Як розрахувати розрахунковий тиск. Розрахунок втрат напору води в трубопроводі

1. Чому падає натиск у водопроводі
2. Втрата тиску в прямих трубопроводах
3. Як враховувати місцеві опір
4. Формула, за якою розраховується внутрішній опір
5. Розрахунок втрат напору на прямих ділянках трубопроводу
6. Розрахунок втрати напору на місцевих опорах

Кожна людина, яка вирішила самостійно облаштувати водопостачання свого будинку, повинен бути готовий до такої проблеми, як зменшення напору всередині системи. Як правило, причина криється в тому, що падає загальний тиск води в трубі: саме тому підбір потужності свердловинного насоса повинен здійснюватися з особливою ретельністю.

Чому падає натиск у водопроводі

Коли рідина рухається по трубопроводу, вона зустрічає певні перешкоди на своєму шляху.

На внутрішній опір водопроводу впливають такі чинники:

1. Внутрішній діаметр труби. Його зменшення прямо пропорційно збільшенню опору.
2. Швидкість руху води в системі. Чим вона більше, тим опір сильніше.
3. Особливості покриття труби, яке знаходиться в безпосередньому контакті з водою. Втрати тиску в трубопроводі можуть виникати через зайвої шорсткості внутрішньої поверхні.

Слід сказати, що навіть якщо мова йде про транспортування води по прямій трубі, все одно певне гальмування її потоку спостерігається. Чим більше збільшується протяжність водоводу, тим більше зростає показник сумарного опору.

Втрата тиску в прямих трубопроводах

Щоб точно зробити необхідні розрахунки , Найзручніше застосувати спеціальні таблиці і формули: вони дозволять отримати найбільш точні параметри. Слід також взяти до уваги, що живлять водопроводи останнім часом в основному монтуються з полімерних труб . Падіння тиску в трубопроводі даного типу спостерігається в помітно менших масштабах.

Для даних виробів є наступні експлуатаційні переваги:

• Невелика вага і зручна установка.
• Антикорозійна безпеку.
• Відмінні показники гладкості використовуваних для виготовлення даних труб полімерів. Завдяки цьому вдається помітно знизити внутрішній опір системи. За цим параметром пластикові водогони приблизно в 1,5 рази вигідніше металевих аналогів.

Як враховувати місцеві опір

Поряд з лінійними втратами всередині трубопроводів можуть бути так звані «місцеві» опору. Йдеться перш за все про елементи, що забезпечують розгалуження і управління потужністю потоку - трійниках, кранах, вентилях, кутових колінах, клапанах і т.п. На параметри втрати всередині цих виробів впливає швидкість потоку рідини і їх конфігурація.

Формула, за якою розраховується внутрішній опір

Як визначити втрати напору в трубопроводі? Витрата води визначається за такою формулою: Q = V × S. Витрата води тут позначається, як «Q» (м3 / сек), площа перетину труби - як «S». Для позначення швидкості тут використовується буква «V» (м / сек). Для обчислення площі перетину використовується класична формула S = π × D2 / 4, де під «D» розуміється діаметр водопровідної труби.

Коли розрахунки шуканих величин будуть закінчені, можна прийти до висновку про мізерність показників місцевого опору, при порівнянні з загальними (сумарними) втратами, незалежно від того, які саме зразки використовуються. Опір води в трубах може трохи зрости, якщо підвищити швидкість потоку: це відбувається через те, що водний канал у своїй вузькій частині починає пропускати великий обсяг води.

Втрати води в трубопроводах можу зрости до значних показників. Щоб цього не відбувалося, рекомендується спочатку комплектувати водопроводи виробами з великим діаметром: згодом деякі додаткові фінансові витрати з лишком компенсуються. Це дасть можливість взагалі відмовитися від обліку місцевого опору. Якщо ж говорити про загальні ситуаціях, то параметри втрати у водопровідній системі обчислюються з урахуванням витрат 2-4 м3 рідини для місцевих опорів. Коли доводиться враховувати втрати при проходженні прямолінійних ділянок, то рівень сумарних втрат може досягати приблизно 5 м3.

А одна з частин визначення потрібного напору - це розрахунок втрат напору в трубопроводі. Саме цій частині питання присвячена ця стаття.

