فالتوسع الحراري والانكماش يعتبران من الاعتبارات الهامة في تصميم وصيانة نظم الشفقة، ويمكن أن تؤدي التغييرات في درجة الحرارة إلى توسيع الأنابيب أو التعاقد، مما قد يؤدي إلى الإجهاد أو التشويه أو الفشل إن لم يكن محاسباً على النحو المناسب، وتساعد الحسابات الدقيقة على ضمان سلامة البنية التحتية للرقبة وطولها.

فهم التوسع الحراري

التوسع الحراري يحدث عندما تزداد المواد طولاً بسبب زيادة الحرارة، يتوقف حجم التوسع على معامل المادة للتوسع الحراري، وتغير درجة الحرارة، وطول الأنبوب الأصلي.

والصيغة الأساسية للتوسع الحراري الخطي هي:

adL = Á × L0 × / / / / / / / / / / ]

أين:

  • adL] = تغيير في الطول
  • Alpha = معامل التوسع الحراري
  • L0] = الطول الأصلي للأنبوب
  • adT] = التغير في درجة الحرارة

حساب العقد

المقاول هو العملية العكسية، حيث تنخفض الأنابيب طولاً مع انخفاض درجة الحرارة، وتنطبق نفس الصيغة مع تغير حرارة سالب:

adL = × L0 × (T2 - T1) ]

التطبيقات العملية

ويستخدم المهندسون هذه الحسابات لتصميم مفاصل التوسع، ودعمها، ومراسيها التي تستوعب الحركات الحرارية، ويمنع التخطيط السليم تراكم الإجهاد، ويحتمل أن يلحق الضرر بنظام الشفقة.

المواد النموذجية ومعاملاتها في التوسع الحراري:

  • Steel: approximately 11 -13 x 10-6] /°C
  • Copper: approximately 16 -17 x 10-6]
  • PVC: × 50-70 / 10-6]