Расчет прохождения жидкости через трубу. Энциклопедия сантехника Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя. Пропускная способность трубы: просто о сложном
Расчет диаметра трубы по формулам для водоснабжения
В этой статье я расскажу вам о том, как профессионально посчитать диаметр . Будут указаны полезные формулы. Вы узнаете какой диаметр трубы вам нужен для водопроводных труб. Также очень важно не путать, расчет подбора диаметра для , от расчета для . Так как для отопления бывает достаточно низкого потока движения воды. Формула расчета диаметра труб кардинально отличаются, так как для водоснабжения необходимы большие скорости потока воды.
Режим ламинарного и турбулентного течения жидкости в трубе, критическая скорость
Диаметр трубы можно рассчитать, когда объемный расход и скорость известны как. Если массовый расход известен, а диаметр может быть рассчитан как. Если скорость жидкости внутри трубы мала, линии тока будут находиться в прямых параллельных линиях. По мере того, как скорость жидкости внутри трубы постепенно возрастает, линии тока будут продолжать быть прямыми и параллельными стенке трубы до тех пор, пока скорость не будет достигнута, когда линии тока будут колебаться и внезапно прорваться в диффузные модели.
Что касается таблиц для расчета диаметра , то об этом будет рассказано в других статьях. Скажу лишь то, что данная статья вам поможет найти диаметр труб без таблиц, по специальным формулам. А таблицы придуманы просто, упростить процесс вычисления. К тому же в этой статье Вы поймете, из чего складывается весь результат необходимого диаметра.
Скорость, с которой это происходит, называется «критической скоростью». При скоростях выше, чем «критические», линии тока распределяются случайным образом по всей трубе. Режим течения, когда скорость ниже, чем «критическая», называется ламинарным потоком. В ламинарном режиме потока скорость самая высокая на оси трубы, а на стене скорость равна нулю.
Когда скорость больше «критической», режим течения является турбулентным. В турбулентном режиме течения происходит нерегулярное случайное движение частиц жидкости в направлениях, поперечных направлению основного потока. Изменение скорости в турбулентном потоке является более однородным, чем в ламинарном.
Посмотрите видео:
Чтобы получить расчет диаметра трубы для водоснабжения, необходимо иметь готовые цифры:
Что касается расхода потребления воды , то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт. Возьмем к примеру смеситель в ванной. Я опытным путем проверил, что для комфортного потока воды на выходе примерно равно: 0,25 литров в секунду. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору диаметра для водного потока.
Число Рейнольдса, турбулентный и ламинарный поток, скорость потока и вязкость трубы
В турбулентном режиме течения всегда есть тонкий слой жидкости на стенке трубы, который движется в ламинарном потоке. Этот слой известен как пограничный слой или ламинарный подслой. Определить калькулятор использования режима потока. Характер течения в трубе, по работе Осборна Рейнольдса, зависит от диаметра трубы, плотности и вязкости текучей среды и скорости потока. Используется безразмерное число Рейнольдса и является комбинацией этих четырех переменных и может рассматриваться как отношение динамических сил массового расхода к напряжению сдвига из-за вязкости.
Есть еще одна не маловажная цифра. В квартирах это обычно стандарт. У нас в стояках для примерно стоит давление напора: Около 1,0 до 6,0 Атмосфер. В среднем это 1,5-3,0 атмосфер. Это зависит от этажности многоквартирного дома. В многоэтажных домах свыше 20 этажей, стояки могут быть разделены по этажности, чтобы не перегружать нижние этажи.
Уравнение Дарси может использоваться как для ламинарного, так и для турбулентного режима потока и для любой жидкости в трубе. С некоторыми ограничениями уравнение Дарси может быть использовано для газов и паров. Формула Дарси применяется, когда диаметр трубы и плотность жидкости постоянны, а труба относительно прямая.
Коэффициент трения для шероховатости трубы и числа Рейнольдса в ламинарном и турбулентном потоке
Единственное значение, которое должно быть определено экспериментально, - коэффициент трения. Поскольку внутренняя шероховатость трубы фактически не зависит от диаметра трубы, трубы с меньшим диаметром трубы будут иметь более высокую относительную шероховатость, чем трубы большего диаметра, и поэтому трубы с меньшим диаметром будут иметь более высокие коэффициенты трения, чем трубы с более крупными диаметрами одного и того же материала.
Что касается потери напора, то я объяснял в других ранних статях: Гидравлический расчет на потерю напора или как рассчитать потери давления в трубе .