Втрата напору в трубопроводі пов'язана з тим, що потік води, що протікає всередині труби, відчуває опір. Його величина залежить від:

1. діаметра труби - чим менше діаметр, тим більше опір
2. швидкості потоку - чим більше швидкість потоку, тим більше опір
3. гладкості внутрішньої поверхні труби.

Навіть рухаючись по прямій, горизонтальній трубі, потік води відчуває опір, нехай і невелике. При великої протяжності трубопроводу сумарний опір може виявитися значним.

Розрахунок втрат напору на прямих ділянках трубопроводу

Щоб не вдаватися в глибокі теоретичні розрахунки, можна скористатися вже готовими таблицями з обчисленими даними для всіх основних діаметрів труб і витрат води. Зараз повсюдно використовуються полімерні трубопроводи - з поліпропілену, поліетилену низького або високого тиску та інших полімерів. Такі труби мають масу переваг перед сталевими трубами: вони легше, простіше в монтажі, не схильні до корозії, дешевше, більш гладкі, і як наслідок в них менше втрати напору.

У цій таблиці наведені значення втрати напору на 100 м трубопроводу. Втрата напору вказана в метрах водяного стовпа.

0,5 8,33 0,14 8,9 2,1 0,6 0,8 13,33 0 , 22 20,2 4,7 1,3 0,4 1 16,67 0,28 29,8 7 1,9 0,6 1,5 25 0,42 14,2 3,9 1,2 0,5 2 33,33 0,56 23,5 6,4 2 0,9 2,5 41,67 0,69 9,4 2,9 1,3 0,4 30 500 8,33 13 4 1,8 0, 5 0,2 3,5 58,33 0,97 17 5,3 2,3 0,6 0,2 4 66,67 1,11 21,5 6,6 2,9 0,8 0,3 0, 1 4,5 75 1,25 8,2 3,6 1 0,3 0,1 5 83,33 1,39 9,8 4,3 1,2 0,4 0,2 5,5 91,67 1 , 53 11,6 5,1 1,4 0,5 0,2 6 100 1,67 13,5 6 ​​1,6 0,5 0,2 6,5 108,3 1,81 15,5 6,9 1,9 0,6 0,3 7 116,7 1,94 17,7 7,8 2,1 0,7 0,3 8 133,3 2,22 22,4 9,9 2,7 0,9 0,4 0,2

для сталевих труб можна використовувати ці ж значення, помноживши їх на коефіцієнт 1,5.

Наприклад, при витраті води 0,5 м 3 / год в трубопроводі з внутрішнім діаметром 19 мм і довжиною 100 м втрата напору становить 2,1 м.

Розрахунок втрати напору на місцевих опорах

Крім того, втрата напору відбувається в місцевих опорах: поворотах, вигинах, вентилях, засувках, в розгалуженнях трубопроводу і в місцях його звуження або розширення. Втрати напору води в них залежать від швидкості потоку і форми місцевого опору.

Нижче в таблиці наведені втрати напору в основних місцевих опорах:

Втрата місцевого опору вказана в сантиметрах водяного стовпа.

швидкість
потоку, м / с

0,4 1,2 0,11 31 0,5 1,9 0,18 32 0,6 2,8 0,25 32 0,7 3,9 0,34 32 0,8 4,8 0,45 33 0,9 6,2 0,57 34 1 7,6 0,7 35 1,5 17 1,6 40 2 31 2,8 48 2,5 48 4,4 58 3 70 6,3 71 3,5 93 8,5 85 4 120 11 100 4,5 160 14 120 5 190 18 140

Витрата води співвідноситься зі швидкістю потоку так:

де Q - це витрата води (в м 3 / с), S - площа поперечного перерізу (В м 2), v - швидкість потоку (в м / с). Площа поперечного перерізу для труби S = ​​π * D2 / 4, де D - внутрішній діаметр труби.

Наприклад, при витраті води 0,5 м 3 / год (0,000138889 м 3 / с) в трубопроводі з внутрішнім діаметром 19 мм (S = 0,000283385 м 2), швидкість потоку складе

v = Q / S = 0,000138889 / 0,000283385 = 0,49 м / с

Місцеве опір коліна при цьому буде 1,9 см, а клапана 32 см.

Як видно, втрати напору на місцевих опорах - це найменша частина втрат у всьому трубопроводі. Вони можуть бути значними тільки при великих швидкостях потоку, тобто коли через тонку трубу проходить великий обсяг води. Використання більш товстих труб, діаметр, яких, відповідає витраті води, практично знімає проблему місцевих опорів. При розрахунку втрат напору води (і надалі виборі насоса для свердловини) досить закласти на місцеві опори кілька метрів напору, з невеликим запасом для вірності - від 2 до 4 м.

