Расход жидкости по диаметру и давлению. Скорость воды в трубопроводе формула. Факторы, оказывающие влияние на проходимость воды через трубу

На предприятиях, а также в квартирах и домах в целом расходуется большое количество воды. Цифры огромные, но могут ли они о чем-то сказать еще, кроме факта определенного расхода? Да, могут. А именно, расход воды может помочь рассчитать диаметр трубы. Это, казалось бы, не связанные друг с другом параметры, но на деле взаимосвязь очевидна.

Ведь пропускная способность системы водоснабжения зависит от множества факторов. Весомое место в этом списке как раз и занимает диаметр труб, а также давление в системе. Разберемся в этом вопросе глубже.

Факторы, оказывающие влияние на проходимость воды через трубу

Расход воды через трубу круглого сечения, имеющей отверстие, зависит от размеров этого отверстия. Таким образом, чем оно больше, тем больше воды пройдет через трубу за определенный отрезок времени. Однако не стоит забывать и о давлении. Ведь можно привести пример. Метровый столб продавит воды через сантиметровое отверстие гораздо меньше за единицу времени, нежели столб, имеющий высоту несколько десятков метров. Это очевидно. Поэтому расход воды достигнет своего максимума при максимальном внутреннем сечении изделия, а также при максимальном давлении.

Расчет диаметра

Если вам нужно получить определенный расход воды на выходе системы водоснабжения, тогда не обойтись без расчета диаметра трубы. Ведь этот показатель, наряду с остальными, оказывает влияние на показатель пропускной способности.

Безусловно, существуют специальные таблицы, которые есть в Сети и в специализированной литературе, которые позволяют обойти расчеты, ориентируясь на определенные параметры. Однако высокой точности от таких данных ждать не стоит, погрешность все равно будет присутствовать, даже если учесть все факторы. Поэтому лучший выход для получения точных результатов – самостоятельный расчет.

Для этого понадобятся такие данные:

• Расход потребления воды.
• Потери напора от исходной точки до точки потребления.

Расход потребления воды необязательно рассчитывать – есть цифровой стандарт. Можно взять данные по смесителю, которые гласят, что в секунду расходуется около 0,25 литров. Этой цифрой можно воспользоваться для расчетов.

Немаловажный параметр для получения точных данных – потери напора на участке. Как известно, давление напора в стандартных стояках водоснабжения находится в пределах от 1 до 0,6 атмосфер. Средний показатель – 1,5-3 атм. Параметр зависит от количества этажей в доме. Но это не значит, что, чем выше дом, тем выше давление в системе. В очень высоких домах (более 16 этажей) иногда используется разделение системы на этажи, чтобы нормализовать давление.

Что касается потери напора, этот показатель можно вычислить, используя манометры в исходной точке и перед точкой потребления.

Если все же знаний и терпения для самостоятельного расчета недостаточно, тогда можно воспользоваться и табличными данными. И пусть они будут обладать определенными погрешностями, данные будут достаточно точны для определенных условий. И тогда по расходу воды будет очень просто и быстро получить диаметр трубы. А значит, система водоснабжения будет рассчитана верно, что позволит получить такое количество жидкости, которое удовлетворит потребности.

Расчет объема трубы – задача, необходимая в строительстве, ремонте, замене трубопровода и не только. Существует несколько вариантов такого вычисления.

Онлайн

Онлайн-расчет включает в себя несколько доступных способов посчитать объем цилиндра – трубы любого типа из любого материала.

Самый простой – воспользоваться сайтом с уже готовым калькулятором – в него нужно внести только диаметр (внутренний и внешний) и общую длину трубопровода. Все указывается в миллиметрах. Остальное программа подставляет и вычитает самостоятельно.

Есть программы для расчета – их удобнее использовать, когда нужно узнать объем жидкости (не обязательно воды). В них к результату объема радиаторов (отопительного котла), указанного в паспортах изделий, прибавляется рассчитанный объем системы отопления. Результат – точный общий объем труб, площади поверхности, объема трубы на погонный метр. Данные можно использовать и для того, чтобы точно вычислить количество краски, необходимой для отделки трубопровода.

Также в Интернете есть таблицы, составленные на основе конкретного диаметра труб и внутреннего объема погонного метра трубы в литрах. Таблицы можно найти для любых видов трубопровода и материалов, всяческой жидкости (воды, антифриза или теплоносителя для изоляции).

Расчет по формуле объема трубы

Второй способ включает в себя использование формулы, применяемой многими инженерами.

Для расчетов понадобятся:

• калькулятор;
• штангенциркуль;
• линейка.

