Объем воды через трубу диаметром под давлением: Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению: факторы и способы

Разное

Содержание

Гидравлический расчет для выбора насосной станции.

  Здравствуйте уважаемые читатели «Сан Самыча«. Смешно иногда слушать продавцов-консультантов, когда они пытаются искренне помочь «правильно» подобрать насосную станцию. Глубина всасывания, напор, расход, мощность электродвигателя, рассчитывая характеристики на ходу, они умудряются все перепутать и запутаться самим. Для нас, уважаемый читатель, важно понять, что производитель указывает максимально возможные характеристики насоса. И они, конечно, связаны с параметрами Вашей системы водоснабжения, но они не совпадают, и не могут совпадать.

Да, насос способен поднять воду с глубины в восемь метров, но тогда смело скидывайте с напора те же восемь метров или 0,8 бар (атмосфер, кгс/см2).

Да, насос выдаст 45 метров напора (4,5 бар, атм., кгс/см2), но при условии, что Вы не будете с него требовать расхода вообще, а источник воды будет на уровне насоса.

Да, насос будет перекачивать 50 литров в минуту (3 куб. метра в час), но тогда грех добиваться от него хоть какого-то давления. Радуйтесь, что он выдает Вам эти пять ведер в минуту!

Впрочем, производитель и не скрывает этого. В любом паспорте насоса и насосной станции можно найти зависимости расхода от давления на напоре данного насоса, оформленные в виде графика или таблицы. А уже сам покупатель решает: устраивают его данные характеристики или нет.

Что нужно для расчета характеристик насоса?

Для расчета необходимых характеристик насоса нужны некоторые сведения о будущей системе водоснабжения. И мне кажется, Вы, как хозяин своего дома без труда озвучите или выясните их.

К этим сведениям относятся:

— расстояние по вертикали от зеркала воды источника водоснабжения до предполагаемого места установки самого дальнего смесителя в метрах. Причем желательно учесть сезонные колебания этого расстояния и, так называемые, динамические, когда зеркало воды опускается из-за того, что Вы берете воду. Чем точнее Вы определите это расстояние, тем точнее будет расчет, потому что вертикальная составляющая потери напора, обычно, самая большая.

— расстояние по горизонтали от источника воды до самого дальнего смесителя, рассчитанное исходя из предполагаемого маршрута прокладки трубы. Это расстояние можно измерить не так точно, точность плюс-минус один метр вполне сойдет.

— примерное предполагаемое место установки насоса или насосной станции в сборе. Соответственно, с вертикальным расстоянием, желательно, определиться поточнее.

— диаметры и материал предполагаемых к использованию в системе труб. Сейчас, обычно, используют пластиковые трубы, а у них у всех примерно равные показатели шероховатости, поэтому, по большому счету, значение имеют только диаметры предполагаемых труб и их длина. К слову, распространенная в интернете формула для расчета водоснабжения: 10 метров горизонтальной трубы равно 1 метру по вертикали, мягко сказать, не всегда верна. В дальнейшем я расскажу почему.

— Желательно, конечно, определиться с количеством уголков, тройников, кранов и других элементов системы, называемых «местными сопротивлениями». Но я понимаю, что это довольно сложно, по крайней мере, на данном этапе. Поэтому, по нашему обоюдному согласию, заменим это все, скажем, 10-процентным запасом по напору.

Ну, а при монтаже системы, не забывайте простое правило: Чем меньше соединений, тем меньше вероятность, что у Вас что-то потечет. К этому стоит добавить, что и потери напора тоже будут меньше.

Да!!!, и самое главное, Вы должны определиться, сколько потребителей (смесители, душ, бачок унитаза, стиральная или посудомоечная машина, уличный кран для полива и прочее) будут у Вас работать одновременно без существенной потери напора. Потому что от этого очень многое зависит.

Ниже, я собрал в таблицу потери напора в горизонтальной пластиковой трубе длиной 10 метров в зависимости от диаметра трубы и количества потребителей, рассчитанные с помощью специальной программы. По-моему, получилось очень показательно.

Потеря напора в метрах водного столба на горизонтальном участке пластиковой трубы длиной 10 метров в зависимости от внутреннего диаметра трубы и количества потребителей.

Внутренний диаметр трубопровода

12 мм

16 мм

20 мм

26 мм

1 потребитель (расход 0,2 л/с или 12 л/мин)

4,05

1,0

0,35

0,1

2 потребителя (расход 0,4 л/с или 24 л/мин)

14,09

3,49

1,16

0,33

3 потребителя (расход 0,6 л/с или 36 л/мин)

29,49

7,23

2,52

0,7

Из таблицы видно, что формуле: 10 метров горизонтальной трубы равно 1 метру вертикальной, соответствует только труба внутренним диаметром 16 мм (это металлопластик или полипропилен наружным диаметром 20 мм) в расчете на одного потребителя. И это правило никак нельзя назвать универсальным.

Стоит также добавить, что, даже заменяя участки существующей системы на трубы большего диаметра, Вы, тем самым, снижаете сопротивление трубопроводов системы в целом, увеличивая напор на выходе из смесителей.

 Пример расчета характеристик насосной станции.

«Все это хорошо, — скажете Вы, — Но как же считать?!» Давайте посчитаем вместе.

 Задача. Сделать гидравлический расчет водопроводной системы при условии что:

— Имеется скважина глубиной 18 метров, зеркало воды в которой находится на глубине не больше 10 метров от поверхности земли.

— Насос или насосную станцию предполагается поставить над скважиной в кессон глубиной 2,5 метра.

— От скважины до дома расстояние 13 метров.

— Внутри дома предполагаемое горизонтальное расстояние по маршруту прокладки трубы – 9 метров.

— Предполагаемые вертикальные расстояния: от пола до смесителя – 1,1 метра, от пола до излива  душа – 2. 2 метра, от уровня земли до пола – 1,2 метра.

— Предполагаемая труба на всасе насоса: металлопластик наружным  диаметром 26 мм и длиной 10 метров. На напоре: от насоса до дома – полиэтилен наружным диаметром 25 мм, длиной 18 метров, разводка в доме – полипропилен наружным диаметром 20 мм, длиной 9 метров.

— Рассчитывать нужно на использование одновременно двух потребителей.

Для начала, давайте приведем в порядок все эти сведения. Общее вертикальное расстояние от зеркала воды до самого дальнего потребителя (излив душа) будет равняться:

10 м + 1,2 м + 2,2 м = 13,4 метра.

Расстояние по вертикали от насоса до зеркала воды:

10 м – 2,5 м = 7,5 метров.

Горизонтальные расстояния нам, собственно, нужны только для определения длины труб, а эти сведения у нас уже есть. Длина трубы на всасе, которую нужно учесть при расчете – это расстояние от зеркала воды до насоса, т.е. 7,5 метров. В принципе, насос должен осилить эти метры, но это число нужно запомнить и проверить перед поиском подходящего насоса.

Общая потеря напора по вертикали нами уже определена, это 13,4 метра. Теперь найдем потерю напора в трубах из-за движения по ним воды. Металлопластиковая труба наружным диаметром 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм, такой же внутренний диаметр у полиэтиленовой трубы, которую предполагается проложить от кессона к дому, поэтому:

18/10*1,16 = 2,088 м

Это потеря напора в полиэтиленовой (ПНД) трубе, ведущей к дому.

Особо не мудрствуя, я взял потерю напора для этого диаметра, 20 мм, и двух потребителей из своей же таблицы и нашел потерю напора для нужной нам длины трубопровода, помня о том, что в таблице указана потеря напора для длины в 10 метров.

Однако для оценки стабильности работы насоса нужно найти полное сопротивление трубы на всасе:

7,5/10*1,16 = 0,87 метра

и общая потеря напора на всасе будет равна:

0,87 + 7,5 = 8,37 метра,

что очень близко к критическим 9 метрам, максимально возможной глубине всасывания насоса. Поэтому, желательно, либо увеличить глубину кессона, хотя бы до 3 метров, либо использовать насосную станцию с внешним эжектором, что намного дороже. Еще вариант, увеличить диаметр всасывающего трубопровода до 32 мм, тогда общее сопротивление трубы уменьшится.

Давайте выберем вариант по надежней: увеличим диаметр трубы на всасе, поменяв её на металлопластик с наружным диаметром 32 мм (внутренний, соответственно, 26 мм) и «опустим» кессон на полметра. Общая высота подъема воды при этом нисколько не изменится. Мы лишь подвинем насос поближе к воде.

7/10*0,33 = 0,231 метра, и

7,0 + 0,231 = 7,231 метра,

Что уже вполне приемлемо, и с поиском нужного насоса, скорее всего, проблем не будет.

Полипропиленовая труба с наружным диаметром 20 мм имеет внутренний диаметр 16 мм, и потеря напора на ней составит:

9/10*3,49 = 3,141 метра

Теперь сложим все, что мы вычислили:

13,4 + 2,09 + 0,23 + 3,14 = 18,86 метра

И прибавим к этому оговоренные нами ранее десять процентов на потерю в местных сопротивлениях:

18,86 +10% = 20,75 метра.

Но это лишь тот напор, который должен преодолеть насос, чтобы вода просто полилась из смесителя. Чтобы вода пошла из смесителя под напором, к этому нужно добавить так называемый «свободный напор». По стандартам он должен быть не меньше 3 метров, исходя же из практических соображений, лучше закладывать в расчет число побольше, в разумных, конечно, пределах, например, 15 метров. Этого хватит на преодоление сопротивления в различном подключаемом нами оборудовании: бойлер, стиральная и посудомоечная машина и т.д.