Разом з втратами напору води в прямих ділянках трубопроводу, ця цифра для невеликого заміського будинку може вкластися в 5 м.

Читайте також:

• Для того, щоб правильно вибрати насос для своєї свердловини, необхідно знати, реквізит натиск - тобто натиск, який необхідний для водопровідної системи будинки. У цій статті мова піде про розрахунок потрібного напору і розрахунку втрат напору в трубах водопроводу на прикладі невеликого заміського будинку.
• У цій статті мова піде про характеристики насосів і свердловин, і про те, як правильно вибрати для своєї свердловини насос, виходячи з наявних потреб.

В кожному сучасному будинку одним з головних умов комфорту є. А з появою нової техніки, що вимагає підключення до водопроводу, його роль в будинку стала дуже важливою. Багато людей вже не уявляють, як можна обійтися без пральної машини , Бойлера, посудомийної машини і т.д. Але кожен з цих апаратів для правильної роботи вимагає певного тиску води, що надходить з водопроводу. І ось людина, яка вирішила встановити новий, замислюється про те, як розрахувати тиск в трубі, щоб всі сантехнічні прилади добре працювали.
Вимоги сучасного водогону

Сучасний повинен відповідати всім вимогам і характеристикам. На виході з крана вода повинна литися плавно, без ривків. Отже, в системі не повинно бути перепадів тиску при розборі води. Що йде по трубах вода не повинна створювати шуму, мати домішки повітря та інших сторонніх накопичень, які згубно впливають на керамічні крани і іншу сантехніку. Щоб не було цих неприємних казусів, тиск води в трубі не повинно падати нижче свого мінімуму при розборі води.

Зверніть увагу! Мінімальний тиск водопроводу має становити 1,5 атмосфери. Такого тиску достатньо для роботи посудомийної і пральної машини.

Треба враховувати ще одну важливу характеристику водопроводу, пов'язану з витратою води. У будь-якому житловому приміщенні знаходиться не одна точка розбору води. Тому розрахунок водопроводу повинен повністю забезпечувати потребу води всіх сантехнічних приладів при одночасному включенні. Цей параметр досягається не тільки тиском, а й обсягом води, що поступає, яку може пропустити труба певного перерізу. Говорячи простою мовою , Перед монтажем потрібно виконати якийсь гідравлічний розрахунок водопроводу, з урахуванням витрат і тиску води.

Перед розрахунком давайте ближче ознайомимося з двома такими поняттями, як тиск і витрата, щоб зрозуміти їх сутність.
Тиск води в трубопроводі

Як відомо, центральний водопровід в минулому підключали до водонапірної вежі. Саме ця вежа створює в мережі водопроводу тиск. Одиницею вимірювання тиску є атмосфера. Причому, тиск не залежить від розміру ємності, розташованої нагорі вежі, а тільки від висоти.

Зверніть увагу! Якщо залити воду в трубу десятиметрової висоти, то вона в нижній точці створить тиск - 1 атмосферу.

Тиск прирівнюється до метрам. Одна атмосфера дорівнює 10 м водяного стовпа. Розглянемо приклад з п'ятиповерховим будинком. Висота будинку - 15 м. Отже, висота одного поверху - 3 метри. П'ятнадцятиметрова вежа створить тиск на першому поверсі 1,5 атмосфери. Обчислимо тиск на другому поверсі: 15-3 = 12 метрів водяного стовпа або 1.2 атмосфери. Проробивши подальший розрахунок, ми побачимо, що на 5 поверсі тиску води не буде. Значить, щоб забезпечити водою п'ятий поверх, необхідно побудувати вежу більше 15 метрів. А якщо це, наприклад - 25 поверховий будинок ? Ніхто такі вежі будувати не буде. В сучасних водогонах використовують насоси.

Давайте підрахуємо тиск на виході глибинного насоса. є глибинний насос , Що піднімає воду на 30 метрів водяного стовпа. Значить, він створює тиск - 3 атмосфери на свій вихід. Після занурення насоса в свердловину на 10 метрів, він створить тиск на рівні землі - 2 атмосфери, або 20 метрів водяного стовпа.