А теперь давайте приступим к алгоритму расчета необходимого диаметра для водоснабжения. В этом алгоритме есть неприятная особенность, это то, что нужно делать расчет циклично подставляя в формулу диаметр и проверяя результат. Так как в формуле потерь напора существует квадратичная особенность и в зависимости от диаметра трубы резко изменяется результат потерь напора. Я думаю, больше трех циклов нам не придется делать. Также еще зависит от материала трубопровода. И так приступим!
Определение потери напора
Падение давления является функцией внутреннего диаметра с пятой мощностью. Со временем в эксплуатации внутренняя часть трубы становится инкрустированной грязью, чешуей, бугорками, и часто разумно принимать во внимание ожидаемые изменения диаметра. Также ожидается, что шероховатость будет увеличиваться с использованием из-за коррозии или инкрустации со скоростью, определяемой материалом трубы и характером жидкости.
Статическое, динамическое и полное давление, скорость потока и число Маха
Толщина пограничного слоя может быть рассчитана на основе уравнения Прандтля как. 
Вышеуказанные уравнения используются для калькулятора расхода и расхода. Статическое давление - это давление жидкости в потоке. Общее давление - это давление жидкости, когда оно приводится в состояние покоя, то есть скорость уменьшается до.
"Расчет диаметра трубы"
Приведем вариант:
Вот некоторые формулы, которые помогут найти скорость потока:
0,25л/с=0,00025м 3 /с
V=(4*Q)/(π*D 2)=(4*0,00025)/π*0,012 2 =2,212 м/с
Re=(V*D)/ν=(2,212*0.012)/0,00000116=22882
ν=1,16*10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.
Δ э =0,005мм=0,000005м. Взято из таблици, для металлопластиковой .
Общее давление можно вычислить по теореме Бернулли. Представляя, что поток находится в одной точке линии потока, остановленной без потери энергии, теорема Бернулли может быть записана как. Разница между суммарным и статическим давлением представляет собой кинетическую энергию жидкости и называется динамическим давлением.
Динамическое давление для жидкостей и несжимаемого потока, где плотность постоянна, может быть рассчитана как. Если измерять динамическое давление с помощью таких инструментов, как зонд Прандтля или скорость трубки Пито, можно рассчитать в одной точке линии потока, как.
У меня подпадает в первую область и я принимаю для расчета формулу Блазиуса.
λ=0,3164/Re 0,25 =0,3164/22882 0,25 =0,0257
h=λ*(L*V 2)/(D*2*g)=0,0257*(10*2,212 2)/(0,012*2*9,81)=5,341 м.
И так: На входе у нас 2 атмосферы, что равно 20 метрам напора.
Если полученый результат 5,341 метров меньше входного напора, то результат нас удовлетворяет и диаметр трубы с внутренни диаметром 12мм подходит!
Для газов и больших чисел Маха, чем 1 эффекты сжимаемости, не являются незначительными. Для расчета сжимаемого потока можно использовать уравнение состояния газа. Уравнение для скорости перед волной приведено ниже. Вышеуказанные уравнения используются для калькулятора скорости потока трубки Пито.
Расход жидкости для передачи тепловой энергии, мощности и температуры котла
Примечание. Вы можете загрузить полный вывод данных уравнений. Расход жидкости, необходимый для тепловой энергии - передача тепловой энергии, может быть рассчитан как. Рассчитайте тепловую энергию и тепловую мощность для известной скорости потока. Рассчитайте расход для известной тепловой энергии или тепловой мощности. Применяется для котлов, теплообменников, радиаторов, чиллеров, воздухонагревателей.
Если нет то необходимо увеличивать диаметр .
Но имейти ввиду, если в расчет брать трубу, которая из подвала идет по стоякам к вам на пятый этаж, то результат возможно будет не удовлетворительным. А если у вас саседи будут отбирать поток воды, то и соответственно входной напор может уменьшится. Так что имейти ввиду про запас в два три раза уже хорошо. В нашем случае запас в четыре раза больше.
Это соотношение может быть использовано для расчета требуемой скорости потока, например, воды, нагретой в котле, если известна мощность котла. В этом случае разница температур в приведенном выше уравнении представляет собой изменение температуры жидкости спереди и после котла. Следует сказать, что коэффициент эффективности должен быть включен в приведенное выше уравнение для точного расчета.
В этой статье представлены методы расчета корреляции конструкции, расхода и потери давления, когда жидкость проходит через сопло или отверстие. Сопла и отверстия часто используются для преднамеренного снижения давления, ограничения потока или измерения расхода.