Таким образом, мы получаем желательные характеристики насоса:

20,75 + 15 = 35,75, т.е. примерно 36 метров,

Но не меньше 20,75 + 3 = 23,75, т.е. примерно 24 метра.

При этих напорах насос должен выдавать нам 24 литра в минуту или 1,44 кубометра в час.

Напомню, это не те характеристики, которые написаны на шильдике насоса, а те, которые насос должен реально выдавать при этом напоре и расходе.

Как это узнать? Читаем дальше…

Выбор диаметра трубы в зависимости от расхода воды онлайн калькулятор таблица

Таблица выбора диаметра трубы от расхода воды

Диаметр, дюйм
Диаметр, мм
Расход воды м3/час
1″
25.4
1.8
1 1/4″
32
3. 3
1 1/2″
38.1
5.1
2″
50.8
10.7
2 1/2″
63.5
19.1
3″
76
30. 4
3 1/2″
89
45.6
4″
102
64.9
4 1/2
114
86.4



Расчет расхода воды в зависимости от диаметра трубы.
Не целые числа вводите через точку (АА.АА)



Значения величин в этой таблице основаны на принятых в практике соответствиях диаметров труб расходам воды. Эти практические расчеты основаны на том требовании, что скорость воды в трубах не должна достигать шумового предела (приблизительно 2 метра в секунду для труб диаметром до 50 мм и 3 метра в секунду для труб диаметром до 114 мм), и обычно она оказывается в диапазоне 0.8-1.5 м/c для труб диаметром до 50 мм и до 2.5 метров в секунду для труб диаметром до 114 мм, в бетонном производстве трубы большего диаметра для подачи воды практически не используются. Поэтому вычисления по этой таблице допустимы только до диаметра 114 мм. Для труб большего диаметра данные мы не собирали и не анализировали.

Еще раз обращаем внимание — расчеты на данной странице можно вести только для труб диаметром до 114 мм.!!!

При выборе диаметра трубы нужно учесть непостоянный характер потребления!

К примеру : необходимо для производства 30 м3 бетона 4. 5 тонн воды и 2 тонны для заправки миксеров, итого 6.5 тонн воды. Казалось бы, по таблице можно выбрать с запасом трубу диаметром 50 мм. с расходом 10.7 тонны воды в час. Это неправильный ответ. Вода для приготовления бетона будет потребляться не час, а 20-30 минут, остальное время — выгрузка бетона, технологические простои. Поэтому труба должна пропускать не 4.5, а 9-13.5 тонн воды для приготовления бетона. Ну и плюс 2 тонны для миксеров. Итого не 6.5, а 11-15.5 тонн воды. Нужно выбирать 53-ю или 57-ю трубу. Кстати, все вышесказанное относится и к выбору насосов.



Компания Тех Альянс не несет ответственности за любые последствия, наступившие при использовании результатов данных расчетов.


 


 

 

 

Примеры решения задач —

Задачи на гидростатику

Задача 1.1. Определить избыточное давление в забое скважины глубиной h=85 м, которая заполнена глинистым раствором плотностью р = 1250 кг/м3.

Скачать решение задачи 1.1 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.2. Определить избыточное давление воды в трубе по показаниям батарейного ратного манометра. Отметки уровней ртути от оси трубы: z1= 1,75 м; z2=3 м; z3=1,5 м; z4=2,5 м (рис. 1.2).

Скачать решение задачи 1.2 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.3. В канале, подводящем воду к очистным сооружениям, установлен пневматический уровнемер с самопишущим прибором (рис. 1.3). Нижний конец трубки 1 погружен в воду на глубину H2 ниже самого низкого уровня воды в канале. В верхний конец трубки 1 по трубке 2 подается небольшой объем воздуха под давлением, достаточным для выхода воздуха в воду через нижний конец трубки 1. Определить глубину воды в канале H, если давление воздуха в трубке 1 по показаниям самопишущего прибора 3 равно h’=80 мм. рт. ст. и h’ =29 мм рт. ст. Расстояние от дна канала до нижнего конца трубки Н1=0,3 м.

Скачать решение задачи 1.3 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.4. Нижняя часть рабочей камеры кессона находится на глубине h=30 м от свободной поверхности воды. Определить избыточное давление воздуха, которое необходимо создать в рабочей камере кессона, чтобы вода из реки не могла проникнуть в камеру.

Скачать решение задачи 1.4 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.5. Определить действующее давление в кольце системы отопления (рис. 1.4), если в котле А вода нагревается до температуры 95°С, а в нагревательном приборе В охлаждается до температуры 70°С. Расстояние между центрами котла и нагревательного прибора h2=12 м.

Скачать решение задачи 1.5 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.6. Определить тягу р (разность давлений) в топке котла н перед топочной дверкой Д, если высота котла и дымовой трубы Н=15 м. Дымовые газы имеют температуру tГ=250°С Температура наружного воздуха t=15°С (рис 15).

Скачать решение задачи 1.6 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.7. Вентиляция уличной и внутренней канализационных сетей осуществляется вследствие разности веса теплого газа в сети и веса атмосферного воздуха Газ вытесняется через стояки 1, закапчивающиеся над крышами зданий, а воздух притекает через зазоры между крышками 2 и люками колодцев (рис. 1.6). Определить разность давлений в канализационной сети девятиэтажного дома и в окружающем пространстве на уровне поверхности земли, если температура газов в сети 10 С, а температура воздуха -20 С.

Скачать решение задачи 1.7 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.8. Колокол 1 газгольдера диаметром D= 6,6 м весит G=34,3*103 H (рис. 17). Определить разность Н уровней воды под колоколом газгольдера и в его стакане 2.

Скачать решение задачи 1.8 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.9. Определить давление пара в цилиндре поршневого парового насоса (рис. 1.8, золотниковая коробка, обеспечивающая возвратно-поступательное движение поршня в паровом цилиндре, не показана), необходимое для подачи воды на высоту Н=58 м. Диаметры цилиндров: d1=0.3 м; d2=0,18м.

Скачать решение задачи 1.9 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.10. Определить давление в резервуаре ро к высоту подъема уровня воды h1 в трубке 1, если показания ртутного манометра h2=0,15 м и h3=0,8 м (рис. 1.9).

Скачать решение задачи 1.10 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.11. Для заливки центробежного насоса 1 установлен вакуум-насос 2. Какой необходимо создать вакуум, если верх корпуса центробежного насоса находится над уровнем воды в резервуаре на расстоянии H =3,5 м (рис. 1.10)?

Скачать решение задачи 1.11 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.12. Для того чтобы газы из внутренней канализационной сети не попадали в жилые помещения, под санитарными приборами устанавливают сифоны 1, создающие гидравлические затворы 2 (рис. 1.11). Гидравлический затвор представляет собой водяную пробку, которая образуется вследствие заполнения водой нижней петлеобразной трубки сифона. При опорожнении санитарных приборов и движении воды с большими скоростями по вертикальным трубам (стоякам) вместе с водой увлекается воздух и в трубах сети возникает вакуум рвак=0,005 Рат=490 Па. Какую высоту А должен иметь гидравлический затвор, чтобы он не срывался (вода не отсасывалась)?

Скачать решение задачи 1.12 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.13. Построить эпюру избыточного гидростатического давления воды на стенку, представленную на рис. 1.12. если Н1=2 м; Н2=2 м; Н3=3 м; r1=H1; r2=H2.

Скачать решение задачи 1.13 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.14. Для поддержания постоянного расхода жидкости при исследованиях широко применяется сосуд Мариотта (рис. 1.13). После заполнения сосуда жидкостью кран 1 закрывается. Во время опорожнения сосуд соединен с атмосферой только трубкой 2. Начавшееся истечение приводит «снижению уровня жидкости и созданию вакуума. Уровень воды в трубке 2 понижается и через нее в сосуд начинает поступать воздух. На уровне нижнего конца трубки 2 устанавливается атмосферное давление. Внутри сосуда на этом же уровне оно также поддерживается равным атмосферному. Таким образом, сосуд опорожняется под постоянным напором Н и расходом Q. Определять, как изменяется давление р0 по мере опорожнения сосуда.

Скачать решение задачи 1.14 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1. 15. Две вертикальные трубы центрального отопления соединены горизонтальным участком, на котором установлена задвнжка диаметром d=0,2 м Температура воды в правой вертикальной трубе 80°С, а в левой 20°С. Найти разность сил суммарного давления на задвижку справа Рпр слева Рл Высота воды в вертикальных трубах над уровнем горизонтальной трубы h=20 м (рис. 1.14)

Скачать решение задачи 1.15 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.16. Котел системы водяного отопления имеет лаз для осмотра D=0,8 м Лаз закрыт плоской крышкой, прикрепленной 10 болтами. Определить диаметр болтов, если уровень воды в расширительном сосуде находится на высоте H=30 м, а центр тяжести крышки — на высоте h=2 м от осевой линии котла (рис. 1.15) Температура воды 20°С

Скачать решение задачи 1.16 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.17. Определить силу суммарною давления воды на плоский щит, перекрывающий капал, и усилие, которое необходимо приложить для подъема щита Ширина канала b =1,8 м, глубина воды в нем h=2,2 м Вес щита G = 16 кН. Коэффициент трения шита по опорам L=0,25 (рис Л 16).

