فوائد واستخدامات لزيت الخروع.

 زيت الخروع هو زيت نباتي متعدد الأغراض استخدمه الناس لآلاف السنين.

إنه مصنوع عن طريق استخراج الزيت من بذور نباتRicinus communis .

تحتوي هذه البذور ، المعروفة باسم حبوب الخروع ، على إنزيم سام يسمى الريسين. ومع ذلك ، فإن عملية التسخين التي يخضع لها زيت الخروع تعطله ، مما يسمح باستخدام الزيت بأمان يحتوي زيت الخروع على عدد من الاستخدامات الطبية  والصيدلانية. يستخدم بشكل شائع كمادة مضافة في الأطعمة والأدوية ومنتجات العناية بالبشرة ، بالإضافة إلى زيوت التشحيم الصناعية ومكون وقود الديزل الحيوي.

في مصر القديمة ، كان زيت الخروع يُحرق كوقود في المصابيح ، ويستخدم كعلاج طبيعي لعلاج أمراض مثل تهيج العين وحتى يُعطى للنساء الحوامل لتحفيز المخاض (1مصدر موثوق).

اليوم ، لا يزال زيت الخروع علاجًا طبيعيًا شائعًا للحالات الشائعة مثل الإمساك وأمراض الجلد ويشيع استخدامه في منتجات التجميل الطبيعية.

فيما يلي 7 فوائد واستخدامات لزيت الخروع.

1- ملين قوي

ربما يكون أحد أشهر الاستخدامات الطبية لزيت الخروع هو ملين طبيعي .

يُصنف على أنه ملين منشط ، أي أنه يزيد من حركة العضلات التي تدفع المادة عبر الأمعاء ، مما يساعد على تنظيف الأمعاء.

الملينات المنبهة تعمل بسرعة وتستخدم عادة لتخفيف الإمساك المؤقت.

عند تناول زيت الخروع عن طريق الفم ، يتحلل في الأمعاء الدقيقة ، ويطلق حمض الريسينوليك ، وهو الحمض الدهني الرئيسي في زيت الخروع. ثم يتم امتصاص حمض الريسينوليك عن طريق الأمعاء ، مما يؤدي إلى تأثير ملين قوي مصدر موثوق

في الواقع ، أظهرت العديد من الدراسات أن زيت الخروع يمكن أن يخفف من الإمساك.

على سبيل المثال ، وجدت إحدى الدراسات أنه عندما تناول كبار السن زيت الخروع ، فقد عانوا من انخفاض أعراض الإمساك ، بما في ذلك تقليل الإجهاد أثناء التغوط وانخفاض الشعور بحركات الأمعاء غير المكتملة مصدر موثوق

بينما يعتبر زيت الخروع آمنًا في الجرعات الصغيرة ، إلا أن الكميات الكبيرة يمكن أن تسبب تقلصات في البطن وغثيان وقيء وإسهال مصدر موثوق

على الرغم من أنه يمكن استخدامه لتخفيف الإمساك العرضي ، إلا أنه لا ينصح باستخدام زيت الخروع كعلاج لمشاكل طويلة الأمد


2. مرطب طبيعي

زيت الخروع غني بحمض الريسينوليك ، وهو حمض دهني أحادي غير مشبع .

تعمل هذه الأنواع من الدهون كمرطبات ويمكن استخدامها لترطيب البشرة.

المرطبات تحتفظ بالرطوبة عن طريق منع فقدان الماء من خلال الطبقة الخارجية من الجلد مصدر موثوق

غالبًا ما يستخدم زيت الخروع في مستحضرات التجميل لتعزيز الترطيب وغالبًا ما يضاف إلى منتجات مثل المستحضرات والمكياج والمنظفات.

يمكنك أيضًا استخدام هذا الزيت الغني بمفرده كبديل طبيعي للمرطبات والمستحضرات التي يتم شراؤها من المتجر.

تحتوي العديد من منتجات الترطيب الشائعة الموجودة في المتاجر على مكونات قد تكون ضارة مثل المواد الحافظة والعطور والأصباغ ، والتي يمكن أن تهيج الجلد وتضر بالصحة العامة مصدر موثوق

يمكن أن يساعد استبدال هذه المنتجات بزيت الخروع في تقليل تعرضك لهذه المواد المضافة.

بالإضافة إلى أن زيت الخروع غير مكلف ويمكن استخدامه على الوجه والجسم.

زيت الخروع كثيف ، لذلك غالبًا ما يتم مزجه مع زيوت أخرى صديقة للبشرة مثل زيت اللوز والزيتون وجوز الهند لصنع مرطب فائق الترطيب.

على الرغم من أن وضع زيت الخروع على الجلد يعتبر آمنًا لمعظم الناس ، إلا أنه يمكن أن يسبب الحساسية لدى بعض الأشخاص

3. يعزز التئام الجروح

يؤدي تطبيق زيت الخروع على الجروح إلى خلق بيئة رطبة تعزز الشفاء وتمنع جفاف القروح.

Venelex ، مرهم شائع يستخدم في البيئات السريرية لعلاج الجروح ، يحتوي على مزيج من زيت الخروع وبلسم بيرو ، بلسم مشتق من شجرة Myroxylon موثوق

يحفز زيت الخروع نمو الأنسجة بحيث يمكن تكوين حاجز بين الجرح والبيئة ، مما يقلل من خطر العدوى.

كما أنه يقلل من الجفاف والتقرن ، وتراكم خلايا الجلد الميتة التي يمكن أن تؤخر التئام الجروح 

لقد وجدت الدراسات أن المراهم التي تحتوي على زيت الخروع قد تكون مفيدة بشكل خاص في التئام قرح الضغط ، وهو نوع من الجرح ينشأ من الضغط المطول على الجلد.

نظرت إحدى الدراسات في آثار التئام الجروح لمرهم يحتوي على زيت الخروع في 861 من سكان دار رعاية المسنين المصابين بقرحة الضغط.

أولئك الذين عولجوا جروحهم بزيت الخروع شهدوا معدلات شفاء أعلى وأوقات شفاء أقصر من أولئك الذين عولجوا بطرق أخرى 

4. تأثيرات رائعة مضادة للالتهابات

حمض الريسينوليك ، وهو الأحماض الدهنية الرئيسية الموجودة في زيت الخروع ، له خصائص رائعة مضادة للالتهابات.

أظهرت الدراسات أنه عند تطبيق زيت الخروع موضعيًا ، فإنه يقلل الالتهاب ويخفف الألم.

قد تكون الصفات المخففة للألم والمضادة للالتهابات لزيت الخروع مفيدة بشكل خاص لأولئك الذين يعانون من مرض التهابي مثل التهاب المفاصل الروماتويدي أو الصدفية.

