Thermal Expansion of Pipes
ผศ.บัญญัติ นิยมวาส
สาขาวิชาวิศวกรรมเครืองกล
คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย
Banyat Niyomvas 1
Thermal Expansion of Pipes
เมือโลหะทีมีลักษณะเป็ นแท่งยาว หรือเป็ นท่อ (pipes) ได้รับ
ความร้อนจะเกิดการขยายตัวซึงเป็ นธรรมชาติของวัสดุ โดยการขยายตัวจะ
เกิดขึนมากหรือน้อยขึนอยู่กับชนิดของวัสดุ และความแตกต่างของอุณหภูมิ
การพิจารณาการขยายตัวเนืองมาจากความร้อนของท่อจะพิจารณา
ได้ใน 2 กรณี คือ
1. กรณีทท่ี อสามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ก็คือปลายด้านหนึงจะ
ถูกตรึง (fixed) แต่อกี ด้านจะปล่อยอิสระ
2. กรณีทท่ี อไม่สามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ก็คือปลายทังสอง
ด้านจะถูกตรึง (fixed)
Banyat Niyomvas 2
Thermal Expansion of Pipes
กรณีที 1 ท่อสามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ก็คอื ปลายด้านหนึงจะถูกตรึง
(fixed) แต่อกี ด้านจะปล่อยอิสระ
pipe
fixed end
free end
Banyat Niyomvas 3
Thermal Expansion of Pipes
กรณีที 2 ท่อไม่สามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ก็คือปลายทังสองด้านจะถูก
ตรึง (fixed)
pipe
fixed end
fixed end
Banyat Niyomvas 4
Thermal Expansion of Pipes
กรณีที 1 ท่อสามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ก็คือปลายด้านหนึงจะถูกตรึง
(fixed) แต่อกี ด้านจะปล่อยอิสระ โดยสมการทีเกียวข้องมีดงั นี
dL = CT * Lo * dT
เมือ
dL = ความยาวของท่อทีเปลียนแปลง (inch)
CT = Thermal expansion coefficient (1/oF)
Lo = ความยาวของท่อ (inch)
ี มขึน (oF)
dT = ค่าอุณหภูมิทเพิ
Banyat Niyomvas 5
Thermal Expansion of Pipes
ตัวอย่าง ท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 inch ทําจากวัสดุ steel
(ASTM A53) มีความยาว 120 ft ถูกให้ความร้อนจากอุณหภูมิ 60
oF ไปยังอุณหภูมิ 280 oF โดยทราบว่าค่า Thermal
expansion coefficient = 6.33*10-6 1/ oF จงหาความ
ยาวของท่อทีเพิมขึน โดยทราบว่าปลายด้านหนึงเป็ นอิสระ (free end)
Banyat Niyomvas 6
Thermal Expansion of Pipes
จาก
dL = CT * Lo * dT
เมือ
CT = 6.33*10-6 1/ oF
Lo = 120 ft = 1440 inch
dT = 280 – 60 = 220 oF
Banyat Niyomvas 7
Thermal Expansion of Pipes
แทนค่า
dL = 6.33*10-6 * 1440 *220
= 2 inch
Banyat Niyomvas 8
Thermal Expansion of Pipes
1440 inch
60 o F
1442 inch
Increase 2 inch
280 o F
Banyat Niyomvas 9
Thermal Expansion of Pipes
กรณีที 2 ท่อไม่สามารถขยายตัวได้อย่างอิสระ ก็คือปลายทังสองด้านจะ
ถูกตรึง (fixed) โดยสมการทีเกียวข้องมีดังนี
F = A*E*CT*dT
เมือ
F = แรงทีกระทําต่อจุดทียึดท่อ (lbf)
A = พืนทีหน้าตัดของท่อ (in2)
E = Young's Modulus (psi)
CT = Thermal expansion coefficient (1/oF)
dT = ค่าอุณหภูมิทเพิ
ี มขึน (oF)
Banyat Niyomvas 10
Thermal Expansion of Pipes
ตัวอย่าง ท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 inch ทําจากวัสดุ steel
(ASTM A53) มีความยาว 120 ft ถูกให้ความร้อนจากอุณหภูมิ 60
oF ไปยังอุณหภูมิ 280 oF โดยทราบว่าค่า Thermal
expansion coefficient = 6.33*10-6 1/ oF จงหาแรง
กระทําต่อจุดยึดหากทราบว่าปลายทังสองด้านถูกตรึง (fixed)
(A = 5.581 in2 , E = 27.5 x 106 lbf/in2 )
Banyat Niyomvas 11
Thermal Expansion of Pipes
จาก
F = A*E*CT*dT
เมือ
A = 5.581 in2
E = 27.5 x 106 lbf/in2
CT = 6.33*10-6 1/ oF
dT = 280 – 60 = 220 oF
Banyat Niyomvas 12
Thermal Expansion of Pipes
แทนค่า
F = A*E*CT*dT
= (5.581 in2 )*(27.5 x 106 lbf/in2 )*
(6.33*10-6 1/ oF)*(220 oF)
= 213,732.8 lbf
Banyat Niyomvas 13
Thermal Expansion of Pipes
1440 inch
60 o F
1440 inch
213,732 lbf
280 o F
Banyat Niyomvas 14
Thermal Expansion of Pipes
Free Body Diagram ของแรงทีกระทํากับท่อ (pipe)
1440 inch
213,732 lbf
213,732 lbf
Banyat Niyomvas 15
Thermal Expansion of Pipes
Free Body Diagram ของแรงทีกระทํากับจุดยึด (fixed
end)
1440 inch
213,732 lbf
213,732 lbf
Banyat Niyomvas 16
Thermal Expansion of Pipes
หากท่อถูกตรึงทีปลายทังสองด้านและท่อถูกทําให้มีอุณหภูมสิ ูงขึน โดยปกติ
ท่อจะเกิดการขยายตัวทําให้ความยาวเพิมขึน แต่เนืองจากถูกตรึง จึงทําให้
ไม่สามารถขยายตัวได้ จึงเกิดเป็ นแรงทีกระทําต่อจุดยึดหรือจุดทีตรึงท่อ
เอาไว้แทน
ทีมา :
https://www.pumpsandsystems.com/basics
-pipe-thermal-expansion
Banyat Niyomvas 17