Скачать решение задачи 1.17 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.18. Построить эпюру гидростатического давления на ломаную стенку резервуара и определить силы суммарных давлений и точки их приложения на участок ломаной стенки АВС длиной 1 м: Н1 = 1,5 м; Н2 =3,5 м; а=30° (рис. 1.17)

Скачать решение задачи 1.18 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.19. Щит, перекрывающий канал, расположен под углом а=45° к горизонту н закреплен шарнирно к опоре над водой (рис. 1.18). Определить усилие, которое необходимо приложить к тросу для открывания щита, если ширина щита b=2 м, глубина воды перед щитом H1=2,5 м, а после щита H2=1,5 м. Шарнир расположен над высоким уровнем воды на расстоянии H3 = 1 м. Весом щита и трением в шарнире можно пренебречь.

Скачать решение задачи 1.19 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.20 Канал шириной b=4м перекрыт плоским затвором с ригелями (рис. 1.19). Определить положение ригелей из условия равной нагруженности, если число их n=3, а глубина воды в канале H=2.5 м. Задачу решить графоаналитически.

Скачать решение задачи 1.20 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.21 Определить силу давления жидкости на затвор данного водовыпуска высотой h= 1,5 м, шириной b=5 м и точку ее приложения. Глубина воды перед плотиной H1 = 4 м, после плотины H2=2 м (рис. 1 20).

Скачать решение задачи 1.21 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.22 Водопровод (из чугунных раструбных труб) диаметром d=300 мм имеет поворот под углом а=60°. Определить усилие R, на которое должен быть рассчитай упор, если давление в трубопроводе р =343 кПа (рис. 1.21).

Скачать решение задачи 1.22 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.23 Определить силу суммарного давления на торцовую плоскую стенку цилиндрической цистерны диаметром d=2,4 м и точку ее приложения. Высота горловины hг=0.6 м Цистерна заполнена бензином до верха горловины (рис. 1 22).

Скачать решение задачи 1.23 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.24 Для промывки (удаления отложений) начальных участков канализационной сети построен промывной колодец (рис. 1.23), периодически наполняемый и опорожняемый. Опорожнение производится открыванием клапана 1 с помощью рычага 2 на шарнире 3. Определить усилие Т, которое необходимо приложить к тросу 4, чтобы открыть клапан при глубине воды в колодце Н=1,8 м. Диаметр отводной трубы d=200 мм. Центр ее возвышается над дном колодца на a=150 мм. Остальные размеры следующие b=200 мм; t=300 мм.

Скачать решение задачи 1.24 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.25 Определить силу суммарного давления на секторный затвор и ее направление. Глубина воды перед затвором H=4 м, длина затвора L=8 м, а=60° (рис 1.24).

Скачать решение задачи 1.25 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.26 Построить эпюру избыточного гидростатического давления и определить силу суммарного давления и направление ее на цилиндрический затвор. Диаметр затвора d=2,5 м, глубина воды перед ним Н=1,8 м, длина затвора 1=4 м (рис. 1.25).

Скачать решение задачи 1.26 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.27 Определить толщину листов стального резервуара, заполненного газом, если избыточное давление р=1500 кПа. Диаметр резервуара D=2 м. Радиус сферических торцовых частей R=1 м (рис. 1.26).

Скачать решение задачи 1.27 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.28 По стальному трубопроводу диаметром d=0.6 м подается вода под давлением р=5 МПа. Определить напряжение в стенке трубы, если толщина ее б=15 мм.

Скачать решение задачи 1.28 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.29 Определить силы, разрывающие горизонтальную, наполненную бензином цистерну длиной L=10 м по сечениям 1 — 1 и 2 — 2 при условиях примера 1.23 (см. рис. 1.22).

Скачать решение задачи 1.29 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.30 Для прочистки канализационного самотечного трубопровода диаметром d= 500 мм используется полый металлический шар, диаметр которого dш на 20% меньше диаметра трубопровода Шар стесняет сечение трубопровода и создает в колодце подпор воды высотой H=2 ч над верхом трубы. Шар прижимается к верхней полуокружности трубы. Осадок смывается струей воды, вытекающей нз-под шара. Определить силу F, которую необходимо приложить, чтобы удержать шар в назначенном месте (рис. 1.27).

Скачать решение задачи 1.30 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.31 Для выпуска сточных вод в море построен трубопровод диаметром d=800 мм, уложенный по дну на глубине H=30 м Определить силы, действующие на трубопровод, когда он не заполнен (рис. 1 28).

Скачать решение задачи 1.31 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.32 Определить вес груза, установленного на круглом в плане металлическом понтоне диаметром d=4 м, если после установки груза осадка понтона увеличилась на h=0,6 м.

Скачать решение задачи 1.32 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.33 Простейший ареометр (прибор для определения плотности жидкостей), выполненный из круглого карандаша диаметром d=8 мм и прикрепленного к его основанию металлического шарика диаметром dш=5 мм, имеет вес G=0,006 Н. Определить плотность жидкости р, если ареометр цилиндрической частью погружается в нее на глубину h=1,5 см.

Скачать решение задачи 1.33 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.34 Определить минимальное заглубление h0 верха оголовка 1 речного водозаборного сооружения (рис. 1.29) из условия свободного пропуска льда 2 в зимнее время, если наибольшая толщина льда hn=0,8 м, а плотность льда р=920 кг/м3 (см. приложение 15).

Скачать решение задачи 1.34 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.35 Объем части ледяной горы, возвышающейся над поверхностью моря, равен W = 12.5 м3. Определить общий объем ледяной горы и глубину ее погруженной части, если в плане она имеет форму прямоугольника размером а х b=З x 2 м

Скачать решение задачи 1.35 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1. 36 Дюкер, выполненный из стальных труб диаметром d=500 мм, должен опускаться на дно реки без заполнения водой Определить необходимый объем балластирующего (дополнительного) бетонного груза 1 м для обеспечения затопления трубопровода (на 1 м длины трубопровода).

Скачать решение задачи 1.36 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.37 Определить необходимый объем заполненного светильным газом воздушного шара, поднимающего на уровне земли груз весом G = 10000 Н.

Скачать решение задачи 1.37 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.38 Резервуар водопроводной башни оборудован ограничителем уровня воды, представляющим собой клапан 1, соединенный тягой с поплавком 2 (рис. 1.30). При повышении уровня воды выше предельного значения погружение поплавка достигает такой величины, при которой выталкивающая сила воды превышает действующее на клапан давление. Клапан открывается, и через него сбрасывается часть воды. При снижении уровня воды клапан закрывается. Определить расстояние от дна резервуара до низа поплавка hn, при котором будет обеспечена глубина воды в резервуаре H=4.5 м. Диаметр поплавка dп=0,4 м, вес его с клапаном и тягой G= 120 Н. Диаметр клапана dk=0.1 м.

Скачать решение задачи 1.38 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.39 Запорно-поплавковый клапан бака водонапорной башни имеет следующие размеры: d =100 мм; L=68мм; L1=520 мм; D=325 мм (рис. 1.31). Если уровень воды не достигает полушара 2, то клапан 1 открыт, и вода поступает в бак. По мере подъема уровни воды и погружении в нее полушара на рычаг 3 начинает действовать сила Fвыт, равная выталкивающей силе воды (по закону Архимеда). Через рычаг усилие передается на клапан. Если величина этого усилия превысит силу давления воды Р на клапан, то он закроется и вода перестанет поступать в бак. Определить, до какого предельного давлении р клапан будет закрыт, если допускается погружение в воду только полушара поплавка (до линии а — а).

Скачать решение задачи 1.39 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.40 Береговой колодец. совмещенный с насосной станцией, представляет собой вертикальный цилиндр диаметром d = 16 м, высотой Н = 14,5 м, заглубленный на 11 м (рис 1.32). Наивысший уровень грунтовых вод на 1 м ниже уровня земли Вес колодца вместе с оборудованием Gk = 35,5 МН Сила трения стен колодца по грунту F=1,4 МН. Определить устойчивость колодца против всплывают.

Скачать решение задачи 1.40 (гидравлика) (цена 60р)

 


Задача 1.41 Определить глубину погружения и остойчивость железобетонного понтона, имеющего форму параллелепипеда высотой h = 1,8 м, шириной b=2,5 м, длиной L=6 м. Толщина стенок понтона б=0,1 м.

Скачать решение задачи 1.41 (гидравлика) (цена 60р)

 


Расчет давлений в медной трубе

Новости

02.04.2018

Расчет давлений в медной трубе производится конструктором в ходе проектирования систем отопления и водоснабжения. Для правильного расчета необходимо знать физические свойства материала, рабочее давление. Эти параметры представлены ниже.