وجدت الدراسات التي أجريت على الحيوانات وأنبوب الاختبار أن حمض الريسينوليك يقلل الألم والتورم موثوق.

أظهرت إحدى الدراسات أن العلاج بهلام يحتوي على فوائد حمض الريسينوليك أدى إلى انخفاض كبير في الألم والالتهاب عند تطبيقه على الجلد ، مقارنة بطرق العلاج مصدر موثوق

أظهر أحد مكونات أنبوب الاختبار في نفس الدراسة أن حمض الريسينوليك ساعد في تقليل الالتهاب الذي تسببه خلايا التهاب المفاصل الروماتويدي البشري أكثر من علاج آخر.

بصرف النظر عن قدرة زيت الخروع على تقليل الالتهاب ، فقد يساعد في تخفيف جفاف وتهيج الجلد لدى المصابين بالصدفية ، وذلك بفضل خصائصه المرطبة.

على الرغم من أن هذه النتائج واعدة ، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات البشرية لتحديد آثار زيت الخروع على حالات الالتهاب.

7 فوائد واستخدامات زيت الخروع

بقلمزيت الخروع هو زيت نباتي متعدد الأغراض استخدمه الناس لآلاف السنين.إنه مصنوع عن طريق استخراج الزيت من بذور نباتRicinus communis .تحتوي هذه البذور ، المعروفة باسم حبوب الخروع ، على إنزيم سام يسمى الريسين. ومع ذلك ، فإن عملية التسخين التي يخضع لها زيت الخروع تعطله ، مما يسمح باستخدام الزيت بأمان.يحتوي زيت الخروع على عدد من الاستخدامات الطبية والصناعية والصيدلانية.يستخدم بشكل شائع كمادة مضافة في الأطعمة والأدوية ومنتجات العناية بالبشرة ، بالإضافة إلى زيوت التشحيم الصناعية ومكون وقود الديزل الحيوي.في مصر القديمة ، كان زيت الخروع يُحرق كوقود في المصابيح ، ويستخدم كعلاج طبيعي لعلاج أمراض مثل تهيج العين وحتى يُعطى للنساء الحوامل لتحفيز المخاض 

مصدر موثوق

فيما يلي 7 فوائد واستخدامات لزيت الخروع.

1. ملين قوي

انشر على

ربما يكون أحد أشهر الاستخدامات الطبية لزيت الخروع هو ملين طبيعي .

يُصنف على أنه ملين منشط ، أي أنه يزيد من حركة العضلات التي تدفع المادة عبر الأمعاء ، مما يساعد على تنظيف الأمعاء.

الملينات المنبهة تعمل بسرعة وتستخدم عادة لتخفيف الإمساك المؤقت.

عند تناول زيت الخروع عن طريق الفم ، يتحلل في الأمعاء الدقيقة ، ويطلق حمض الريسينوليك ، وهو الحمض الدهني الرئيسي في زيت الخروع. ثم يتم امتصاص حمض الريسينوليك عن طريق الأمعاء ، مما يؤدي إلى تأثير ملين قوي مصدر موثوق

في الواقع ، أظهرت العديد من الدراسات أن زيت الخروع يمكن أن يخفف من الإمساك.

على سبيل المثال ، وجدت إحدى الدراسات أنه عندما تناول كبار السن زيت الخروع ، فقد عانوا من انخفاض أعراض الإمساك ، بما في ذلك تقليل الإجهاد أثناء التغوط وانخفاض الشعور بحركات الأمعاء غير المكتملة مصدر موثوق

بينما يعتبر زيت الخروع آمنًا في الجرعات الصغيرة ، إلا أن الكميات الكبيرة يمكن أن تسبب تقلصات في البطن وغثيان وقيء وإسهال مصدر موثوق.

على الرغم من أنه يمكن استخدامه لتخفيف الإمساك العرضي ، إلا أنه لا ينصح باستخدام زيت الخروع كعلاج لمشاكل طويلة الأمد. 

 2. مرطب طبيعي

زيت الخروع غني بحمض الريسينوليك ، وهو حمض دهني أحادي غير مشبع .

تعمل هذه الأنواع من الدهون كمرطبات ويمكن استخدامها لترطيب البشرة.

المرطبات تحتفظ بالرطوبة عن طريق منع فقدان الماء من خلال الطبقة الخارجية من الجلدمصدر موثوق.

غالبًا ما يستخدم زيت الخروع في مستحضرات التجميل لتعزيز الترطيب وغالبًا ما يضاف إلى منتجات مثل المستحضرات والمكياج والمنظفات.

يمكنك أيضًا استخدام هذا الزيت الغني بمفرده كبديل طبيعي للمرطبات والمستحضرات التي يتم شراؤها من المتجر.

تحتوي العديد من منتجات الترطيب الشائعة الموجودةفي المتاجر على مكونات قد تكون ضارة مثل المواد الحافظة والعطور والأصباغ ، والتي يمكن أن تهيج الجلد وتضر بالصحة العامة مصدر موثوق

يمكن أن يساعد استبدال هذه المنتجات بزيت الخروع في تقليل تعرضك لهذه المواد المضافة.

بالإضافة إلى أن زيت الخروع غير مكلف ويمكن استخدامه على الوجه والجسم.

زيت الخروع كثيف ، لذلك غالبًا ما يتم مزجه مع زيوت أخرى صديقة للبشرة مثل زيت اللوز والزيتون وجوز الهند لصنع مرطب فائق الترطيب.

على الرغم من أن وضع زيت الخروع على الجلد يعتبر آمنًا لمعظم الناس ، إلا أنه يمكن أن يسبب الحساسية لدى بعض الأشخاص

3-  يعزز التئام الجروح

يؤدي تطبيق زيت الخروع على الجروح إلى خلق بيئة رطبة تعزز الشفاء وتمنع جفاف القروح.

Venelex ، مرهم شائع يستخدم في البيئات السريرية لعلاج الجروح ، يحتوي على مزيج من زيت الخروع وبلسم بيرو ، بلسم مشتق من شجرة  Myroxylo موثوق).

يحفز زيت الخروع نمو الأنسجة بحيث يمكن تكوين حاجز بين الجرح والبيئة ، مما يقلل من خطر العدوى.

كما أنه يقلل من الجفاف والتقرن ، وتراكم خلايا الجلد الميتة التي يمكن أن تؤخر التئام الجروح 

لقد وجدت الدراسات أن المراهم التي تحتوي على زيت الخروع قد تكون مفيدة بشكل خاص في التئام قرح الضغط ، وهو نوع من الجرح ينشأ من الضغط المطول على الجلد.

نظرت إحدى الدراسات في آثار التئام الجروح لمرهم يحتوي على زيت الخروع في 861 من سكان دار رعاية المسنين المصابين بقرحة الضغط.