Витрати води

Розглянемо наступний фактор - витрата води. Він прямо залежить від тиску, і чим воно більше, тим швидше вода буде рухатися по трубах. Тобто буде більша витрата. Але вся справа в тому, що на швидкість води впливає перетин труби, по якій вона рухається. І якщо зменшувати перетин труби, то буде рости опір води. Отже, зменшиться її кількість на виході з труби за той же проміжок часу.

Рівняння Бернуллі для гідравлічного розрахунку водопроводу

На виробництві, при будівництві водопроводів складаються проекти, в яких вираховується гідравлічний розрахунок водопроводу по рівнянню Бернуллі:

Де h1-2 - показує втрату напору на виході, після подолання опору на всій ділянці водопроводу.
Розраховуємо домашній водопровід

Але це, так би мовити, складні обчислення. Для домашнього водопроводу застосовуємо обчислення простіше.

Виходячи з паспортних даних машин споживаних воду в будинку, підсумовуємо загальна витрата. Додаємо до цієї цифри витрата всіх водорозбірних кранів знаходяться в будинку. Один водорозбірний кран пропускає через себе близько 5-6 літрів води за хвилину. Підсумовуємо всі цифри і отримуємо загальну витрату води в будинку. Ось тепер керуючись загальною витратою, купуємо трубу з таким перетином, яке забезпечить потрібною кількістю і тиском води все одночасно працюють водорозбірні прилади.

Коли домашній водопровід буде підключатися до міської мережі, то будете користуватися тим, що дадуть. Ну, а якщо у вас вдома свердловина, купуйте насос, який повністю забезпечить вашу мережу потрібним тиском, відповідним витратам. При покупці керуйтеся паспортними даними насоса.

Для вибору перетину труби, керуємося цими таблицями:

Залежність діаметра від довжини водопроводу

Пропускна здатність труби

Довжина водопроводу,
м

Діаметр труби,
мм

Діаметр труби,
мм

Пропускна спроможність,
л / хв

У цих таблицях надані більш затребувані параметри труби. Для повного ознайомлення в інтернеті можна знайти більш повні таблиці з розрахунками труб різного діаметру.

Ось, виходячи з цих розрахунків, і при правильному монтажі , Ви забезпечите усіма необхідними параметрами. Якщо щось не зрозуміло, краще звернутися до фахівців.

Нагадаємо, що це питання коротко вже згадувався в розділі 18 "Проблема раптового скипання холодоагенту в рідинної магістралі". Щоб поповнити наші знання в цій області, проведемо невеликий уявний експеримент за допомогою схем на рис. 75.1 і 75.2. Для проведення цього досвіду нам будуть потрібні ручної кран на зливний магістралі градирні, при відкритті якого градирня спорожняється, і поплавковий клапан, що підтримує постійний рівень води в баку градирні. На виході з зливний магістралі в точці В (перед краном) встановимо манометр, проградуйований в барах. Цей манометр буде показувати нам тиск в точці В. Встановимо також скляну трубку, яка буде показувати тиск в точці В в метрах водяного стовпа (м вод. Ст.), Тобто висоту рівня води, еквівалентну тиску в точці В.

На рис. 75.1 зліва {схема 1) кран на зливний магістралі закритий. Рівень води в трубці знаходиться на висоті 5 м, тобто тиск в точці В дорівнює 5 м вод. ст. Манометр в точці В показує величину надлишкового тиску, обумовленого високо-
тієї стовпа рідини, тобто 5 м вод. ст. або 0,5 бар: тиск, виміряний манометром, дорівнює висоті стовпа.
На рис. 75.1 справа (схема 2) кран на зливний магістралі відкритий. Під дією сили тяжіння, відразу ж після відкриття крана, вода з бака починає зливатися. Як тільки вода починає рухатися, її рівень в скляній трубці падає до 4,5 м: отже, втрати тиску на ділянці від точки А до точки В рівні 5 - 4,5 = 0,5 м вод. ст. Манометр в точці В також показує падіння тиску на величину втрат, які дорівнюють 0,5 - 0,45 = 0,05 бар (тобто 0,5 м вод. Ст.).

Звідси робимо висновок: як тільки вода прийшла в рух, з'явилися втрати тиску.
Ці втрати обумовлені в'язкістю води і за-висять від її швидкості. В основному, втрати тиску визначаються силою тертя рухомої води об внутрішню поверхню стінок трубопроводу, яка має ту чи іншу шорсткість.
Втрати тиску зростають:
з ростом довжини труби;
з падінням внутрішнього діаметра (площі прохідного перетину) труби;
з ростом швидкості води (тобто витрати) в трубі.

