دراسة نظرية وتجريبية للضياع في نظام انبوبي A Theoretical and Experimental Study on Pressure Drop in Piping Systems

Abstract

تقدم هذه الرسالة بحثًا نظريًا وتجريبيًا حول انخفاض الضغط في أنظمة الأنابيب. يبدأ البحث بمراجعة تاريخية لتطور ميكانيكا الموائع، منذ المساهمات الأولى للحضارات القديمة وحتى الصيغ الحديثة لمعادلات نافير–ستوكس والنماذج التجريبية مثل معادلة دارسي–وايزباخ ومخطط مودي. يستعرض الإطار النظري المفاهيم الرئيسية بما في ذلك الدوامة، ومعادلات الحفظ، ومبدأ برنولي، وتحديد عامل الاحتكاك. تجريبيًا، تم إجراء اختبارات تدفق الهواء باستخدام جهاز HM 240 لقياس فروق الضغط عبر مقاطع الأنابيب المستقيمة والتجهيزات، مع التركيز على تأثير هندسة الأنبوب، ونمط التدفق، وخس الخشونة السطحية. وفرت عمليات جمع البيانات والتحليل علاقة كمية لفقدان الاحتكاك في القطاعات المستقيمة والانحناءات بزاوية 90°. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير أداة برمجية مخصصة لحساب فقدان الضغط بكفاءة باستخدام الصيغ التحليلية والتجريبية، مما يسهل تحسين التصميم بسرعة. تُظهر النتائج توافقًا قويًا بين التنبؤات النظرية والقياسات التجريبية، مما يقدم رؤى مهمة لتقليل خسائر الطاقة وتحسين أداء النظام في التطبيقات الصناعية.

This thesis presents a theoretical and experimental investigation of pressure drop in piping systems. The research begins with a historical overview of fluid mechanics development, from early contributions by ancient civilizations to modern formulations of the Navier–Stokes equations and empirical models such as the Darcy–Weisbach equation and Moody diagram. The theoretical background elaborates on key concepts including vorticity, conservation equations, Bernoulli’s principle, and friction factor determination. Experimentally, airflow tests were conducted using the HM 240 apparatus to measure pressure differentials across straight pipes and fittings, focusing on the influence of pipe geometry, flow regime, and surface roughness. Data acquisition and analysis provided quantitative correlations for friction losses in straight segments and 90° bends. Additionally, a custom software tool was developed to calculate pressure losses efficiently using analytical and empirical formulas, facilitating rapid design optimization. The results demonstrate strong agreement between theoretical predictions and experimental measurements, offering valuable insights for minimizing energy losses and improving system performance in industrial applications