أولئك الذين عولجوا جروحهم بزيت الخروع شهدوا معدلات شفاء أعلى وأوقات شفاء أقصر من أولئك الذين عولجوا بطرق أخرى .

4 -تأثيرات رائعة مضادة للالتهابات

حمض الريسينوليك ، وهو الأحماض الدهنية الرئيسية الموجودة في زيت الخروع ، له خصائص رائعة مضادة للالتهابات.

أظهرت الدراسات أنه عند تطبيق زيت الخروع موضعيًا ، فإنه يقلل الالتهاب ويخفف الألم.

قد تكون الصفات المخففة للألم والمضادة للالتهابات لزيت الخروع مفيدة بشكل خاص لأولئك الذين يعانون من مرض التهابي مثل التهاب المفاصل الروماتويدي أو الصدفية.

وجدت الدراسات التي أجريت على الحيوانات وأنبوب الاختبار أن حمض الريسينوليك يقلل الألم والتورم مصدر موثوق

أظهرت إحدى الدراسات أن العلاج بهلام يحتوي على حمض الريسينوليك أدى إلى انخفاض كبير في الألم والالتهاب عند تطبيقه على الجلد ، مقارنة بطرق العلاج الأخرىمصدر موثوق

أظهر أحد مكونات أنبوب الاختبار في نفس الدراسة أن حمض الريسينوليك ساعد في تقليل الالتهاب الذي تسببه خلايا التهاب المفاصل الروماتويدي البشري أكثر من علاج آخر.

بصرف النظر عن قدرة زيت الخروع على تقليل الالتهاب ، فقد يساعد في تخفيف جفاف وتهيج الجلد لدى المصابين بالصدفية ، وذلك بفضل خصائصه المرطبة.

على الرغم من أن هذه النتائج واعدة ، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات البشرية لتحديد آثار زيت الخروع على حالات الالتهاب.

5. يقلل من حب الشباب

حب الشباب هو حالة جلدية يمكن أن تسبب الرؤوس السوداء والبثور المليئة بالصديد والنتوءات الكبيرة  المؤلمة على الوجه والجسم.

إنه أكثر شيوعًا بين المراهقين والشباب ويمكن أن يؤثر سلبًا على احترام الذات.

يحتوي زيت الخروع على العديد من الصفات التي قد تساعد في تقليل أعراض حب الشباب .

يُعتقد أن الالتهاب عامل في تطور حب الشباب وشدته ، لذا فإن وضع زيت الخروع على الجلد قد يساعد في تقليل الأعراض المرتبطة بالالتهاب مصدر موثوق

يرتبط حب الشباب أيضًا بخلل في أنواع معينة من البكتيريا الموجودة عادةً على الجلد ، بما في ذلك المكورات العنقودية الذهبية مصدر موثوق

يحتوي زيت الخروع على خصائص مضادة للميكروبات قد تساعد في مكافحة فرط نمو البكتيريا عند وضعه على الجلد.

وجدت إحدى الدراسات التي أجريت على أنبوب الاختبار أن مستخلص زيت الخروع أظهر قوة كبيرة مضادة للبكتيريا ، مما يثبط نمو العديد من البكتيريا ، بما في ذلك المكورات العنقودية الذهبية ( Staphylococcus aureus   موثوق).

يعتبر زيت الخروع أيضًا مرطبًا طبيعيًا ، لذلك قد يساعد في تهدئة البشرة الملتهبة والمتهيجة التي يعاني منها الأشخاص المصابون بحب الشباب.

6. يحارب الفطريات

المبيضات البيضاء هي نوع من الفطريات التي تسبب  عادة مشاكل الأسنان مثل فرط نمو البلاك ، والتهابات اللثة والتهابات قناة الجذر مصدر موثوق

يحتوي زيت الخروع على خصائص مضادة للفطريات وقد يساعد في محاربة المبيضات والحفاظ على صحة  الفم.

وجدت إحدى الدراسات التي أجريت على أنبوب الاختبار أن زيت الخروع يقضي على المبيضات البيضاء من جذور الأسنان البشرية الملوثة (موثوق.

قد يساعد زيت الخروع أيضًا في علاج التهاب الفم المرتبط بأطقم الأسنان ، وهي حالة مؤلمة يُعتقد أنها ناجمة عن فرط نمو المبيضات . هذه مشكلة شائعة لدى كبار السن الذين يرتدون أطقم الأسنان.

أظهرت دراسة أجريت على 30 شخصًا مسنًا مصابًا بالتهاب الفم المرتبط بأطقم الأسنان أن العلاج بزيت الخروع أدى إلى تحسين العلامات السريرية لالتهاب الفم ، بما في ذلك الالتهاب مصدر موثوق

وجدت دراسة أخرى أن تنظيف الأسنان بالفرشاة ونقعها في محلول يحتوي على زيت الخروع أدى إلى انخفاض كبير في المبيضات لدى كبار السن الذين ارتدوا أطقم الأسنان 

7. يحافظ على صحة شعرك وفروة رأسك

كثير من الناس يستخدمون زيت الخروع كمكيف طبيعي للشعر.

يمكن أن يستفيد الشعر الجاف أو التالف بشكل خاص من المرطب المكثف مثل زيت الخروع.

يساعد وضع الدهون مثل زيت الخروع على الشعر بشكل منتظم على تليين جذع الشعر وزيادة المرونة وتقليل فرصة التكسر قد يفيد زيت الخروع أولئك الذين يعانون من قشرة الرأس ، وهي حالة شائعة في فروة الرأس تتميز بجفاف الجلد المتقشر على الرأس.

على الرغم من وجود العديد من الأسباب المختلفة لقشرة الرأس ، فقد تم ربطها بالتهاب الجلد الدهني ، وهي حالة جلدية التهابية تسبب بقع حمراء متقشرة على فروة الرأس موثوق.

نظرًا لقدرة زيت الخروع على تقليل الالتهاب ، فقد يكون علاجًا فعالًا لقشرة الرأس الناتجة عن التهاب   الجلد الدهني.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تطبيق زيت الخروع على فروة الرأس سيساعد على ترطيب البشرة الجافة والمتهيجة وقد يساعد في تقليل التقشر

احتياطات زيت الخروع

يستخدم الكثير من الناس زيت الخروع لعلاج مجموعة متنوعة من المشاكل ، إما عن طريق تناول الزيت أو وضعه على الجلد.

على الرغم من أن زيت الخروع يعتبر آمنًا بشكل عام ، إلا أنه يمكن أن يسبب ردود فعل سلبية وآثار جانبية غير مرغوب فيها لدى بعض الأشخاص.