Втрати тиску призводять до додаткових витрат енергії. Вони породжують шуми в трубопроводах і незначний нагрів води. Чим більше швидкість води, тим більше шум, особливо там, де потік відчуває звуження. Наприклад, в кранах, вентилях тощо Цей шум може доставляти певні незручності в тих випадках, коли трубопроводи прокладені в житлових приміщеннях або поблизу від них.
Тому діаметри трубопроводів повинні вибиратися таким чином, щоб швидкість рідини в них не перевищувала певних значень при максимальних потрібних витратах. Наприклад, сьогодні існують такі рекомендації:
Для труб з внутрішнім діаметром 15 мм максимальна швидкість рідини дорівнює 0,5 м / с.
Для труб з внутрішнім діаметром 80 мм максимальна швидкість рідини дорівнює 1,2 м / с.
Така різниця в рекомендованих значеннях швидкостей обумовлена ​​наступним
У трубах діаметром 15 мм периметр поверхні тертя П = 1,5смх7г «5 см, площа прохідного перетину S1« 2 см2, а в трубах діаметром 80 мм периметр поверхні тертя П = 8 см х п до 25 см при площі прохідного перетину S2 * 50
Таким чином, при переході від труби з внутрішнім діаметром D1 = 15 мм до труби з діаметром D2 = 80 мм
периметр поверхні тертя зростає в 5 разів, тоді як площа прохідного перетину збільшується в 25 разів. В результаті сила тертя (а отже, і втрати тиску) в трубі діаметром 15 мм при швидкості потоку 0,5 м / с буде приблизно такою ж, як і в трубі діаметром 80 мм при швидкості потоку 1,2 м / с. Тому чим більше діаметр труби, тим більше в ній може бути швидкість потоку при одній і тій же величині втрат тиску на тертя.
В існуючих сьогодні установках діаметри рідинних трубопроводів вибирають з таким розрахунком, щоб при максимальній витраті швидкість потоку в них приводила б до втрат тиску, як правило, в діапазоні від 10 до 20 мм вод. ст. на погонний метр довжини трубопроводу.

Для оцінки втрат тиску, обумовлених місцевими опорами (повороти, трійники, запірні вентилі і т.д.), прийнято використовувати поняття еквівалентної довжини. Наприклад, можна вважати, що втрати тиску при повороті потоку на 90 ° еквівалентні втрат тиску на тертя на відрізку труби того ж діаметра довжиною 0,8 м *.
Тепер спробуйте оцінити порядок величини втрат тиску в трубі внутрішнім діаметром 65 мм і повною довжиною 50 м, що має 6 поворотів на 90 ° (див. Рис. 75.4).

Рішення вправи 1
За умови, що діаметр труби визначено правильно, можна припустити, що втрати тиску на тертя складають від 10 до 20 мм вод. ст. на погонний метр довжини труби. При виконанні оцінки допустимо, що втрати тиску на тертя рівні середнього значення зазначеного діапазону, тобто 15 мм вод. ст. / м. У той же час, 6 поворотів на 90 ° еквівалентні по величині втрат тиску ділянці прямої труби того ж діаметра довжиною 6 х 0,8 м = 4,8 м. Отже, повна еквівалентна довжина нашої труби буде дорівнює 50 м + 4,8 м « 55 м. Таким чином, повні втрати тиску в цій трубі складуть 55 м х 15 мм вод. ст / м = 825 мм вод. ст «0,8 м вод. ст.
* Це твердження не завжди справедливо. У загальному випадку довжину ділянки прямої труби, еквівалентну за величиною втрат тиску будь-якого місцевому опору, знаходять за формулою Ьекв = Щм / Ялтл Т№ D - внутрішній діаметр труби, §м - коефіцієнт місцевих втрат і Ятр - коефіцієнт тертя рідини об внутрішню поверхню стінок труби (прим. ред.).