Давайте попробуем так ради эксперимента. У нас в трубе 10 метров в пути, имеются четыре угольника (колена). Это и они называются местными гидравлическими сопротивлениями. Для колена в 90 градусов имеется формула расчета:
h=ζ*(V 2)/2*9,81=0,249 м.
Так как у нас 4 угольника, то полученый результат умножаем на 4 и получаем 0,996 м. Почти еще один метр.
В случае простого концентрического ограничительного отверстия жидкость ускоряется, когда она проходит через отверстие, достигая максимальной скорости на короткое расстояние вниз по течению от самого отверстия. В крайних случаях это может привести к тому, что локальное давление меньше давления паров жидкости. Когда жидкость замедляется и возвращается к нормальной схеме объемного потока, достигнуто конечное давление ниже по потоку.
Коэффициент разряда характеризует соотношение между скоростью потока и потерей давления в зависимости от геометрии сопла или отверстия. Вы можете найти типичные значения в нашей статье. Соотношения для расхода, потери давления и потерь напора через отверстия и насадки представлены в следующем разделе. Все эти отношения используют параметр, отношение диаметра к диаметру трубы, которое определяется как.
Задача 2:
Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.
Горизонтальные отверстия и сопла
Для отверстий и насадок, установленных в горизонтальных трубопроводах, где можно предположить, что нет изменения высоты, потери напора и расход могут быть рассчитаны следующим образом. Для отверстий и форсунок, установленных в горизонтальных трубопроводах, с изменением высоты, могут использоваться следующие уравнения потерь напора и расхода.
Справочные данные в расчете воды
Введение Уравнение Бернулли названо в честь Даниэля Бернулли. Многие явления, касающиеся потока жидкостей и газов, можно проанализировать, просто используя уравнение Бернулли. Однако из-за своей простоты уравнение Бернулли может не дать достаточно точного ответа для многих ситуаций, но это хорошее место для начала. Это, безусловно, может дать первую оценку значений параметров. Модификации уравнения Бернулли для учета вязких потерь, сжимаемости и нестационарного поведения можно найти в других расчетах на этом сайте и в ссылках, показанных справа.
Дано:
Найти максимальный расход = ?
Решение:
Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.
Я выбрал визуально похожий график всех насосов, от реального может отличаться на 10-20%. Для более точного расчета необходим график насоса, который указан в паспорте насоса.
Когда вязкие эффекты включены, полученное уравнение называется «уравнением энергии». Уравнение Бернулли предполагает, что ваша жидкость и устройство соответствуют четырем критериям. Уравнение Бернулли используется для анализа потока текучей среды вдоль линии тока от места 1 до места. Большинство жидкостей удовлетворяют несжимаемому предположению, и многие газы могут даже рассматриваться как несжимаемые, если их плотность изменяется незначительно от 1 до. Потребность в постоянном потоке обычно не равна слишком трудно достичь для ситуаций, обычно анализируемых уравнением Бернулли.
В нашем случае будет такой график:
Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.
По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).
Устойчивый поток означает, что расход не изменяется со временем. Требование невязкой жидкости подразумевает, что жидкость не имеет вязкости. Все жидкости имеют вязкость; однако вязкие эффекты минимизируются, если расстояния перемещения малы. Чтобы помочь применить уравнение Бернулли к вашей ситуации, мы включили множество встроенных приложений уравнения Бернулли. В нижней части этой страницы. Трубка Пито используется для измерения скорости на основе измерения дифференциального давления. Уравнение Бернулли очень хорошо моделирует физическую ситуацию.
Не существует прямой формулы, которая дает прямой расчет нахождения расхода, а если и существует, то она имеет ступенчатый характер и некоторую логику, которая способна Вас запутать - окончательно.
Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).
Поэтому решаем задачу ступенчато.
Трубка Пито также может дать оценку расхода через трубу или канал, если трубка Пито находится там, где происходит средняя скорость. Зачастую трубки Пито небрежно устанавливаются в центре трубы. Это даст скорость в центре трубы, которая обычно является максимальной скоростью в трубе, и может быть в два раза средней скоростью. Используя уравнение Бернулли для определения расхода по плотине, предполагается, что скорость выше по течению от плотины пренебрежимо мала и что напп подвергается атмосферному давлению выше и ниже.