يمكن أن تحفز المخاض: يستخدمه الأطباء للحث على الولادة. لهذا السبب ، يجب على النساء في جميع مراحل الحمل تجنب استهلاك زيت الخروع (موثوقيمكن أن يسبب الإسهال: في حين أنه يمكن أن  يكون وسيلة فعالة لتخفيف الإمساك ، قدد تصاب بالإسهال إذا كنت تأخذ الكثير. يمكن أن يسبب الإسهال الجفاف وعدم توازن الكهارل.يمكن أن يسبب ردود فعل تحسسية: قد يسبب  رد فعل تحسسي لدى بعض الناس عندد وضعه على الجلد. حاول أولاً وضع كمية صغيرة على قطعة صغيرة من الجلد لترى كيف يتفاعل جسمك 
 

مصدر موثوق

نشر على موقع Pinterest

فوائد و استخدامات زيت الجوجوبا

زيت الجوجوبا: 

تشمل الفوائد الصحية لزيت الجوجوبا الحد من علامات الشيخوخة المبكرة ، ومرطب ممتاز ، ويساعد على تلاشي علامات التمدد ، ويساعد على محاربة الفطريات ، ويساعد على تقليل التشققات ، ويمنع حروق الحلاقة والمطبات ، ويساعد على تسريع التئام الجروح ، ويمكن أن يساعد في منع تشقق الشفاه ، وتحفيز نمو الشعر ، يساعد في علاج الصدفية والأكزيما ، ويساعد في علاج حروق الشمس ، ويساعد في علاج فروة الرأس الجافة. إذا سبق لك استخدام أي نوع من مستحضرات التجميل ، فمن المحتمل أنه يحتوي على نوع من مستخلص زيت الجوجوبا. يُستخرج زيت الجوجوبا من بذرة Simmondsia chinensis (أو ببساطة نبات الجوجوبا) ، وهي شجيرة تنمو في مناطق كاليفورنيا وأريزونا وشمال المكسيك. زيت الجوجوبا ليس اكتشافًا حديثًا ، حيث توجد أدلة على أن الهنود الأصليين الذين يعيشون في هذه المناطق استخدموا زيت الجوجوبا منذ قرون لعلاج الجروح والعديد من الأمراض الأخرى. من المثير للاهتمام أيضًا أن نلاحظ أن "زيت" الجوجوبا ليس زيتًا في الحقيقة ، ولكنه شمع سائل. هذا يفصلها عن الزيوت الشائعة الأخرى بمعنى أنها تحتوي على نسبة عالية من الدهون الثلاثية ، مما يساهم في عدم استقرارها (أو يفسر سبب تفسخها بسرعة كبيرة). الاستثناءات البارزة هي زيت جوز الهند وزيوت الخروع ، التي تحتوي على نسبة عالية من الدهون الثلاثية ولكنها مستقرة للغاية أيضًا.

زيت الجوجوبا (يُنطق هو-هو-با) هو زيت نباتي يتم الحصول عليه من الفول المطحون لشجيرة الجوجوبا (سيموندسيا تشينينس). شجيرة الجوجوبا موطنها الأصلي صحراء سونوران في شمال غرب المكسيك والمناطق المجاورة في أريزونا وجنوب كاليفورنيا. ينمو في مدرجات كثيفة في جميع أنحاء تلك المنطقة. قد يصل ارتفاع الشجيرة الخشبية دائمة الخضرة إلى 15 قدمًا (4.5 مترًا).تحتوي الجوجوبا على أوراق جلدية رمادية وخضراء مسطحة ونظام جذور عميق يجعلها تتكيف جيدًا مع حرارة الصحراء والجفاف. لها عمر افتراضي يتراوح من 100 إلى 200 سنة ، حسب الظروف البيئية. ينمو نبات الجوجوبا بشكل أفضل في المناطق التي يبلغ معدل هطول الأمطار فيها 10-18 بوصة (25-45 سم) سنويًا حيث نادرًا ما تنخفض درجات الحرارة عن 25 درجة فهرنهايت (-4 درجة مئوية) لأكثر من بضع ساعات في الليل. يمكن أن ينمو في أنواع عديدة من التربة ، بما في ذلك الصخور المسامية ، في التربة الحمضية إلى القلوية ، وعلى المنحدرات الجبلية أو في الوديان [1].

شجيرات الجوجوبا ثنائية المسكن ، مما يعني أن النباتات إما ذكور (سداة) ، تنتج حبوب اللقاح ، أو أنثى (مدققة) تنتج الأزهار. الزهور الصغيرة ليس لها رائحة أو بتلات ولا تجذب الحشرات الملقحة. يتم تلقيح الأزهار بواسطة الرياح في أواخر مارس. تتطور الأزهار إلى ثمار بحلول أغسطس ، مع اكتمال النضج بحلول أكتوبر. تجف الثمرة الخضراء في حرارة الصحراء ، ويذبل قشرها الخارجي ويتراجع ليكشف عن بذرة بنية ذات قشرة ناعمة مجعدة (يشار إليها باسم الجوز أو الفول) بحجم ثمرة زيتون صغيرة [2]. تحتوي هذه المكسرات ، التي تشبه حبوب البن ، على زيت نباتي نقي وعديم الرائحة ولكنه أقل دهنية بلمسة من زيوت الطعام التقليدية. يشكّل الزيت نصف وزن الجوز. يوجد حوالي 1700 بذرة في الرطل الواحد. يلزم 17 رطلاً (6.3 كجم) من بذور الجوجوبا لإنتاج جالون واحد من الزيت.

استخدم الأمريكيون الأصليون الجوجوبا لمئات السنين. في القرن الثامن عشر الميلادي ، أشار الأب جونيبيرو سيرا ، مؤسس 21 مهمة في كاليفورنيا ، في مذكراته إلى أن الأمريكيين الأصليين كانوا يستخدمون الزيت والبذور لأغراض مختلفة: لعلاج القروح والجروح والكدمات والحروق. كمكمل غذائي وكمثبط للشهية عندما لا يتوفر الطعام ؛ كمكيف للبشرة ، لتهدئة حروق الرياح وحروق الشمس ؛ كزيت للطبخ كعلاج للشعر أو فروة الرأس وترميم الشعر ؛ وكمشروب يشبه القهوة عن طريق تحميص البذور.