ВПЛИВ РІЗНИЦІ РІВНІВ НА ВТРАТИ ТИСКУ
Продовжимо наші уявні експерименти. На рис. 75.5 представлені дві абсолютно однакові схеми, що відрізняються тільки тим, що висота бака градирні на схемі 1 над зливним краном більше, ніж висота бака на схемі 2.
довжина зливних труб в обох схемах одна і та ж, діаметри труб також однакові. Через різницю рівнів тиск в точці В схеми 1 буде вище, ніж тиск в точці В схеми 2. Отже, якщо повністю відкрити зливні крани в обох схемах, витрата Qvl буде вище, ніж витрата Qv2. Для того, щоб порівнювати величини втрат тиску в залежності від різниці рівнів, необхідно прикрити кран схеми 1 з метою вирівнювання витрат, а отже, і швидкостей потоків рідини в трубопроводах схем 1 і 2.

Як тільки ми це зробимо, то відразу ж побачимо, що за однакової кількості витрат Qvl і Qv2 втрати тиску для обох схем будуть в точності збігатися: Ahl = Ah2.

Висновок: втрати тиску на тертя і місцеві опори жодним чином не залежать від різниці рівнів трубопроводу. Вони визначаються тільки витратою рідини, довжиною трубопроводу, внутрішнім діаметром і шорсткістю стінок труби.

Розглянемо систему, представлену на рис. 75.6.
При русі води по трубопроводу з'являються втрати тиску аи, які залежать від довжини трубопроводу, його діаметра і витрати води (тобто швидкості води в трубі).
Встановимо на виході з бака фільтр.
Як зміняться втрати тиску Ahl?
Як зміниться витрата?
Як зміниться швидкість води?

Рішення Вправи 2
Фільтр, установлений на трубопроводі (див. Рис. 75.7 праворуч), поводиться точно так само, як будь-який місцевий опір (поворот, вентиль і ін.): Він є додатковою перешкодою потоку рідини, тобто створює додаткові втрати тиску при проходженні води. Ці втрати додаються до втрат на тертя. В результаті повні втрати тиску на ділянці від точки С до точки В зростуть (Ah2> Ah 1).

Тепер розглянемо, як зміниться швидкість течії води в трубі. При установці додаткового опору, наприклад, фільтра, втрати тиску на відрізку С-В зростають (Ah2> Ah 1). Але цей опір також перешкоджає і проходженню води (як це робив би ручний вентиль, опір якого зростає при його закритті): отже, витрата води буде зменшуватися.
Оскільки при цьому в обох випадках внутрішній діаметр труби на ділянці З-В не змінюється, зменшення витрат призводить до зниження швидкості потоку води в трубі: швидкість V2 буде помітно нижче Сорость VI.

При зростанні втрат тиску в контурі витрата рідини падає. Оскільки витрата падає, неминуче знижується і швидкість потоку.

Зверніть увагу на додаткові умови: слід чітко розуміти, що швидкість потоку води абсолютно однакова на вході у фільтр і на виході з нього. Оскільки внутрішній діаметр труби однаковий по всій довжині, швидкість буде в точності одна і та ж в кожному перетині труби.
Швидкість потоку рідини при постійній витраті строго одна і та ж в кожному перетині труби постійного внутрішнього діаметра.

75.3. Вправа 3. Зміна витрати при зміні швидкості

По трубі довжиною 50 м з внутрішнім діаметром 80 мм вода тече зі швидкістю 1 м / с. Як по-вашому, що станеться з витратою, якщо швидкість подвоїться?
Рішення на наступній сторінці ...

Рішення вправи 3
Ми порушимо традицію, яка діє в нашому керівництві, оскільки тут ми змушені привести нескладні формули і виконати дуже прості розрахунки. Будь ласка, вибачте нас за це, але питання гідравліки досить складні і іноді вам можуть знадобитися окремі базові поняття для того, щоб розібратися в деяких явищах, які, тим не менш, ми будемо намагатися пояснювати якомога простіше.
Для початку ви повинні згадати, що об'ємна витрата, як правило, вимірюється в м3 / год або м3 / с (див. Розділ 41 "Вимірювання витрати повітря"}.

Швидкість потоку і витрата води знаходяться в тісному взаємозв'язку:
Qv V х S
(М3 / с) = (м / с) х (м2)
Витрата = Швидкість х Площа
Розрахуємо площу прохідного перетину труби діаметром 80 мм (див. Рис. 75.9): Рис. 75.9. S = 3,14 х 0,082 / 4 = 0,005 м2.
Тепер можна знайти витрати:
Qvl = 1 м / с х 0,005 м2 = 0,005 м3 / с = 0,005 х 3600 = 18 м3 / год.
Qv2 = 2 м / с х 0,005 м2 = 0,01 м3 / с = 0,01 х 3600 = 36 м3 / год.
Таким чином, для даного діаметра труби витрата прямо пропорційний швидкості потоку.
При подвоєнні швидкості потоку рідини в трубі витрата також подвоюється.