Эксперименты показали, что только уравнение Бернулли недостаточно прогнозирует поток, поэтому были определены эмпирические константы, которые позволяют лучше согласовать уравнения и реальные потоки. Чтобы получить лучшую точность, чем только уравнение Бернулли, используйте наши расчеты.
Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.
Находим скорость движения воды
Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.
V = (4 0,0125)/(3,14 0,1 0,1)=1,59 м/с
Находим число рейнольдса
ν=1,16 10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.
Re=(V D)/ν=(1,59 0,1)/0,00000116=137069
Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) .
У меня попадает на вторую область при условии
λ=0,11(Δэ/D + 68/Re) 0.25 =0,11 (0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216
h=λ (L V 2)/(D 2 g)= 0,0216 (376 1,59 1,59)/(0,1 2 9,81)=10,46 м.
Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:
Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час
Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.
V = (4 0,018)/(3,14 0,1 0,1)=2,29 м/с
Re=(V D)/ν=(2,29 0,1)/0,00000116=197414
λ=0,11(Δэ/D + 68/Re) 0.25 =0,11 (0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021
h=λ (L V 2)/(D 2 g)= 0,021 (376 2,29 2,29)/(0,1 2 9,81)=21,1 м.
Отмечаем на графике:
Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).
Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.
Для проверки проверим:
Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.
Re=(V D)/ν=(1,91 0,1)/0,00000116=164655
Итог: Мы попали на Н пот =14,89=15м.
А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:
Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:
ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.
Возьмем ζ = 1.
Скорость 1,91 м/с
h=ζ (V 2)/2 9,81=(1 1,91 2)/(2 9,81)=0,18 м.
Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18 21=3,78 м.
Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.
Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.
При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.
При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:
h=ζ (V 2)/2 9,81=(1 2,29 2)/(2 9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.
Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.
Отмечаем на графике:
Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч
Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.
V = (4 0,015)/(3,14 0,1 0,1)=1,91 м/с
Re=(V*D)/ν=(1,91 0,1)/0,00000116=164655
λ=0,11(Δэ/D + 68/Re) 0.25 =0,11 (0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213
h=λ (L V 2)/(D 2 g)= 0,0213 (376 1,91 1,91)/(0,1 2 9,81)=14,89 м.
h=ζ (V 2)/2 9,81=(1 1,91 2)/(2 9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.
Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м
Рисуем на графике:
Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.
Теперь я думаю вам понятно как происходит сопротивление движению потока. Если не понятно, то я готов услышать ваши коментарии по данной статье. Пишите коментарии.
|
Если Вы желаете получать уведомления о новых полезных статьях из раздела: Сантехника, водоснабжение, отопление, то оставте Ваше Имя и Email. |
||
| Комментарии (+) [ Читать / Добавить ] |
Добавить в закладки
Эксперт отвечает:
При проектировании инженерных коммуникаций, таких как отопление, водоснабжение и канализация, необходимо учитывать принятые нормы, приведенные в соответствующей документации.
Расчет расхода воды по сечению трубы - довольно сложный инженерный процесс, требующий специальных знаний. Но в случаях, когда индивидуальное строительство ведется собственными силами, без привлечения строительных фирм, многие расчеты приходится делать самостоятельно.
Чем больший объем воды проходит через трубу в единицу времени, тем больше получается расход. Существует довольно много критериев, которые влияют на этот показатель. Основные из них следующие:
- диаметр внутреннего сечения;
- материал, из которого изготовлен водопровод;
- скорость течения жидкости, которая, в свою очередь, зависит от давления;
- наличие поворотов и затворов в водопроводной системе.
Однако размер сечения трубы действительно достаточно сильно влияет на расход воды в трубопроводе. Если пренебречь дополнительными факторами, можно предложить для расчета следующую формулу:
q = π×d²/4 ×V;
где q - расход воды, л/с;
d - диаметр внутреннего сечения трубы, см;
V - скорость течения воды, м/с.
Если питание системы водоснабжения осуществляется из водонапорной башни, без дополнительного нагнетания с помощью насоса, то скорость течения будет в пределах примерно от 0,7 до 1,9 м/с. Если же используется какой-либо нагнетатель, то в его паспорте должно указываться создаваемое давление и скорость прохождения жидкости.
В дополнение к вышеприведенной формуле отметим, что довольно большое влияние на производительность трубопровода оказывает сопротивление внутренних стенок. Пластиковые трубы имеют более гладкую поверхность, чем стальные, поэтому коэффициент сопротивления в них ниже. К тому же они не подвержены коррозии, что тоже положительно влияет на их пропускную способность.