 Физические свойства медной трубы:

  • Удельный вес материала труб — 8900 кг/м3.
  • Температура плавления -1085 °С.
  • Коэффициент температурного расширения — 1.68 х 10-5 1/°С.
Рабочее давление в медной трубе в зависимости от диаметра и толщины стенки
Диаметр и толщина стенки медной трубы, мм Рабочее давление, МПа Масса 1м трубы медной, кг/м Вместимость воды, литр/метр
6х0,8 11,5 0,011. 0,015.
8х1 10,9 0,196. 0,028.
10х0,8 6,9 0,205. 0,055.
10х1 8,7 0,252. 0,050.
12х1 7,1 0,308. 0,079.
15х1 5,7 0,391. 0,133.
18х1 4,8 0,475. 0,201.
22х0,8 3,8 0,587. 0,314.
28х1,5 4,6 1,11 0,49
35х1,5 3,6 1,41 0,8
42х1,5 3 1,7 1,2
54х2 3,1 2,91 1,96
Неотоженная медная труба, ее характеристики
Типоразмер медной трубы, мм Максимальное рабочее давление, МПа Разрушающее давление, МПа Масса, кг/м Объем воды, л/м
10×1,0 15,05 60,18 0,252 0,0503
12×1,0 12,54 50,15 0,308 0,0785
15×1,0 10,03 40,12 0,391 0,1327
18×1,0 8,36 33,43 0,475 0,2011
22×1,0 6,84 27,35 0,587 0,3142
28×1,0 5,37 21,49 0,756 0,5309
35х1,5 6,45 25,79 1,410 0,8042
42×1,5 5,37 21,49 1,700 1,1946
54×1,5 4,18 16,72 2,208 2,0428
Отоженная медная труба, ее характеристики
Типоразмер медной трубы, мм Максимальное рабочее давление, МПа Разрушающее давление, МПа Масса, кг/м Объем воды, л/м
10 x 1,0 10,46 41,82 0,252 0,0503
12 x 1,0 8,71 34,85 0,308 0,0785
15 x 1,0 6,97 27,88 0,391 0,1327
18 x 1,0 5,81 23,23 0,475 0,2011
22 x 1,0 4,75 19,01 0,587 0,3142

Производственный отдел

Производство в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 9001:2008

 

 

Основы гидравлики | Фонтаны Сегодня

Основы гидравлики.

Фонтан по сути своей представляет собой некое гидросооружение, которое строится с одной единственной целью — формирование различных архитектурных форм из одного единственного материала — из воды. Все остальное в фонтане — вторично.

Так что же это такое — вода?

Вода — это физическое тело, определяемое как жидкость. Основное свойство воды — её текучесть и неспособность сохранять свою форму, вследствии неограниченной подвижности, составляющих её частиц. Это свойство позволяет воде принимать форму сосуда, в котором оно находится.  Второе свойство воды — большое сопротивление сжатию (почти полная несжимаемость). Третье — малое сопротивление растягивающим и касательным усилиям. 

Давление.

Давление – это сила, которая действует на единицу площади и направлена по нормали. Давление в системе СИ измеряют в Паскалях. Если сила давления «F» равномерно распределена по площадке «S» , то среднее давление определяется по формуле: Р=F/S. В технике основной единицей давления является атмосфера (техническая атмосфера), а в фонтаностроении — бары и метры водяного столба. Положительное избыточное давление измеряется манометром, отрицательное – вакуумметром.

1 атм. (техн.) = 98066,5 Па = 0,980665 bar = 10 м.в.ст.

1 ньютон (1 Н) – сила, сообщающая одному килограмму массы ускорение 1 м/с2.

1кг = 9,807Н 

1Н = 0,102 кг

 

Плотность.  

Плотность характеризует распределение массы жидкости  «M» по её объему «V».

Плотностью однородной жидкости называется отношение массы жидкости к ее объему. ρ = M/V.  В общем случае плотность зависит от давления и температуры, но так как в обычных условиях жидкость находится под атмосферным давлением и изменение температуры незначительно, то плотность жидкости может считаться практически постоянной, т.е. ρ = const.

плотность дистиллированной воды при 4ºС равна 1000 кг/м3

плотность морской воды равна 1020-1030 кг/м3

плотность  воздуха при 0ºС и нормальном давлении равна 1,293 кг/м3

Сжимаемость. 

Сжимаемостью жидкости называется ее свойство уменьшать свой объем под влиянием внешних сил. Жидкости характеризуются очень малой сжимаемостью, например, для пресной воды при температуре от 0 до 20°С и повышении давления на 25 ат. объем жидкости уменьшается на 1/21000 часть своей первоначальной величины. Следовательно, жидкость представляет собой физическое тело, не имеющее определённой формы, но обладающее неизменным объёмом, поэтому при решении большинства гидравлических задач сжимаемость жидкости не учитывается.

Температурное расширение. 

Жидкости, так же как твердые тела и газы, при изменении температуры изменяют свой объем и плотность. Вода наибольшей плотностью обладает при температуре t = 4ºC: = 1000 кг/м3. При охлаждении воды от 4 до 0ºС объем ее увеличивается и плотность принимает значение = 999,87 кг/м3. Образующийся из воды лед при температуре 0ºС имеет плотность = 918 кг/м3. При нагревании воды выше 4°С объем ее также увеличивается. Свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры оценивается коэффициентом температурного расширения βt.  

Поток. 

Потоком называют движение массы жидкости, ограниченной системой поверхностей твердых тел (трубопровод, канал). Ниже приведены примеры распределения скоростей в осевой плоскости в сечениях  трубы и в открытом канале:

Линия тока — кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлен по касательной к ней. Совокупность линий тока дает картину течения в данный момент времени, что используется для наглядного изображения особенностей потока:

Движение потока воды в трубе может быть равномерным (движение в трубе одинакового внутреннего диаметра) и неравномерным  (уменьшение — увеличение внутреннего диаметра). При равномерном движении   распределение основных параметров (скоростей, давления) по сечению трубы не изменяется вдоль потока. 

Режимы движения жидкости.

Первый режим —  ламинарное движение (lamina — слой), т.е. слоистое, упорядоченное  движение, при котором отдельные слои жидкости скользят друг относительно друга, не смешиваясь между собой.  

На практике ламинарный режим встречается:

а) при движении очень вязкой жидкости;

б) при движении жидкости в капиллярных трубках;

в) при движении жидкости с очень малой скоростью.

Второй режим — турбулентное движение (turbulentus — вихревой), т.е. вихревое неупорядоченное движение при котором частицы жидкости движутся по сложной, всё время изменяющейся траектории а жидкость интенсивно перемешивается. Турбулентный режим наблюдается значительно чаще, чем ламинарный, а именно: при движении воды в реках, каналах и в трубах, а так в других случаях.

Переход от ламинарного движения к турбулентному происходит при определённой скорости, которая, однако, для разных жидкостей и для разных диаметров труб оказывается различной, возрастая с увеличением вязкости и уменьшаясь с уменьшением диаметра трубы.

 

Характеристику режима движения жидкости определяет число Рейнольдса.

 

На число Рейнольдса влияют, кроме всего прочего, условия входа, поверхности стенок, наличие начальных возмущений и т. д. Достаточно точными измерениями движения жидкости в круглых гладких трубах, на участках достаточно удалённых от выхода и при отсутствии возмущений установлено, что при величине числа Рейнольдса меньшим, чем 2320 единиц, режим движения будет устойчиво ламинарным. Для открытых русел критическое число Рейнольдса равно 580. При определенных условиях существование турбулентного режима может быть и при значительно меньших, чем 2320, числах Re. Так, например, в гибких шлангах объемного гидропривода турбулентный режим наступает при числах Рейнольдса около 1000, что объясняется пульсацией подачи и давлений объемных насосов, подвижностью гибких шлангов и некоторыми другими причинами.

Напорные и безнапорные потоки. Напорный поток возникает под действием давления, обычно больше атмосферного, сообщаемого каким-либо внешним источником (насосом). Безнапорным движением называется такое, при котором жидкость перемещается под действием силы тяжести; оно характеризуется наличием у потока свободной поверхности. Примерами безнапорного движения являются: течение воды в реках, каналах, канализационных трубах.

Живое сечение потока — поперечное сечение, перпендикулярное к направлению движения потока .

Смоченный периметр — линия соприкосновения жидкости со стенками потока в данном живом сечении.

Гидравлический радиус —  отношение площади живого сечения к ее смоченному периметру.

Расход жидкости — объем, проходящей через поперечное сечение потока за единицу времен.

Скорость течения  потока. При течении реальной (вязкой) жидкости скорости по сечению канала неодинаковы (на стенках они равны нулю). Поэтому в инженерных расчетах применяют среднюю скорость, которая определяется  как отношение объемного расхода воды к её поперечному сечению. Следовательно, чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше скорость. Отношение средних скоростей потока  (U1 и U2) обратно пропорционально отношению квадратов их диаметров (D1 и D2). То есть, если диаметр поперечного сечения трубы увеличить в 2 раза, то скорость потока уменьшится в 4 раза.

 

Формула: 

U2/U1 = D1хD1/D2хD2

или

U2хD2хD2 = U1хD1хD1

Пример: Известно, что скорость потока воды в трубе  4 м/с,  а диаметр трубы 32мм. Необходимо снизить скорость потока до 1 м/с. Трубу какого диаметра необходимо установить вместо трубы д.32мм?

U1 = 4м/с

D1 = 32мм = 0,032м

U2 = 1м/с

D2 = ?м

U2хD2хD2 = U1хD1хD1

D2хD2 = U1хD1хD1/U2

D2хD2 = 4х0,032х0,032/1

D2хD2 = 0,004096

D2 = 0,064м = 64мм

Строго говоря, скорость или объёмный расход воды вычисляется только для ламинарного потока. Для турбулентного же движения, чисто теоретического решения не существует и все формулы и закономерности получены либо непосредственно из опыта либо имеют полуэмпирический характер.

 

Это объясняется исключительной сложностью структуры турбулентного потока, внутренний механизм которого до сих пор полностью не изучен.  Если замерить в  одной точке изменение скорости во времени высокочувствительным прибором – термогидрометром, то получим диаграмму в виде некоторой пульсации. Но осреднённое значение скорости за достаточно длительный промежуток времени останется постоянным.