75.4. Вправа 4. Зміна витрати при зміні діаметра труби

Ми тільки що знайшли, що при швидкості потоку рідини 1 м / с в трубі діаметром 80 мм витрата рідини дорівнює 18 м3 / год.
Тепер подвоїмо внутрішній діаметр труби, тобто візьмемо трубу з внутрішнім діаметром 160 мм. Чому буде дорівнює витрата рідини в цій трубі при тій же швидкості потоку

Рішення вправи 4
При швидкості потоку 1 м / с витрата в трубі з внутрішнім діаметром 80 мм дорівнює 18 м3 / год. Якщо внутрішній діаметр труби буде дорівнює 160 мм, то площа її прохідного перетину стане S = 3,14 х 0,1 б2 / 4 = 0,02 м2. При швидкості потоку 1 м / с витрата в цій трубі буде дорівнює 1 х 0,02 = 0,02 м3 / с або 0,02 х 3600 = 72 м3 / год замість колишніх 18 м3 / год. Інакше кажучи, витрата виросте в 4 рази.

Увага! Не плутайте поняття "внутрішній діаметр" і площа прохідного перетину: якщо діаметр подвоюється, то площа прохідного перетину збільшується в 4 рази!

СПІВВІДНОШЕННЯ МІЖ витрати і тиску
Розглянемо поплавковий клапан, призначений для подачі водопровідної води в бак градирні (див. рис. 75.11). Припустимо, що повністю відкритий клапан при тиску води в мережі 2 бари забезпечує витрату 10 л / хв.

Для того, щоб подвоїти витрати, тобто забезпечити витрата через клапан, що дорівнює 20 л / хв. необхідний тиск води в мережі збільшити в 4 рази.

Запам'ятайте! При слабкому тиску води у водопровідній мережі витрата буде невеликим. Щоб подвоїти витрати, тиск в мережі потрібно підвищити в 4 рази.

Зрозуміло, що на практиці для подвоєння витрат так не поступають. Якби насправді підвищували тиск в мережі, це породило б багато проблем: діаметр трубопроводу довелося б робити дуже малим, вода б в трубах сильно "гуділа" і т. Д.
Проведемо таку аналогію: якщо автомагістраль завантажена, то для того, щоб підвищити її пропускна здатність , Водіїв не змушують їхати швидше, а або роблять нову смугу, або будують об'їзний шлях! Те ж саме роблять і для збільшення витрати рідини в трубі: збільшують площу прохідного перетину труби.
При заданій витраті це призводить до зниження швидкості потоку води в трубі (і, отже, шуму), а потрібне для забезпечення цього витрати тиск зменшується

СПІВВІДНОШЕННЯ МІЖ плата, а всі ТИСКУ

У трубі з внутрішнім діаметром 80 мм передбачається подвоїти витрати. Що станеться з втратами тиску? На перший погляд може здатися, що оскільки при подвоєнні витрати швидкість потоку подвоюється, то і втрати тиску також повинні подвоюватися. На жаль, це не так.
При подвоєнні витрати втрати не подвоюються, а збільшуються в чотири рази: якщо витрата виріс в 2 рази, втрати тиску зростуть в 4 рази!
У прикладі на рис. 75.13 при швидкості потоку 1 м / с втрати тиску АР = 2 м вод. ст., а при збільшенні швидкості до 2 м / с втрати тиску множаться на 4: АР = 2 х 4
Втрати тиску пропорційні квадрату витрати.
Для отримання додаткової інформації див. Розділ 95 "Кілька прикладів розрахунку втрат тиску".

Показаний ділянку трубопроводу, що пропускає воду зі швидкістю I м / с. Манометри показують тиск в різних точках цього трубопроводу. Зі свідчень манометрів можна зробити наступні висновки.
При швидкості водяного потоку 1 м / с втрати тиску складають:
- на фільтрі арф = 2 - 1,8 = 0,2 бар;
- на вентилі АРВ = 1,8 - 1,7 = 0,1 бар.
Що покажуть манометри на виході з фільтра і на виході з вентиля, якщо швидкість потоку в трубі подвоїться? Рішення цієї вправи наведено нижче, однак перш, ніж знайомитися з ним, спробуйте поміркувати самостійно.

