็นกระบวนการ adiabatic (ไม่มีความร้อนเข้าออก) และ reversible (ผันกลับได้) หรือเป็นกระบวนการที่เรียกว่า isentropic ซึ่งเป็นข้อสมมุติทั่วไปที่ได้มาจากหลักฐานที่ได้จากการทดลองต่าง ๆ สำหรับ nozzle ที่ผ่านการขึ้นรูปมาอย่างดี
หัวข้อ D.3.1.2 (รูปที่ ๕) กล่าวว่าข้อสมมุติที่ว่าการไหลผ่าน nozzle เป็นแบบ isentropic ได้ให้กรอบทฤษฎีมาตรฐานสำหรับสมการคำนวณค่าทางทฤษฎี ดุลพลังงานทั่วไปสำหรับการไหลผ่าน nozzle แบบ isentropic สำหรับของไหลที่มีความเป็นเนื้อเดียวกันเป็นตัวสร้างเกณฑ์สำหรับการคำนวณฟลักซ์ของมวลสาร (อัตราการไหลต่อหน่วยพื้นที่), G, ที่ไหลผ่าน nozzle ค่าสำหรับหน่วย SI (kg/m2) แสดงไว้ในสมการที่ (D.4) และค่าที่แสดงในหน่วย USC (lb/ft2) แสดงไว้ในสมการที่ (D.5) โดยที่
v คือปริมาตรจำเพาะของของไหลในหน่วย m3/kg หรือ ft3/lb
ρ คือความหนาแน่นของของไหลในหน่วย kg/m3 หรือ lb/ft3
pst คือ "ความดันหยุดนิ่ง (stagnation pressure)" ของของไหลในหน่วย N/m2 หรือ lb/in2 (ความดันสัมบูรณ์) (ดูหมายเหตุ ๑ ตอนท้ายเพิ่มเติม)
ตัวห้อย i หมายถึงสภาวะของของไหลที่ทางเข้า nozzle
ตัวห้อย th หมายถึงสภาวะของของไหลที่ส่วนคอของ nozzle ที่เป็นบริเวณที่พื้นที่การไหลเล็กที่สุด
ตัวห้อย max หมายถึงค่าสูงสุดของการคำนวณนี้ ซึ่งรวมเอาโอกาสที่จะเกิด choking ของของไหลเอาไว้ด้วย (ดูหมายเหตุ ๒ ตอนท้ายเพิ่มเติม)
รูปที่ ๕ หัวข้อ D.3.1.2
หมายเหตุ
๑. ความดันหยุดนิ่งหรือ Stagnation pressure คือผลรวมพลังงานทางกลทั้งหมดของของไหลเมื่อของไหลนั้นหยุดนิ่งแบบ isentropic พลังงานจลน์ของของไหลจะเปลี่ยนไปเป็นความดัน ดังนั้นความดัน ณ ตำแหน่งที่ของไหลหยุดนิ่งนั้นจะเป็นผลรวมของความดันสถิต (Static pressure) และพลังงานจลน์
๒. ปรกติเวลาที่ของไหลไหลผ่านช่องทางการไหลที่มีพื้นที่หน้าตัดเล็กลงนั้น ความดันจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ทำให้ความเร็วในการไหลเพิ่มขึ้น อัตราการไหลจะขึ้นอยู่กับความดันด้านขาออกด้วย ถ้าความดันด้านขาออกลดต่ำลง (หรือแรงต้านด้านขาออกลดลง) อัตราการไหลก็จะเพิ่มขึ้น แต่จะเพิ่มได้ถึงระดับหนึ่งเท่านั้น (ที่ความเร็วในการไหลเข้าใกล้ความเร็วเสียง) ที่ระดับความเร็วนี้แม้ว่าจะลดความดันด้านขาออกลงไปอีก อัตราการไหลก็ไม่เพิ่มขึ้น เป็นการไหลที่เรียกว่าการไหลติดขัดหรือ choked flow
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น