يختلف التركيب الكيميائي لزيت الجوجوبا عن الزيوت النباتية الأخرى. بدلاً من أن يكون زيتًا ، فهو في الواقع عبارة عن شمع سائل غير مشبع يشبه زيت حوت العنبر ، على الرغم من عدم وجود رائحة مريبة. وهي مصنوعة من الأحماض الدهنية وكذلك الاسترات المكونة بالكامل من كحول السلسلة المستقيمة. يحتوي كل من أجزاء الحمض والكحول في زيت الجوجوبا على 20 أو 22 ذرة كربون ، ولكل منها رابطة واحدة غير مشبعة. يصعب تركيب الشمع من هذا النوع. كشمع ، يعتبر زيت الجوجوبا مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب التحكم في الرطوبة والحماية والمطريات. زيت الجوجوبا سائل في درجة حرارة الغرفة بسبب الأحماض الدهنية غير المشبعة. لا يتأكسد ولا يتفسخ ولا يتحلل تحت درجات الحرارة والضغوط العالية. يمكن تسخين زيت الجوجوبا إلى 370 درجة فهرنهايت (188 درجة مئوية) لمدة 96 ساعة دون إظهار تدهور في التكوين العام وطول سلسلة الكربون. الثبات الذي يظهره زيت الجوجوبا يجعله مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات التجميلية.

عندما حظرت الولايات المتحدة استخدام زيت حوت العنبر (شمع spermaceti) في عام 1974 ، بدأت الحكومة في تمويل الجهود للتحقيق في زراعة الجوجوبا كبديل. تم العثور على زيت الجوجوبا ليكون بديلاً مناسبًا للتطبيقات التي سبق أن استخدمت زيت حوت العنبر. زيت الجوجوبا له استخدامات عديدة في مجموعة متنوعة من الصناعات. كمستحضر تجميلي ، فهو منظف ومرطب ومرطب ومنعم فعال للبشرة والشعر. يتم تطبيقه مباشرة على الجلد لتنعيم البشرة ، وتقليل التجاعيد وعلامات التمدد ، وللتفتيح والمساعدة في التئام الندبات ، وتعزيز صحة فروة الرأس والشعر. زيت الجوجوبا مشابه للزهم الدهني ، وهو قابل للامتزاج به ، والذي تفرزه الغدد الدهنية البشرية لتزليق وحماية الجلد والشعر. عندما ينخفض ​​إنتاج الدهون بسبب العمر أو الملوثات أو الضغوط البيئية ، يمكن استخدام زيت الجوجوبا لتكرار زيت الزهم. يمكن أن يتراكم زيت الجوجوبا حول جذور الشعر ، مما يعمل على ترطيب الشعر ويمنعه من أن يصبح هشًا وباهتًا. إذا كان هناك الكثير من الدهون المتراكمة على فروة الرأس ، فإنه يذوب ويزيل الدهون ، ويترك الشعر نظيفًا. يمكن لزيت الجوجوبا كعامل مذاب أيضًا أن يزيل التراكم اللزج على الشعر من مستحضرات الشعر وكذلك الجسيمات المحمولة جواً المترسبة على الشعر. يشكل طبقة دهنية على الجلد ، تعمل كمرطب ، كما تخترق وتمتصها الطبقة الخارجية من الجلد. يستخدم على نطاق واسع كمكون في الشامبو والبلسم ومستحضرات الوجه واليدين والجسم ومنتجات العناية بالبشرة والأظافر ومستحضرات العناية بالطفل والكريمات والزيوت والمنظفات والمرطبات وزيوت الاستحمام والصابون ومستحضرات الوقاية من الشمس ومنتجات الماكياج. يستخدم زيت الجوجوبا أيضًا كأساس في صناعة العطور. تشمل الاستخدامات العلاجية المحتملة لزيت الجوجوبا علاج حب الشباب والقروح الباردة وأمراض الجلد مثل الصدفية.

زيت الجوجوبا هو أيضًا مبيد آفات مسجل (مرخص للبيع) للاستخدام على المحاصيل. يتم استخدامه لمكافحة الذباب الأبيض على جميع المحاصيل والعفن البودرة على العنب ونباتات الزينة. يتم تطبيقه كرذاذ يحتوي على 1٪ أو أقل من التركيز النهائي لزيت الجوجوبا. يعمل كمبيد للآفات عن طريق تشكيل حاجز مادي بين الآفات الحشرية وسطح الورقة. نظرًا لسميته المنخفضة وتدهوره السريع في البيئة ، فإن زيت الجوجوبا لا يشكل خطرًا على الكائنات الحية غير المستهدفة أو البيئة ؛ على الرغم من أنه زيت ، لا ينبغي التخلص منه في البحيرات أو المسطحات المائية الأخرى.

يتم تحضير زيت الجوجوبا بالضغط على بذور الجوجوبا لاستخراج الزيت ، ثم بالترشيح. ثم يتم بسترتها لضمان سلامة المنتج. يتم إنتاج أربع درجات من زيت الجوجوبا:

أنا. زيت ذهبي نقي طبيعي ، لون أصفر ذهبي يتم إنتاجه بواسطة عملية الإنتاج الأساسية ؛

ثانيا. زيت الجوجوبا المكرر والمبيض ، مع إزالة اللون عن طريق التبييض والترشيح ؛

ثالثا. درجة مزيلة اللون / مزيلة للرائحة ، تستخدم في مستحضرات التجميل التي تتطلب زيوتًا عديمة اللون والرائحة ؛

رابعا. درجة جزيئية مقطرة ، تركيبة باهظة الثمن يتم إنتاجها بكميات قليلة ، حيث تم استبدال استخدامها في الغالب بزيت الجوجوبا المزيل للون / مزيل الرائحة.

زيت الجوجوبا مادة غير سامة وغير زؤانية (لا تسد المسام) وهي مادة مضادة للحساسية. لقد تم استخدامه على نطاق واسع لعقود في مستحضرات التجميل ، دون الإبلاغ عن أي آثار ضارة. إذا تم تناول زيت الجوجوبا ، يتم التخلص من معظمه في البراز ، مع القليل من التوزيع في الجسم. بذور زيت الجوجوبا من شجيرة Simmondsia chinensis ( S. californica) منذ فترة طويلة يستخدمها الأمريكيون الأصليون كغذاء ويتم تحميصها وطحنها لإعداد المشروبات. الزيت عبارة عن شمع سائل من أحماض دهنية طويلة السلسلة (أحماض إيكوزينية وديكوسينية (أيروسيك)) مُسترة بكحولات طويلة السلسلة (إيكوسانول ودوكوسانول). ذات أهمية في مستحضرات التجميل كبديل لزيت حوت العنبر ولكن لها أيضًا تطبيقات غذائية ، على سبيل المثال كعامل طلاء للفواكه المجففة [3]. يُعتبر القلي العميق للأطعمة في كل مكان في العالم أكثر وحدات العمليات شيوعًا المستخدمة في تحضير الطعام. يشير القلي العميق بالدهون إلى أنه يأكل الزيت أو الدهون في وجود الرطوبة والهواء ثم يخضع لتدهور شديد من خلال الأكسدة. تشتمل هذه العملية على أكسدة المراكز غير المشبعة للأحماض الدهنية غير المشبعة وما ينتج عنها من فرط الأكسيدات والمواد المسببة للسرطان ، سوف تتحلل لتنتج مواد متطايرة بشكل عام مثل الألدهيدات والكيتونات والأحماض ، وهي المركبات المسؤولة عن النكهة. في هذا الوضع ، يتم استخدام عدة طرق لمنع أو تأخير أكسدة الزيت وتحسين جودة الزيوت المقلية. تشمل هذه الطرق: ميثيل السيلوكسان ، مزج أو خلط الزيوت (خلط زيت عباد الشمس مع زيوت أخرى) ، عملية الغشاء ، كبريتات الحديدوز [4].