Рішення вправи 5

Швидкість подвоїлася, отже витрата теж подвоївся. В результаті втрати тиску на
фільтрі і на вентилі виростуть в 4 рази.
Тепер втрати тиску на фільтрі арф = 0,2 бар х 4 = 0,8 бар, тобто манометр на виході
з фільтра покаже 2 - 0,8 = 1,2 бар.
Втрати тиску на вентилі АРВ = 0,1 бар х 4 = 0,4 бар, тобто манометр на виході з
вентиля покаже 1,2 - 0,4 = 0,8 бар.
Зауважте, що загальні втрати тиску на цій ділянці виростуть з 0,3 до 1,2 бар: тобто теж в 4 рази.

Дізналися, в яких режимах може рухатися вода і як визначити режим руху рідини за допомогою критерію Рейнольдса. У цій статті ми навчимося визначати втрати напору по довжині трубопроводу. Дану задачу можна вирішити двома способами: зробити необхідні розрахунки за формулами вручну або скористатися спеціальним програмним забезпеченням.

Почнемо з першого способу. Для розрахунків втрат напору по довжині трубопроводу застосовується формула Дарсі-Вейсбаха:

Вирішимо невелику завдання, з використанням даної формули.

Знайдемо втрату напору по довжині трубопроводу (h) при русі води температурою 60 ° C в поліпропіленової трубі 32 * 5,4 довжиною 10 метрів при витраті 14,5 л / хв.

дано:

L = 10 м

D (вн) = 21,2 мм (0,0212 м)

Q = 14,5 л / хв (0,000242 м3 / с)

t = 60 ° С

рідина вода

h -?

Розглянемо докладно рішення даної задачі.

Це завдання вирішується за формулою Дарсі-Вейсбаха. Однак, поки для застосування даної формули у нас недостатньо даних. Нам невідома швидкість потоку (V) і коефіцієнт гідравлічного тертя (λ). Швидкість потоку знаходиться за наступною формулою:

Площа перетину труби знайдемо за цією формулою:

R = D / 2 = 0,0106 м; S = 3,14 * 0,0106 ^ 2 = 0,000353 м ^ 2; V = 0,000242 / 0,000353 = 0,69 м / с. Швидкість ми знайшли.

Тепер потрібно знайти коефіцієнт гідравлічного тертя (λ). Це трохи складніше. По-перше, потрібно визначити режим руху рідини, для цього потрібно знайти число Рейнольдса за формулою Re = VD / ν (детальніше читайте в). У цій формулі нам невідомо ν (ню) - кінематична в'язкість води. Це табличне число (таблицю приводив в попередній статті). При температурі води 60 ° С ν = 0,000000475 м ^ 2 / с. Re = 0,69 * 0,0212 / 0,000000475 = 30796. Перевіримо, в інтервал значень якого режиму потрапляє це число (можна скористатися прикладеної таблицею). Я виконав перевірку, і число 30796 потрапило в інтервал значень турбулентного доквадратічного режиму (друга область з таблиці). В цьому режимі коефіцієнт гідравлічного тертя (λ) обчислюється за формулою Альтшуля:

λ = 0,11 * (0,00001 / 0,0212 + 68/30796 ) ^ 0,25 = 0,025

Тепер у нас є всі дані для того, щоб виконати розрахунок втрат напору по довжині трубопроводу за формулою Дарсі-Вейсбаха: h = 0,025 * 10 / 0,0212 * 0,69 ^ 2 / (2 * 9,8) = 0,283 м. Відповідь: втрати напору по довжині трубопроводу склали 0,283 метра водяного стовпа.

А тепер вирішимо цю ж задачу з використанням спеціального програмного забезпечення. Для вирішення завдання нам буде потрібно ввести наступні обчислення у відповідних полях програми: температуру води, витрата, внутрішній діаметр і довжину труби. Решта значення, в тому числі і втрату напору по довжині трубопроводу, вирахує програма.

Завдання в даній програмі вирішується дуже швидко і точно. Значення втрат напору по довжині трубопроводу (лінійні втрати), обчислене програмою, збігається зі значенням, обчисленим нами раніше вручну за формулами (0,283 м).