В первую очередь нужно определить радиус трубы (обозначается буквой R). Есть радиус внутренний и внешний – для внутреннего и внешнего объема. Внутренний – позволяет рассчитать количество жидкости, которое может вместить цилиндр. Внешний – чтобы определить, сколько места будет занимать труба. Кроме радиуса может также понадобится диаметр (обозначается как D, и равен R × 2) и длина окружности (L).

Посчитать объем можно только после вычисления площади сечения. Вычисляется она по формуле S = R × Пи, где S – это искомая площадь, R – радиус, Пи = 3,14159265. Получив параметры сечения, умножим их на длину трубы и получим объем.

Формула выглядит так: V = S × L, где V – это объем трубы, S – площадь сечения, L – длина.

Таким образом рассчитывается объем любой трубы (не важно, из какого материала), и если трубопровод составлен из разных составных частей (в том числе – коленей, разъемов, заглушек и т. д.) – по формуле можно рассчитать и параметры каждой из этих частей.

Важный момент – обязательно нужно убедиться в том, что все параметры (длина, радиус) выражены в одних и тех же единицах измерения. Легче всего рассчитывать по сантиметрам квадратным. Если упустить несовпадение, то можно получить очень далекие от реальных значения. В результате это выльется в траты, многочисленные проблемы и задержки в произведении ремонта или строительства.

Если приходится часто производить вычисления – в память калькулятора можно сразу вбить постоянный параметр. Например, удвоенное значение Пи. Так получится в два раза быстрее вычислять объем для труб различного диаметра.

Внести в память можно и готовые формулы или даже скачать на компьютер или мобильное устройство программу, в которой заранее прописывается стандартная часть параметров. И при каждом новом расчете можно будет дописывать только переменные значения.

Расчет по объему жидкости

Труба имеет форму цилиндра, и при расчетах полезного объема упор делается на емкости – вместимости жидкости.

Объем цилиндра рассчитывается по формуле V = Пи × R × R × H (H или L высота либо длина трубы). Полученный объем одного погонного метра умножаем на непосредственный метраж трубы.

Можно пользоваться справочными материалами – например, в НТС 62-91-6 приводится столбик с точным объемом воды в одном погоном метре трубы с указанием массы воды.

Массу также несложно вычислить самостоятельно – объем воды (получившиеся при расчетах метры кубические) умножаем на 1000.

Также стоит учитывать, что отдельно рассчитывается полезная вместимость, учитывающая толщину стенки трубы. Если нет возможности узнать толщину из паспорта изделия (или у производителя) – ее можно рассчитать самостоятельно. Самый простой, но немного неточный способ – померить стенки штангенциркулем. Можно также воспользоваться формулой: внутренний радиус = наружный диаметр – двойная толщина стенок обечайки.

То есть, соответственно, толщина стенок будет считаться так:

Толщина = (наружный – внутренний радиусы) / 2

Но лучше все же ориентироваться на более точные производственные параметры, указываемые в паспорте, на сайте производителя. Можно даже позвонить производителю, чтобы уточнить совершенно точно. Всего пару миллиметров расхождения в результате могут обернуться очень большой погрешностью в расчетах.

class="embed-responsive-item">

Или квартире должно в обязательном порядке сопровождаться хотя бы примерными расчетами потребления воды. Это позволит правильно рассчитать необходимый минимальный диаметр трубы, которая будет использоваться. Причем расход воды не зависит от того, какая труба, медная, стальная или пластиковая.

Факторы, которые влияют на выбор диаметра

Определить, какие факторы влияют на диаметр трубы, не сложно.

Среди прочих можно выделить следующие:

• Длина водопровода;
• Напор воды;
• Ее расход за единицу времени.

Итак, если брать во внимание напор воды, то тут есть только одно условие – чем он ниже, тем больше должен быть диаметр. В том случае, когда напор сильный, а диаметр малый, то вода будет поступать, создавая шум. Если же и диаметр малый, и напор тоже, то вода будет «сочиться», а не литься.

Что касается длины водопровода в частном доме или квартире, то существует специальная формула, которая показывает зависимость между толщиной материала и его длиной. Не вдаваясь в эти цифры, можно сказать следующее:

• Когда длина не больше 30 метров, то можно использовать трубы до 20 мм;
• Если длина больше 30 метров, то используется сечение 25 или 32 мм, или больше;
• В том случае, когда длина совсем малая, около 10 м, то используют трубы сечением 10 мм.

Как обозначается диаметр и системы перевода

Системы исчисления размеров труб нужно знать хотя бы для того, чтобы правильно можно было выполнить соединение, например, пластиковых труб с медными.

Все дело в том, что металлические трубы имеют разные системы исчисления:

• Медные и алюминиевые измеряются по метрическим стандартам;
• Стальные изделия исчисляются по империческим стандартам.

Имперической системой исчисления пользуются и при производстве пластиковых изделий.