Скорость движения воды в трубе измеряется по формуле:

V (м/с) = 4Q/πDD, где

Q — расход воды в кубических метрах за секунду;

π — 3,14;

D — диаметр трубы в метрах

Гидростатическое давление – это сила давления водного столба над определенным, условно обозначенным уровнем. Гидростатическое давление обусловлено действием силы тяжести. Основное уравнение гидростатики: полное давление P в любой точке покоящейся жидкости складывается из давления на ее свободной поверхности и давления ρgh, созданного за счет столба жидкости высотой h (Pизб.=P0 + ρgh, где ρ = 1000 кг/м3 ). 

Пример: Из чаши фонтана в техническое помещение, расположенное под землей, проложена труба, на конце которой установлена задвижка. Низ трубы расположен  на три метра ниже уровня воды в фонтане. Какое давление испытывает  корпус задвижки?

Ризб. =Р0 + ρgh = 0 + 1000*9,8*3 = 29400 Па = 29,4 кПа = 0,29атм = 2,9 м.в.с.

Барометрическое (атмосферное) давление зависит от высоты места над уровнем моря и от состояния погоды. За нормальное барометрическое давление принимают 760 мм.рт.ст. На свободную поверхность водных потоков, а также естественных и искусственных водоемов действует барометрическое давление.

 

Абсолютное (полное) давление определяется по формуле Р=Р0 + ρgh.

Закон Паскаля:

«Всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в остальные ее точки без изменения». 

На использовании закона Паскаля основано устройство многих гидравлических машин, а так же фонтанов.

Напор и давление. Отношение давления  (Р) к произведению ρg (ρ-плотность данной жидкости) имеет размерность длины и выражается в метрах. Равенство  (Н=Р/ρg) устанавливает связь между давлением и некоторой длиной Н, которая называется напором. Переведем атмосферное давление в метры водяного столба:

1 атмосфера = 98 000 Па.

 Н = 98 000/(1000*9,8) = 10м.в.с.

1 атмосфера = 10м.в.с.

Потеря напора — величина напора, затраченная на преодоление какого-либо местного сопротивления (сужение/расширение потока, поворот). 

Диффузор — устройство плавного перехода от меньшего диаметра трубы к большему.   Основное назначение диффузоров – постепенно уменьшать скорости потока и, следовательно, восстанавливать давление при наименьших потерях. В диффузоре движение потока значительно менее устойчиво, чем в цилиндрической трубе. В расширяющейся трубе переход ламинарного движения в турбулентное происходит при значительно меньших числах Рейнольдса, чем в цилиндрической. В диффузоре отрыв потока может произойти даже при малых углах расширения. Причина отрыва потока – наличие градиента давления по длине стенки. Вблизи стенки трубы, где скорости потока из-за вязкости и так очень малы, градиент давления ещё больше тормозит движение частиц жидкости. Это может привести к остановке жидкости в пограничном слое и даже вызвать движение в обратном направлении. При этом основной поток как бы оттесняется от стенки – происходит отрыв.

При углах расширения диффузора до 40 градусов отрыв происходит не по всей поверхности, а лишь на её некотором участке. При углах более 40 градусов поток жидкости полностью отрывается от всей поверхности диффузора. Отрыв значительно снижает эффективность диффузора и повышает потери в нём.

Диффузор характеризуется двумя параметрами: углом конусности и степенью расширения.

Конфузор — устройство плавного перехода от большего диаметра трубы к меньшему.   Основное назначение конфузоров – уменьшение давления в трубе.  При течении жидкости в конфузоре скорость вдоль трубы возрастает, а давление уменьшается. Так как жидкость движется от большего давления к меньшему, то в конфузоре отрыв практически отсутствует, и может существовать лишь на выходе из конфузора, в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Поэтому сопротивление диффузора всегда больше, чем конфузора с теми же параметрами.

Дальность боя струи. Дальность боя струи зависит от формы и размера насадки, режима движения  воды, угла наклона по отношению к горизонту и напора. Опытная формула Н.П. Гавырина даёт возможность рассчитать дальность боя гидромониторной струи. 

Свободная гидравлическая струя — это поток жидкости, не ограниченный твёрдыми стенками. Структура гидравлических струй такова, что если в трубе, насадке или отверстии поток был ламинарным, то и покинув их он остаётся ламинарным, если был турбулентным, то и в дальнейшем остаётся турбулентным.

Если струя вытекает в среду с меньшей плотностью или в газовую среду, её называют незатопленной свободной струей. 

Устройствами, формирующими свободные струи, чаще всего служат насадки. Тип насадка зависит от назначения струи. В дождевальных установках применяют конически расходящиеся насадки. В пожарных брандспойтах и гидромониторах – сходящиеся конические и коноидальные насадки.

Как вычислить давление в трубе

В каждом современном доме одним из основных условий комфорта есть водопровод. А с возникновением новой техники, требующей подключения к водопроводу, его роль в доме стала крайне важной. Многие люди уже не воображают, как возможно обойтись без стиральной машины, бойлера, посудомоечной машины и т.д. Но любой из этих аппаратов для верной работы требует определенного давления воды, поступающей из водопровода. И вот человек, решивший установить новый водопровод у себя дома, вспоминает о том, как вычислить давление в трубе, дабы все сантехнические устройства прекрасно работали.

Требования современного водопровода

Современный водопровод обязан отвечать всем характеристикам и требованиям. На выходе из крана вода обязана литься плавно, без рывков. Следовательно, в системе не должно быть перепадов давления при разборе воды. Идущая по трубам вода не должна создавать шума, иметь примеси воздуха и других посторонних накоплений, каковые пагубно воздействуют на керамические краны и другую сантехнику. Дабы не было этих неприятных казусов, давление воды в трубе не должно падать ниже своего минимума при разборе воды.

Совет! Минимальное давление водопровода должно составлять 1,5 атмосферы. Для того чтобы давления достаточно для работы посудомоечной и стиральной машины.

Нужно учитывать еще одну ответственную чёрта водопровода, связанную с расходом воды. В любом жилом помещении находится не одна точка разбора воды. Исходя из этого расчет водопровода обязан всецело снабжать потребность воды всех сантехнических устройств при одновременном включении. Данный параметр достигается не только давлением, но и объемом поступающей воды, которую может пропустить труба определенного сечения. Говоря несложным языком, перед монтажом требуется выполнить некоторый гидравлический расчет водопровода, с учетом давления и расхода воды.

Перед расчетом давайте поближе ознакомимся с двумя такими понятиями, как расход и давление, чтобы выяснить их сущность.

Давление

Как мы знаем, центральный водопровод в прошлом подключали к водонапорной башне. Эта башня формирует в сети водопровода давление. Единицей измерения давления есть атмосфера. Причем, давление не зависит от размера емкости, расположенной наверху башни, а лишь от высоты.

Совет! В случае если залить воду в трубу  десятиметровой высоты, то она в нижней точке создаст давление – 1 атмосферу.

Давление приравнивается к метрам. Одна атмосфера равняется 10 м водяного столба. Рассмотрим пример с пятиэтажным домом. Высота дома – 15 м. Следовательно, высота одного этажа – 3 метра. Пятнадцатиметровая башня создаст давление на первом этаже 1,5 атмосферы. Вычислим давление на втором этаже: 15-3=12 метров водяного столба либо 1.2 атмосферы. Проделав предстоящий расчет, мы заметим, что на 5 этаже давления воды не будет. Значит, дабы обеспечить водой пятый этаж, нужно выстроить башню больше 15 метров. А вдруг это, к примеру – 25 этажный дом? Никто такие башни строить не будет. В современных водопроводах применяют насосы.

Давайте высчитаем давление на выходе глубинного насоса. Имеется глубинный насос, поднимающий воду на 30 метров водяного столба. Значит, он формирует давление – 3 атмосферы на своем выходе. По окончании погружения насоса в скважину на 10 метров, он создаст давление на уровне земли – 2 атмосферы, либо 20 метров водяного столба.

Расход

Рассмотрим следующий фактор – расход воды. Он зависит от давления, и чем оно больше, тем стремительнее вода будет двигаться по трубам. Другими словами будет больший расход. Но все дело в том, что на скорость воды воздействует сечение трубы, по которой она двигается. И в случае если уменьшать сечение трубы, то будет расти сопротивление воды. Следовательно, уменьшится ее количество на выходе из трубы за тот же временной отрезок.

На производстве, при постройке водопроводов составляются проекты, в которых высчитывается гидравлический расчет водопровода по уравнению Бернулли:

Где h1-2 – показывает утрату напора на выходе, по окончании преодоления сопротивления на всем участке водопровода.

Рассчитываем домашний водопровод

Но это, как говорится, сложные вычисления. Для домашнего водопровода используем вычисления несложнее.

Исходя из паспортных данных автомобилей потребляемых воду в доме, суммируем неспециализированный расход. Добавляем к данной цифре расход всех водоразборных кранов находящихся в доме. Один водоразборный кран пропускает через себя около 5–6 литров воды в 60 секунд. Суммируем все цифры и приобретаем неспециализированный расход воды в доме. Вот сейчас руководствуясь неспециализированным расходом, покупаем трубу с таким сечением, которое обеспечит давлением и нужным количеством воды все в один момент работающие водоразборные устройства.