شعب مصر مغرم بالأطعمة المقلية مثل الفلافل ورقائق البطاطس والبطاطس المقلية وأعواد السمك والدجاج المقلي. لذلك ، هناك حاجة لكميات كبيرة من الزيوت لمواكبة الاستهلاك المرتفع للزيوت للقلي العميق الدسم. وبسبب نقص إنتاج النفط ، هناك حاجة إلى طرق بديلة للتغلب على هذا الوضع. من بين هذه الطرق إيجاد وسيلة تسخين أخرى للقلي العميق بالدهون. بشكل عام ، يجب أن يفي وسيط القلي العميق بالدهون بالخصائص التالية: مادة غير الجلسريد (مركبات منخفضة السعرات الحرارية) ، لا تدخن فوق 2000 درجة مئوية ، تتحمل الأكسدة الحرارية ولا تسبب مخاطر غذائية.

زيت الجوجوبا هو زيت صالح للأكل غني بجميع أنواع الفيتامينات والمعادن وهو ما يسبب مظهره الجسدي الكثيف. إنه مشبع بها حرفيًا ، ولهذا السبب يمكن للعديد من الصناعات اليوم أن تجد الكثير من الاستخدامات لها. يوجد أيضًا زيت الجوجوبا المكرر والعضوية للبيع حاليًا ، على غرار فئات درجة الطهي لزيوت الطهي الشهيرة الأخرى مثل زيت الزيتون. يمكن لزيت الجوجوبا أيضًا أن يتحمل درجات الحرارة العالية دون أن ينفصل. فهل يمكن استخدام زيت الجوجوبا للطبخ؟ الإجابة المختصرة هي نعم ، لكن لا يوصى بذلك على الإطلاق. الفئات والدرجات المختلفة لزيت الجوجوبا المباعة اليوم مخصصة فقط للتطبيقات الخارجية والموضعية وليس للاستهلاك [5].

عند استهلاكه ، لن يوفر زيت الجوجوبا أي سعرات حرارية لأنه لا يمكن لأجسامنا هضمه ، بل يعمل كمواد تشحيم لجهازنا الهضمي. هذا يعني أن كل محتواه الغذائي سيبقى في الزيت ، مما يجعله عديم الفائدة عمليًا بالنسبة لنا. يستخدمه الأشخاص الذين يتطلعون إلى التحكم في السعرات الحرارية التي يتناولونها كزيت للنظام الغذائي لأنه لا يوفر أي سعرات حرارية. ومع ذلك ، فإن تناول الكثير من زيت الجوجوبا يسبب الإسهال الدهني ، وهي حالة تظهر فيها الدهون الزائدة في البراز. إذا قررت على الإطلاق استخدام زيت الجوجوبا كزيت للطبخ ، فتأكد من استخدام النسخة العضوية والنقية منه لتجنب استهلاك الشوائب أو المركبات الاصطناعية الأخرى. أيضًا ، تناول كميات صغيرة ومضبوطة من زيت الجوجوبا لتجنب الإسهال الدهني. على الرغم من أن استخدامه اليوم في صناعة الطهي لا يزال محدودًا ،

يتكون الزيت بشكل أساسي من أحادي الاسترات ذات السلسلة المستقيمة في نطاق Cl8-C24 مثل كحول وأحماض ذات رابطتين مزدوجتين ، واحدة على كل جانب من رابطة الإستر [6،7]. إن إنزيمات الليباز البشرية ، التي تهضم معظم الزيوت النباتية والدهون الحيوانية ، لا تهضم زيت الجوجوبا ، مما يسمح لها بالمرور عبر الجهاز الهضمي غير المستقلب إلى حد كبير. بالإضافة إلى ذلك ، ذكرت Anantharaman [8] أن زيت الجوجوبا بطيء في التحول إلى زنخ وغير تالف بسبب التسخين إلى درجات حرارة عالية. علاوة على ذلك ، Isbell et al. (1999) درس مؤشرات الاستقرار التأكسدي للعديد من الزيوت النباتية عند 1100 درجة مئوية. أفادوا أن زيت الجوجوبا الخام يتمتع باستقرار مؤكسد جيد. كما تم توضيح النتائج المفيدة في الدراسات التي تركز على استبدال الدهون والزيوت الصالحة للأكل بزيت الجوجوبا في المارجرين والمايونيز.

فيما يتعلق باستخدامات الطب الشعبي لزيت الجوجوبا ، فقد ورد أن له مجموعة واسعة من الاستخدامات. استخدم هنود كاليفورنيا الزيت كدواء للسرطان واضطرابات الكلى والصداع والجروح والتهاب الحلق. أيضًا ، تم الإبلاغ عن استخدام الزيت في مستحضرات التجميل كمضاد للقشرة ، وفي ترميم الشعر ، وكريمات الشعر ومستحضرات ترطيب الجسم. علاوة على ذلك ، وجد أن زيت الجوجوبا فعال في علاج حب الشباب والأكزيما والصدفية. أيضًا ، يمتلك الزيت تأثيرات مضادة للميكروبات ، ومضادة للطفيليات ، ومضادة للحرارة ، ومضادة للالتهابات [9] وتأثيرات نقص الكولسترول. تم الإبلاغ عن العديد من التطبيقات ، بما في ذلك طلاء المواد الغذائية ، مما أدى إلى تحسين الاستقرار بشكل كبير مقارنة بالزيوت المهدرجة.