Итак, перевести данные из одной системы исчисления в другую поможет следующая таблица:

Тут есть и еще одна особенность. Обозначение материалов для водопровода в частном доме или квартире отличается от общепринятых стандартов. Например, полудюймовая труба делается по диаметру меньше 21 мм. Точно такой же диаметр имеет и наружная резьба. Однако обозначается она по-другому – в соответствии со своим внутренним диаметром. На практике такая запись будет иметь добавочное слово в конце «труб», то есть 1/2″ труб.

Поэтому вышеописанные значения пригодны только для водопроводных стальных изделий. Для резьбовых соединений используется следующая таблица:

Выбор необходимого размера

Как уже было отмечено, рассчитать необходимый размер можно при помощи различных формул, которые будут учитывать и напор воды в системе водопровода, и ее расход в частном доме или квартире. Однако на практике такими сложными расчетами для внутрикомнатной разводки никто не пользуется. Обычно происходит все гораздо проще:

• Для основной разводки приобретают изделия с размерами 10 и 15 мм (1/2 дюйма);
• Для стояков приобретают изделия с размерами 25 мм (1 дюйм) или 20 мм (3/4 дюйма).

Однако и тут все-таки есть проблемы. Связано это с тем, что указывается всегда внешний диаметр. Внутренний же можно рассчитать, вычтя две толщины стенки. В этом как раз и вся загвоздка – у разных производителей она разная. Поэтому, например, внутреннее отверстие может иметь размер от 11 до 13 мм (для полудюймовой трубы), и от 21 до 23 (для дюймовой). Причем это характерно и для пластиковых водопроводных изделий, и для металлических.

Примерный расчет

Однако, как уже было сказано ранее, таких сложных расчетов никто никогда не делает, особенно, если речь идет о частном доме.

Итак, опытным путем установлено, что нормальным потоком из обычного смесителя считается тот, который выдает примерно ¼ литра в секунду. Примем эту цифру за стандартный расход.

Что касается напора в водопроводных трубах, то в многоквартирных домах он может колебаться в широком диапазоне от 1 до 6 атмосфер. Поэтому примем напор в среднем в 2 бара.

На основе этого получим следующие исходные данные:

• Напор 2 бара;
• Расход 0,25 л/с;
• Длина водопроводных изделий равна 10 метрам;
• Предположим, что будет использоваться металлопластиковый материал с размером в 16 мм (стандартный размер для пластиковых труб).

Отсюда сразу известно, что внутренний диаметр будет равен примерно 12 мм, так как стенки равны 2 мм.

Итак, сперва определим скорость потока в водопроводных элементах. Для этого применим формулу:

V=(4*Q)/(π*D2), в которой:

• Q – расход жидкости, выраженный в кубометрах за секунду (в нашем случае это 0,00025);
• D – внутренний диаметр, выраженный в метрах (0,012 м);
• П – константа 3,14.

Подставив эти значения, получим: 4*0,00025/3,14*0,012*0,012 = 2,21 м/с.

Следующим шагом необходимо найти число Рейнольдса по формуле:

Re = V*D/v, где v – табличное значение для температуры 16 градусов.

Подставив уже известные значения, получим 22882.

Лябда = 0,3164/Re в 0,25 степени, подставив в нее значения, получим 0,0257.

Следующим шагом следует узнать потери напора. Делается это по формуле:

h=λ*(L*V2)/(D*2*g) , где:

• H – потери;
• L – длина трубопровода;
• g – ускорение свободного падения, то есть 9,81 м/с в квадрате;
• V – скорость потока;
• D – диаметр.

Подставив все значения, получим число 5,34 м.

Дальше остается только анализ полученного результата. Итак, мы приняли напор в 2 бара, что соответствует 20 метрам напора. Результат получился 5,34 метра, что меньше 20, значит, выбранный диаметр подходит, причем с запасом.

В каком-либо другом случае, когда эта цифра была бы больше, необходимо увеличить размер выбранного материала.

Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.

От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.

В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.

Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.

Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.

Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.

Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.

Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:

• Диаметр трубы;
• Скорость потока.

Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.

Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:

d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с

Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода

Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.

При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.

На габариты трубопровода влияют также возможные скачки давления.

Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.

Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.

Такое увеличение связано с несколькими показателями:

• Скорость жидкости;
• Плотность;
• Исходное давление (напор).

Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.

К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.

Скорость воды в трубопроводе формула

Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Отсюда получаем w = 4V/(3.14 d²). Не забудьте перевести диаметр из миллиметров в метры, то есть диаметр будет 0.159 м.

Формула расхода воды

В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:

Расход воды через трубу таблица

Зависимость расхода от давления

Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть - от перепада давления. Формула выводится просто. Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость. С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT - квадратный корень.

Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg - десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.