В то время, когда домашний водопровод будет подключаться к муниципальный сети, то станете пользоваться тем, что дадут. Ну, а вдруг у вас дома скважина, берите насос, который всецело обеспечит вашу сеть нужным давлением, соответствующим расходам. При покупке руководствуйтесь паспортными данными насоса.

Для выбора сечения трубы, руководствуемся этими таблицами:

Зависимость диаметра от длины водопровода   Пропускная свойство трубы
Протяженность водопровода, м Диаметр трубы, мм Диаметр трубы, мм Пропускная свойство, л/мин
Меньше 10 20 25 30
От 10 до 30 25 32 50
Больше 30 32 38 75

В этих таблицах предоставлены более востребованные параметры трубы. Для полного ознакомления в сети возможно отыскать более полные таблицы с расчетами труб различного диаметра.

Вот, исходя из этих расчетов, и при верном монтаже, вы обеспечите свой водопровод всеми требуемыми параметрами. В случае если что-то не ясно, лучше обратиться к экспертам.

Как рассчитать расход воды в трубе на основе давления

Обновлено 14 декабря 2020 г.

Эллисон Боули

В физике вы, вероятно, решили проблемы сохранения энергии, связанные с автомобилем на холме и массой на холме. пружина и американские горки в петле. Вода в трубе — тоже проблема сохранения энергии. Фактически, именно так математик Даниэль Бернулли подошел к проблеме в 1700-х годах. Используя уравнение Бернулли, рассчитайте расход воды через трубу в зависимости от давления.

Расчет расхода воды с известной скоростью на одном конце

  1. Преобразование измерений в единицы СИ

  2. Преобразование всех измерений в единицы СИ (согласованная международная система измерений). Найдите в Интернете таблицы преобразования и конвертируйте давление в Па, плотность в кг / м 3 , высоту в м и скорость в м / с.

  3. Решите уравнение Бернулли

  4. Решите уравнение Бернулли для получения желаемой скорости, будь то начальная скорость в трубе или конечная скорость вне трубы. 2 + pgy_2

    где P 1 и P 2 — начальное и конечное давления соответственно, p — плотность воды, v 1 и v 2 — начальная и конечная скорости, соответственно, а y 1 и y 2 — начальная и конечная высоты соответственно. Измерьте каждую высоту от центра трубы.

    Чтобы найти начальный расход воды, решите v 1 . Вычтите P 1 и p g y 1 с обеих сторон, затем разделите на 0.3) и рассчитайте начальный или конечный расход воды в м / с.

Расчет потока воды с неизвестной скоростью на обоих концах

  1. Использовать сохранение массы

  2. Если оба v 1 и v 2 в уравнении Бернулли неизвестны, используйте сохранение массы для замены:

    v_1 = \ frac {v_2A_2} {A_1} \ text {или} v_2 = \ frac {v_1A_1} {A_2}

    , где A 1 и A 2 — начальная и конечная площади поперечного сечения соответственно (измеренные в м2 ). 2}}

    Выполните аналогичный расчет, чтобы найти окончательный расход воды.

  3. Замещающие измерения для каждой переменной

  4. Замените ваши измерения для каждой переменной и вычислите начальный или конечный расход воды в единицах м / с.

Калькулятор расхода трубы | Уравнение Хазена-Вильямса

Уравнение Хазена-Вильямса

Уравнение Хазена-Вильямса — это эмпирически выведенная формула, которая описывает скорость воды в гравитационном потоке.Помните, что уравнение Хейзена-Вильямса справедливо только для воды — его применение к любой другой жидкости даст вам неточные результаты. Он также не учитывает температуру воды и является точным только для диапазона 40–75 ° F (4–25 ° C).

Вы можете записать эту формулу как:

v = k * C * R 0,63 * S 0,54

где:

  • v обозначает скорость воды, текущей в трубе (в м / с для метрической системы и фут / с для британской системы мер)
  • C — коэффициент шероховатости
  • R означает гидравлический радиус (в метрах или футах в зависимости от системы единиц)
  • S — наклон энергетической линии (потеря напора на трение на длину трубы). Он безразмерный, но иногда выражается в м / м.
  • k — коэффициент преобразования, зависящий от системы единиц (k = 0,849 для метрической системы и k = 1,318 для британской системы)

Вам не нужно знать значения C , R или S , чтобы использовать наш калькулятор расхода трубы — мы рассчитаем их для вас!

Коэффициент шероховатости C зависит от материала трубы. Вы можете выбрать материал из раскрывающегося списка или ввести значение C вручную, если вам известен коэффициент шероховатости вашей проточной системы.Мы используем следующие значения:

Материал Коэффициент шероховатости
Чугун 100
Бетон 110
Медь 140
Пластик 150
Сталь 120

Гидравлический радиус , R, — это пропорция между площадью и периметром вашей трубы. Если труба круглая, вы найдете ее по следующему уравнению:

R = A / P = πr² / 2πr = r / 2 = d / 4

, где r — радиус трубы, а d — диаметр трубы. Вы можете просмотреть и изменить все эти параметры (площадь, периметр, гидравлический радиус) в расширенном режиме этого калькулятора расхода трубы.

Чтобы рассчитать уклон , S, , необходимо разделить длину трубы на перепад (разница высот между начальной и конечной точками).Помните, что если наклон трубы непостоянен, а постоянно меняется, реальная скорость потока воды будет отличаться от полученного результата.

Если вы знаете скорость гравитационного потока, вы также можете найти расход , Q, , умножив площадь поперечного сечения трубы на скорость потока:

Q = A * v

Обязательно используйте наш калькулятор расхода для преобразования расхода (объемного расхода) и массового расхода.

Решенные примеры потока жидкости

CalNamFluidK, vU

Объяснение

CalNam
Краткое название калькулятора
Fluid
Название и тип жидкости

К, в
Известные значения, доступные для расчета
U
Значения, которые вы хотите вычислить

PipDiaWaterQ, vD

Пример # 1

Задача:
Рассчитайте диаметр трубы, если скорость потока воды составляет 1 м / с, а скорость потока равна
5 л / мин.

Решение:
Диаметр трубы 10,3 мм.

PipDiaAirQ, Dv

Пример # 2

Задача:
Рассчитайте скорость воздушного потока, если внутренний диаметр трубы 50 мм и
расход 100 м3 / ч при абсолютном давлении 3 бара и температуре 15 ° C

Решение:
Скорость потока 14.15 м / с

PipDiaCarbon dioxideQ, vD

Пример # 3

Задача:
Рассчитайте диаметр трубы диоксида углерода с расходом 10 кг / ч.
и скорость 2 м / с при абсолютном давлении 7 бар и температуре 20 ° C.

Решение:
Диаметр трубы 11.8 мм

AirFloAirQ, D, L, t, p 1 Δp

Пример # 4

Задача:
Рассчитайте падение давления, создаваемое воздухом при расходе 500 м3 / ч.
через трубу с внутренним диаметром 60 мм и длиной 100 м.
Температура воздуха 5 С, шероховатость трубопровода 0.02 мм,
а коэффициент местных сопротивлений равен нулю —
в трубопроводе отсутствуют местные сопротивления. Давление в начале трубопровода — 4 бар.

Решение:
Падение давления: 95,67 мбар.

AirFloAirD, L, t, p 1 , p 2 , KQ

Пример # 5

Задача:
Рассчитайте поток воздуха через трубу с внутренним диаметром 1 дюйм и длиной
200 м.Доступное давление в воздушном резервуаре, от которого начинается трубопровод, составляет
Манометр 2 бара. В конце трубопровода воздух выходит в атмосферу.
Внутренняя шероховатость стенки трубы 0,1 мм. Трубопровод имеет 6 отводов.
90 градусов и радиус 1,5 D. Температура воздуха 15 С.

Решение:
Расход: 90.713 м 3 / ч

AirFloAirQ, D, L, t, K, p 2 Δp

Пример # 6

Задача:
Рассчитайте падение давления, которое создает воздух при расходе 1000 кубических футов в час.
через трубопровод с внутренним диаметром ½ дюйма и длиной 1000 футов,
с внутренней шероховатостью стенки трубы 0.012 дюйм. На трубопроводе 4
отводы на 90 градусов и одно сокращение на конце трубопровода на ¼ “,
после чего воздух выходит в открытую атмосферу.

Решение:
Падение давления: 7,287 бар.

OrificeAirD, d, p 1 , p 2 , TQ

Пример # 7

Задача:
Рассчитайте расход воздуха через диафрагму.Внутренний диаметр отверстия 100 мм,
и трубка, в которую вставлено отверстие, внутренний диаметр 200 мм. Давление перед
отверстие составляет 104000 Па, а абсолютное давление после отверстия составляет 100000 Па.
Давление измеряется на угловых отводах. Температура воздуха 15 С.

Решение:
Расход: 1374,5 м 3 / час

OrificeWaterD, d, p 1 , p 2 , TQ

Пример # 9

Задача:
Рассчитайте расход воды через отверстие с внешним диаметром 200 мм и внутренним диаметром 160 мм. Измеренное падение давления перед отверстием составляет 10729 мм вод. Ст., А измеренное падение давления — 400 мм вод. Ст.
Давление измеряется на угловых отводах

Решение:
Производительность: 155,94 м3 / ч

PreDropWaterQ, D, L, kr, Δp

Пример # 10

Задача:
Рассчитать падение давления в круглой трубе при расходе 5 м 3 / ч,
длина трубы 100 м, внутренний диаметр трубы 25 мм и шероховатость трубы 0.1 мм.
Текущая жидкость — вода плотностью 1000 кг / м 3 .
Местное сопротивление может быть незначительным K = 0.