مشتق الهيدروكربونات المعدنية (MHC) من مصادر البترول. من الناحية الهيكلية ، تتكون الهيدروكربونات الموجودة في الزيوت المعدنية في الغالب من البارافينات (ألكانات السلاسل المستقيمة) ، والأيزوبارافينات (السلاسل المتفرعة) وإيكلوبرافين (الحلقات المشبعة ذات السلاسل الجانبية). قامت اللجنة العلمية للأغذية بتقييم سمية المعادن والاصطناعية علاوة على ذلك ، وجد أن زيت الجوجوبا فعال في علاج حب الشباب والأكزيما والصدفية. أيضًا ، يمتلك الزيت تأثيرات مضادة للميكروبات ، ومضادة للطفيليات ، وخافضة للحرارة ، ومضادة للالتهابات [9] وتأثيرات نقص الكولسترول. تم الإبلاغ عن العديد من التطبيقات ، بما في ذلك طلاء المواد الغذائية ، مما أدى إلى تحسين الاستقرار بشكل كبير مقارنة بالزيوت المهدرجة. مشتق الهيدروكربونات المعدنية (MHC) من مصادر البترول. هيكليا الهيدروكربونات الموجودة في الزيوت المعدنية هي في الغالب البارافينات (ألكانات السلاسل المستقيمة) ، الأيزوبرافين (السلاسل المتفرعة) والسيكلوبرافين (الحلقات المشبعة ذات السلاسل الجانبية). يتم تطبيق MHC والبترول عن قصد على كل من الاستخدامات المباشرة وغير المباشرة للمضافات الغذائية. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. isoparaffins (سلاسل متفرعة) و cycloparaffins (حلقات مشبعة بسلاسل جانبية). يتم تطبيق MHC والبترول عن قصد على كل من الاستخدامات المباشرة وغير المباشرة للمضافات الغذائية. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم الخاصة بالطعام ومانعات التسرب للزجاجات ومرطبانات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. isoparaffins (سلاسل متفرعة) و cycloparaffins (حلقات مشبعة بسلاسل جانبية). يتم تطبيق MHC والبترول عن قصد على كل من الاستخدامات المباشرة وغير المباشرة للمضافات الغذائية. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11].

Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery

 Definition of a turbomachine

We classify as turbomachines all those devices in which energy is transferred either to, or from, a continuously flowing fluid by the dynamic action of one or more moving blade rows. The word turbo or turbinis is of Latin origin and implies that which spins or whirls around. Essentially, a rotating blade row, a rotor or an impeller changes the stagnation enthalpy of the fluid moving through it by either doing positive or negative work, depending upon the effect required of the machine. These enthalpy changes are intimately linked with the pressure changes occurring simultaneously in

the fluid. In the earlier editions of this book, open turbomachines, such as wind turbines, pro-pellers and unshrouded fans were deliberately excluded, primarily because of the conceptual difficulty of properly defining the mass flow that passes through the blades.

However, despite this apparent problem, the study of wind turbines has become an attractive and even an urgent task, not least because of the almost astonishing increase in their number. Wind turbines are becoming increasingly significant providers of electrical power and targets have even been set in some countries for at least 10% of power generation to be effected by this means by 2010. It is a matter of expediency to now include the aerodynamic theory of wind turbines in this book and so a new chapter has been added on the topic. It will be observed that the problem of dealing with the inde-terminate mass flow has been more or less resolved.Two main categories of turbomachine are identified: firstly, those that absorb powerto increase the fluid pressure or head (ducted fans, compressors and pumps); secondly,those that produce power by expanding fluid to a lower pressure or head (hydraulic,steam and gas turbines). Figure 1.1 shows, in a simple diagrammatic form, a selectionof the many different varieties of turbomachine encountered in practice. The reasonthat so many different types of either pump (compressor) or turbine are in use is becauseof the almost infinite range of service requirements. Generally speaking, for a given setof operating requirements one type of pump or turbine is best suited to provide optimum conditions of operation. This point is discussed more fully in the section of this chapter concerned with specific speed.

Turbomachines are further categorised according to the nature of the flow path through the passages of the rotor. When the path of the through-flow is wholly or mainly parallel to the axis of rotation, the device is termed an axial flow turbomachine (e.g. Figure 1.1(a) and (e)). When the path of the through-flow is wholly or mainly in a plane perpendicular to the rotation axis, the device is termed a radial flow turbomachine (e.g. Figure 1.1(c)). More detailed sketches of radial flow machines are given in Figures 7.1,7.2, 8.2 and 8.3. Mixed flow turbomachines are widely used. The term mixed flow in

 this context refers to the direction of the through-flow at rotor outlet when both radial and axial velocity components are present in significant amounts. Figure 1.1(b) shows a mixed flow pump and Figure 1.1(d) a mixed flow hydraulic turbine.

One further category should be mentioned. All turbomachines can be classified as

either impulse or reaction machines according to whether pressure changes are absent or present respectively in the flow through the rotor. In an impulse machine all the pressure change takes place in one or more nozzles, the fluid being directed onto the rotor.

The Pelton wheel, Figure 1.1(f), is an example of an impulse turbine.

The main purpose of this book is to examine, through the laws of fluid mechanics and thermodynamics, the means by which the energy transfer is achieved in the chief types of turbomachine, together with the differing behaviour of individual types in oper-

ation. Methods of analysing the flow processes differ depending upon the geometrical configuration of the machine, whether the fluid can be regarded as incompressible or not, and whether the machine absorbs or produces work. As far as possible, a unified treatment is adopted so that machines having similar configurations and function are considered together.

 

Units and dimensions

The International System of Units, SI (le Système International d’Unités) is a unified

self-consistent system of measurement units based on the MKS (metre–kilogram–

second) system. It is a simple, logical system based upon decimal relationships between units making it easy to use. The most recent detailed description of SI has been published in 1986 by HMSO. For an explanation of the relationship between, and use of, physical quantities, units and numerical values see Quantities, Units and Symbols (1975), published by The Royal Society or refer to ISO 31/0-1981.

Great Britain was the first of the English-speaking countries to begin, in the 1960s,

the long process of abandoning the old Imperial System of Units in favour of the

International System of Units, and was soon followed by Canada, Australia, New

Zealand and South Africa. In the USA a ten year voluntary plan of conversion to SI

units was commenced in 1971. In 1975 US President Ford signed the Metric Conversion

Act which coordinated the metrication of units, but did so without specifying a schedule of conversion. Industries heavily involved in international trade (cars, aircraft, food and drink) have, however, been quick to change to SI for obvious economic reasons, but others have been reluctant to change.

SI has now become established as the only system of units used for teaching 

engineering in colleges, schools and universities in most industrialised countries throughout the world. The Imperial System was derived arbitrarily and has no consistent numerical base, making it confusing and difficult to learn. In this book all numerical problems involving units are performed in metric units as this is more convenient

than attempting to use a mixture of the two systems. However, it is recognised that some problems exist as a result of the conversion to SI units. One of these is that many valuable papers and texts written prior to 1969 contain data in the old system of units and would need converting to SI units. 

Some SI units

The SI basic units used in fluid mechanics and thermodynamics are the metre (m),

kilogram (kg), second (s) and thermodynamic temperature (K). All the other units used in this book are derived from these basic units. The unit of force is the newton (N), defined as that force which, when applied to a mass of 1 kilogram, gives an acceleration to the mass of 1 m/s2

. The recommended unit of pressure is the pascal (Pa) which is the pressure produced by a force of 1 newton uniformly distributed over an area of 1 square metre. Several other units of pressure are in widespread use, however, foremost of these being the bar. Much basic data concerning properties of substances (steam and gas tables, charts, etc.) have been prepared in SI units with pres-

sure given in bars and it is acknowledged that this alternative unit of pressure will continue to be used for some time as a matter of expediency. It is noted that 1 bar equals105 Pa (i.e. 105 N/m2), roughly the pressure of the atmosphere at sea level, and is perhaps an inconveniently large unit for pressure in the field of turbomachinery

anyway! In this book the convenient size of the kilopascal (kPa) is found to be the most useful multiple of the recommended unit and is extensively used in most calculations and examples.