Решение:
Падение давления: 4,78 бар.

PreDropWaterΔp, D, L, krQ ​​

Пример # 11

Задача:
Рассчитать расход воды через закрытую круглую трубу с внутренним диаметром 25 мм,
длина трубы 100 м.Трубопровод, соединяющий резервуар на отметке 20 м.
над выходом из трубы с потоком воды в открытую атмосферу.
Резервуар находится под атмосферным давлением. Шероховатость трубы 0,1 мм.

Решение:
Расход: 3,16 м3 / ч

PreDropAirQ, H, W, L, krΔp

Пример # 12

Задача:
Рассчитайте падение давления 2000 м 3 / ч воздуха, протекающего через замкнутую
прямоугольный канал для открытой атмосферы.Ширина Chanel составляет 400 мм, а высота — 250 мм.
Шанель имеет шероховатость поверхности 0,01 мм. Коэффициент местного сопротивления линейный равен 3,5.
Длина Шанель — 85 м.

Решение:
Падение давления: 298,96 Па.

HeaterWaterQ, T 1 , T 2 , dP

Пример # 13

Задача:
Рассчитайте тепловую мощность теплообменника, если расход воды 2 л / с,
температура перед теплообменником 25 ° C, а за теплообменником 60 ° C.Диаметр соединительных патрубков — 60 мм.

Решение:
Тепловая мощность: 292,43 кВт

HeaterWaterP, T 1 , T 2 , dQ

Пример # 14

Задача:
Рассчитайте расход воды через теплообменник, если тепловая мощность
теплообменник 2000 кВт.Температура перед теплообменником и за ним
составляет 70 С и 90 С. Диаметр соединительных патрубков 150 мм.

Решение:
Расход: 86,173 м3 / ч

ChillerWaterP, T 1 , T 2 , dQ

Пример # 15

Задача:
Рассчитайте расход воды через чиллер, если производительность
чиллер 2000 кВт.Температура спереди и сзади чиллера составляет
12 C и 7 C. Вычислите также диаметр соединительных труб для известной воды.
расход 1 м / с.

Решение:
Расход: 344,96 м3 / ч

NatGasGasQ, D, L, t, p 1 Δp

Пример # 16

Задача:
Рассчитайте перепад давления, создаваемый природным газом при расходе 200 см3 / ч.
через трубу номинальным диаметром 2 дюйма и длиной 200 м.Температура газа 5 С, шероховатость поверхности трубопровода 0,02 мм.
Вдоль трубопровода 5 колен R = 1,5D, 90 град.
Давление в начале трубопровода — 2 бар.

Решение:
Падение давления: 59,6 мбар.

NatGasGasD, L, t, p 1 , p 2 , kr, KQ

Пример # 17

Задача:
Рассчитайте максимальный расход природного газа через трубу с номинальным диаметром 3/4 дюйма.
и длиной 200 м.Доступное давление от трубопровода, от которого идет трубопровод
начинается манометром 500 мбар. Трубопровод соединен с газовой рампой, что требует
Манометрическое давление 200 мбар для работы. Внутренняя шероховатость поверхности трубы 0,01 мм.
Трубопровод имеет 6 отводов на 90 градусов и радиусом 1,5 D. Температура природного газа — 15 C.

Решение:
Расход: 27 См 3 / ч

NatGasGasQ, D, L, t, kr, K, p 1 Δp

Пример # 18

Задача:
Рассчитайте падение давления, которое создает природный газ при расходе 500 MMSCFD через
трубопровод номинальным диаметром 36 дюймов и длиной 4 мили,
с внутренней шероховатостью стенки трубы 0.0005 дюймов. Температура газа 40 F и
давление в начале трубопровода составляет 700 фунтов на квадратный дюйм.

Решение:
Падение давления: 3,89 фунтов на кв. Дюйм.

Решения для домашних заданий

Решения для домашних заданий

Канал 15, Жидкость
Механика

Домашнее задание:
Ch25; 12, 18, 16, 38, 41, 46
Вопросы: 3, 6, 7, 8, 9, 16, 17, 22, 23

(Ой! На этот раз девять!
хороший! (а они есть; вот почему я так увлекся.))

| Hmwk, Ch 14 | Домашнее задание
Задания
| Дом PHY 1350
|


Дополнительные задачи из четвертого издания Serway


(4-е изд.) 15.1 Царь заказывает золотую корону массой 0,5 кг. Когда это
поступает от слесаря, объем короны составляет 185 см 3 .
Корона из чистого золота?


(4-е изд.) 15.2 Определите абсолютное давление на дне озера, которое
глубина 30 м.


(4-е изд.) 15.3 Простая U-образная трубка, открытая с обоих концов, частично заполнена
водой (Рис. P (4) 15.3). Керосин плотностью k затем заливают в одно плечо
трубка, образующая столб высотой h k , как показано на схеме.
Какая разница h в высоте двух жидких поверхностей?


(4-е изд.) 15.4 Расход воды по горизонтальной трубе 2,00
м 3 / мин. Определите скорость потока в точке, где диаметр
трубы

(а) 10,0 см и

(б) 5,0 см.


(4-е изд.) 15.5 Водный туннель Гарфилд Томас в Университете штата Пенсильвания
имеет круглое поперечное сечение, которое сужается от диаметра 3,6 м до
испытательный участок диаметром 1,2 м. Если скорость потока 3.0 м / с дюйм
трубы большего диаметра определяют скорость потока в испытательном участке.


Концептуальные вопросы


Q15.3 Когда вы пьете жидкость через стакан, вы уменьшаете
давление во рту и позвольте атмосфере переместить жидкость. Объяснять
почему это так. Можете ли вы использовать трубочку, чтобы выпить напиток на Луне?

В нашем обычном, обычном окружении атмосфера с ее
давление присутствует всегда.Поэтому, если давление снижается во рту
и соломинка: обычное давление воздуха оказывает давление на жидкость, превращающуюся в соломинку.
где давление меньше.

Нет, соломинка на Луне работать не будет, потому что нет
Атмосфера.


Q15.6 Корабль поднимается выше по воде внутреннего озера
или в океане?

Вес корабля часто называют его «водоизмещением».
потому что это вес воды, который вытесняет .Так и будет
поплавок, когда он вытесняет объем воды, вес которого равен
вес корабля — это подъемная сила , обеспечиваемая
воды. Пресная вода во внутреннем озере имеет на плотность меньше, чем на
морской воды. Следовательно, необходим больший объем пресной воды для обеспечения
такой же вес или плавучесть сила. Это означает, что корабль будет двигаться ниже
во внутреннем озере и будет кататься выше в океане.


Q15.7 Свинец имеет большую плотность, чем железо, и оба металла
плотнее воды. Является ли подъемная сила на ведущий объект больше, чем,
меньше или равна выталкивающей силе, действующей на железный предмет того же объема?

Два равны , потому что подъемная сила зависит только
от плотности и объема вытесняемой жидкости.


Q15.8 Водоснабжение города часто обеспечивается водохранилищами
построен на возвышенности.Вода поступает из резервуара по трубам в
ваш дом, когда вы поворачиваете кран на смесителе. Почему поток воды больше
быстрее из крана на первом этаже дома, чем в квартире
на верхнем этаже?

Расход воды зависит от разницы давления
между давлением в трубе и давлением воздуха вне трубы. В
давление воздуха практически одинаково на первом или верхнем этаже, потому что
плотность воздуха мала (по сравнению с плотностью воды).Тем не менее
давление воды будет сгибаться на de , когда высота на сгибе. Этот
означает разность давления между давлением воды внутри
трубы и давление воздуха вне трубы будет на меньше высоты над уровнем моря
увеличивается.


Q15.9 Дым поднимается в дымоходе быстрее, когда дует ветер
чем когда нет ветра вообще. Используйте уравнение Бернулли, чтобы объяснить это.
явление.

По мере увеличения скорости воздуха в дымоходе давление
уменьшается.Давление внутри дома останется постоянным. Так что уменьшение
по давлению в верхней части дымохода означает разность давления
между камином внутри дома и верхней частью дымохода, открытый для
движущийся воздух, увеличивает , и это больше перемещает дым.

луговых собачек уже знают об этом и строят свои «городки».
соответственно, как вы увидите в вопросе Q15.22.


Q15.16 Поскольку атмосферное давление около 10 5
Н / м 2 и площадь груди человека около 0.13 м 2 ,
сила атмосферы на груди составляет около 13 000 Н.
эта огромная сила, почему наши тела не разрушаются?

Нам всегда нужно беспокоиться о чистой силе
с. Здесь это будет чистое давление или разница дюйм
давление, о котором нам нужно беспокоиться. Хотя может быть сила
13000 Н на внешней стороне наших сундуков, равно 13000 Н на внутренней стороне
наших сундуков.Таким образом, чистая сила , создаваемая воздухом, равна нулю .


Q15.17 Как определить плотность неравномерного
сформированный камень?

Если вы погрузите камень в воду, вы можете измерить увеличение
глубину воды и определить объем вытесняемой воды и, таким образом,
объем камня. Можно наполнить емкость водой до краев.
и погрузите скалу. В этом случае вода выльется через край и это количество
воды, которая переливается, как раз равна объему камня.Однажды
объем породы установлен, плотность равна массе породы
делится на его объем.