In SI the units of all forms of energy are the same as for work. The unit of energy

is the joule (J) which is the work done when a force of 1 newton is displaced through a distance of 1 metre in the direction of the force, e.g. kinetic energy (1/2 mc2) has the dimensions kg ¥ m2/s2

; however, 1 kg = 1 Ns2/m from the definition of the newton given above. Hence, the units of kinetic energy must be Nm = J upon substituting dimensions.

The watt (W) is the unit of power; when 1 watt is applied for 1 second to a system

the input of energy to that system is 1 joule (i.e. 1 J).The hertz (Hz) is the number of repetitions of a regular occurrence in 1 second. Instead of writing c/s for cycles/sec, Hz is used. The unit of thermodynamic temperature is the kelvin (K), written without the ° sign, and is the fraction 1/273.16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water. The degree celsius (°C) is equal to the unit kelvin. Zero on the celsius scale is

the temperature of the ice point (273.15 K). Specific heat capacity, or simply specific heat, is expressed as J/kg K or as J/kg°C. Dynamic viscosity, dimensions ML-1 T-1 , has the SI units of pascal seconds, i.e. Hydraulic engineers find it convenient to express pressure in terms of head of a liquid. The static pressure at any point in a liquid at rest is, relative to the pressure acting on the free surface, proportional to the vertical distance of the free surface above that point. The head H is simply the height of a column of the liquid which can be supported by this pressure. If r is the mass density (kg/m3

) and g the local gravitational acceleration (m/s2), then the static pressure p (relative to atmospheric pressure) is p = rgH, where H is in metres and p is in pascals (or N/m2

). This is left for the student to verify as a simple exercise.

 Dimensional analysis and performance laws

The widest comprehension of the general behaviour of all turbomachines is, without doubt, obtained from dimensional analysis. This is the formal procedure whereby the group of variables representing some physical situation is reduced into a smaller number of dimensionless groups. When the number of independent variables is not too great, dimensional analysis enables experimental relations between variables to be found with the greatest economy of effort. Dimensional analysis applied to turbomachines has two further important uses: (a) prediction of a prototype’s performance from tests conducted on a scale model (similitude); (b) determination of the most suitable type of machine, on the basis of maximum efficiency, for a specified range of head, speed and flow rate. Several methods of constructing non-dimensional groups have been described by Douglas et al. (1995) and by Shames (1992) among other authors.

The subject of dimensional analysis was made simple and much more interesting by Edward Taylor (1974) in his comprehensive account of the subject. It is assumed here that the basic techniques of forming non-dimensional groups have already been acquired by the student.

Adopting the simple approach of elementary thermodynamics, an imaginary envelope (called a control surface) of fixed shape, position and orientation is drawn around the turbomachine (Figure 1.2). Across this boundary, fluid flows steadily, entering at station 1 and leaving at station 2. As well as the flow of fluid there is a flow of work across the control surface, transmitted by the shaft either to, or from, the machine. For the present all details of the flow within the machine can be ignored and only externally observed features such as shaft speed, flow rate, torque and change in fluid properties across the machine need be considered. To be specific, let the turbomachine be a pump (although the analysis could apply to other classes of turbomachine) driven by an electric motor. The speed of rotation N, can be adjusted by altering the current to the motor; the volume flow rate Q, can be independently adjusted by means of a throttle valve. For fixed values of the set Q and N, all other variables such as torque t, head H, are thereby established. The choice of Q and N as control variables is clearly arbitrary and any other pair of independent variables such as t and H could equally well

have been chosen. The important point to recognise is that there are for this pump, two control variables. If the fluid flowing is changed for another of different density r, and viscosity m, the performance of the machine will be affected. Note, also, that for a turbomachine handling compressible fluids, other fluid properties are important and are discussed later.

So far we have considered only one particular turbomachine, namely a pump of a given size. To extend the range of this discussion, the effect of the geometric variables on the performance must now be included. The size of machine is characterised by the impeller diameter D, and the shape can be expressed by a number of length ratios, l1/D, l2/D, etc.

Incompressible fluid analysis

The performance of a turbomachine can now be expressed in terms of the control variables, geometric variables and fluid properties. For the hydraulic pump it is convenient to regard the net energy transfer gH, the efficiency h, and power supplied P, as dependent variables and to write the three functional relationships as

By the procedure of dimensional analysis using the three primary dimensions, mass, length and time, or alternatively, using three of the independent variables we can form the dimensionless groups. The latter, more direct procedure requires that the variables selected, r, N, D, do not of themselves form a dimensionless group. The selection of r, N, D as common factors avoids the appearance of special fluid terms (e.g. mℋℋℋℳℳ, Q) in more than one group and allows gH, h and P to be made explicit. Hence the three relationships reduce to the following easily verified forms.

Energy transfer coefficient, sometimes called head coefficient

which is frequently used is the velocity (or flow) coefficient f = cx /U where U is blade tip speed and cx the average axial velocity. Since

Because of the large number of independent groups of variables on the right-hand side of eqns. (1.2), those relationships are virtually worthless unless certain terms can be discarded. In a family of geometrically similar machines l1/D, l2/D are constant and may be eliminated forthwith. The kinematic viscosity, - ℌ = m/r is very small in turbomachines handling water and, although speed, expressed by ND, is low the Reynolds number is correspondingly high. Experiments confirm that effects of Reynolds number on the performance are small and may be ignored in a first approximation. The functional relationships for geometrically similar hydraulic turbomachines are then,

This is as far as the reasoning of dimensional analysis alone can be taken; the actual form of the functions f4, f5 and f6 must be ascertained by experiment.

One relation between y, f, h and Pˆ may be immediately stated. For a pump the net hydraulic power, PN equals rQgH which is the minimum shaft power required in the absence of all losses. No real process of power conversion is free of losses and the actual shaft power P must be larger than PN. We define pump efficiency (more precise definitions of efficiency are stated in Chapter 2) h = PN/P = rQgH/P. Therefore

 Thus f6 may be derived from f4 and f5 since Pˆ = fy/h. For a turbine the net hydraulic power PN supplied is greater than the actual shaft power delivered by the machine andthe efficiency h = P/PN. This can be rewritten as Pˆ = hfy by reasoning similar to theabove considerations