Q15.22 Луговые собачки проветривают свои норы, строя
холм над одним входом, который открыт для потока воздуха. Второй вход
на уровне земли открыт почти для стоячего воздуха. Как устроена эта конструкция
создать воздушный поток через нору?

Согласно уравнению Бернулли, поток воздуха оказывает меньшее давление
чем неподвижный или стоячий воздух.Следовательно, давление воздуха на входе в насыпь,
при прохождении через него воздуха будет меньше, чем давление воздуха на уровне земли
Вход. Эта разница в давлении воздуха приведет к перемещению воздуха на уровень земли.
вход и выход у входа в курган.

Умные ребята, эти луговые собачки, а?

Эти же идеи связаны с потоком воздуха через камин.
и дымоход, как мы видели в вопросе Q15.9.


Q15.23 Невскрытая банка диетической колы плавает при помещении в
бак с водой, тогда как банка обычной колы той же марки тонет в
бак.Как вы думаете, чем можно объяснить это явление?

Хотя они имеют одинаковый объем, обычная кола должна иметь
больший вес.


Задачи из текущего (5-го) издания Serway and Beichner.


15.12 Бассейн имеет размеры 30 м х 10 м и плоское дно. Когда
бассейн заполнен пресной водой на глубину 2,0 м, какова общая сила
из-за воды на дне? На каждом конце? С каждой стороны?

15.18 Ртуть наливается в U-образную трубку, как показано на рисунке P15.18a. В
левое плечо трубки имеет площадь поперечного сечения A 1 =
10,0 см 2 , правая рука имеет площадь поперечного сечения
A 2 = 5,00 см 2 . Сто граммов воды — это
затем налил в правую руку, как показано на рисунке P15.18b.

(а) Определите длину водяного столба в правом плече.
U-образной трубки.

(б) Учитывая, что плотность ртути 13.6 г / см 3 ,
на какое расстояние h поднимается ртуть в левой руке?


15,16 Нормальное атмосферное давление 1,013 x 10 5 Па.
во время шторма высота ртутного барометра падает на 20 мм от
нормальный рост. Какое атмосферное давление? Плотность ртути 13,59
г / см 3 .


15.38 Old Faithful Geyser в национальном парке Йеллоустоун извергается примерно в
С интервалом в 1 час высота фонтана достигает 40 м.

(a) С какой скоростью вода отрывается от земли?

(б) Какое давление (выше атмосферного) в обогреваемых
подземная камера, если ее глубина 175 м?

15,41 Трубка Пито может использоваться для определения скорости воздушного потока с помощью
измерение разницы между общим давлением и статическим давлением
(Рис. P15.41). Если жидкость в трубке — ртуть, плотность Hg = 13,6 кг / м 3 м
и h = 5,0 см, найдите
скорость воздушного потока. Предположим, что в точке А воздух застаивается, возьмем воздух = 1,25 кг / м 3 .

15,46 В стенке емкости пробивается отверстие высотой h o ,
заполнен водой, как показано на рисунке P15.49. Если вода должна стрелять до
возможно по горизонтали,

(а) насколько далеко от дна емкости должно быть отверстие
пробил?

(b) Без учета потерь на трение, как далеко (первоначально) от
сторона контейнера будет ли вода приземляться?


Решения дополнительных проблем от четвертого Serway
выпуск


(4-е изд.) 15.1 Король заказывает золотую корону массой 0,5 кг. Когда это
поступает от слесаря, объем короны составляет 185 см 3 .
Корона из чистого золота?


(4-е изд.) 15.2 Определить абсолютное давление на дне озера, которое
глубина 30 м.


(4-е изд.) 15.3 Простая U-образная трубка, открытая с обоих концов, частично заполнена
водой (рис.P (4) 15.3). Керосин плотностью k затем заливают в одно плечо
трубка, образующая столб высотой h k , как показано на схеме.
Какая разница h в высоте двух жидких поверхностей?


(4 изд) 15,4 Расход воды по горизонтальной трубе 2,00
м 3 / мин. Определите скорость потока в точке, где диаметр
трубы

(а) 10.0 см, и

(б) 5,0 см.


(4-е изд.) 15.5 Водный туннель Гарфилд Томас в Университете штата Пенсильвания
имеет круглое поперечное сечение, которое сужается от диаметра 3,6 м до
испытательный участок диаметром 1,2 м. Если скорость потока составляет 3,0 м / с в
трубы большего диаметра определяют скорость потока в испытательном участке.


| Hmwk, Ch 14 | Домашнее задание
Задания
| Дом PHY 1350
|

(c) Дуг Дэвис, 2001; все права защищены

Как спроектировать промышленную трубопроводную систему для достижения идеального расхода и скорости

На промышленных предприятиях мы часто обсуждаем , что транспортируется в трубе в зависимости от конструкции системы.При проектировании системы большое внимание уделяется тому, как материал проявляет устойчивость к коррозии и температуре при взаимодействии с различными жидкостями.

Почти равное значение имеет , как жидкость движется по трубе. Скорость потока играет важную роль в определении долговечности системы, а также ее ежедневного потребления энергии.

Понимание эффективности, с которой жидкость может проходить через материал трубопровода, является значительным шагом на пути к обеспечению долгосрочной надежности и потенциальной экономии затрат на определенные материалы.

Гидравлическая динамика: важные термины

При обсуждении эффективности протекания жидкости по трубе важно заранее дать определения нескольким терминам:

Скорость потока: Скорость — самый простой термин, так как это средняя скорость жидкости , протекающей по трубе. Думайте о скорости потока, как о скорости вашего автомобиля. За исключением того, что вместо записи скорости потока в милях в час или км / ч текучая среда обычно указывается в м / с или фут / с.

Расход : Это объем жидкости, который проходит через трубу за единицу времени, записанный в м 3 / с или футы 3 / с.

Как видно из приведенного ниже уравнения, расход положительно коррелирует со скоростью — по мере увеличения скорости жидкости количество (или объем) жидкости, проходящей через трубу в течение заданного периода времени, также увеличивается.

Давление жидкости (напор жидкости): Технически напор — это количество энергии в жидкости, вызванное оказываемым на нее давлением.Это наиболее важно, если учесть потерю давления и соответствующее падение давления.

  • Потеря давления (потеря напора): Это относится к тому, насколько силы, включая повороты, клапаны и трение от стенки трубы, снижают давление.
  • Падение давления: Это разница в давлении жидкости между двумя точками системы, вызванная потерей давления или напора.

Какие факторы влияют на расход?

Одним из общих факторов при проектировании расхода является размер трубопроводной системы.Чтобы снизить капитальные затраты, некоторые инженеры могут уменьшить размер трубы для увеличения скорости потока. И наоборот, более высокие скорости потока могут сократить срок службы металлической системы из-за эрозии и возможных скачков давления.

В пластмассах эрозия обычно не вызывает беспокойства. Скорее, есть проектные цели, которые необходимо учитывать в зависимости от типа пластика.

Для оптимизации скорости потока некоторые инженеры пытаются минимизировать потери давления в системе или падение давления из одной точки в другую.

Трение ( f ): Трение против потока жидкости — это потеря энергии. Коэффициент трения не может быть изменен конфигурацией или конструкцией системы и является постоянным для каждого материала в этом уравнении.

Длина трубы (L). Трение толкает поток, что приводит к потере давления при увеличении длины трубы. Длина трубы также учитывается в фитингах, что увеличивает входную «длину» для уравнения.

Скорость жидкости (v): По мере увеличения скорости потока также увеличивается потеря давления и снижается эффективность. Общее практическое правило — поддерживать скорость ниже 5 футов / с (1,5 м / с).

Плотность (г) и наклон трубы. Увеличение наклона снижает давление под действием силы тяжести.

Диаметр трубы (D): Чем больше диаметр трубы, тем медленнее будет скорость потока. Оптимальная скорость потока может поддерживаться без увеличения скорости , если указана труба большего размера.

Почему давление, скорость и скорость потока важны для промышленного применения?

Как правило, инженеры стараются проектировать системы, в которых уравновешивает стоимость с эффективностью и надежностью . Другими словами, какая конкретная система (а) соответствует бюджету, но не (б) увеличивает потребление энергии, а также (в) не требует чрезмерного ремонта и технического обслуживания в будущем.

КПД

Правильный выбор материала трубопровода и конструкция системы контролируют расход и скорость таким образом, что минимизирует затраты на энергию .Причины этого:

  • Более быстрая жидкость приводит к большим потерям на трение , увеличивая нагрузку на насосы. Будет потреблено больше энергии, и может потребоваться установка более крупных насосов.
  • Некоторые материалы, такие как металлы, подвержены коррозии быстрее при высоких скоростях . Корродированные материалы менее гладкие и, следовательно, вызывают большие потери на трение.

Надежность и срок службы

Уменьшение скорости жидкости в промышленной трубопроводной системе не только повышает эффективность, но также может снизить вероятность повреждения трубы .

Быстро движущаяся жидкость создает потенциальную угрозу надежности и сроку службы металлических трубопроводов:

  • Поскольку более высокая скорость жидкости может способствовать коррозии , трубопровод может потребоваться отремонтировать или заменить раньше, чем ожидалось.
  • Аналогичным образом, износ трубопровода из-за абразивного материала и эрозия может вызвать преждевременный выход из строя .
  • На поворотах и ​​поворотах быстро движущаяся жидкость может повредить систему и вызвать точечную коррозию и другие проблемы.
  • Гидравлический удар или гидравлический удар возникает из-за резкого изменения скорости жидкости, и соответствующее давление пульсации становится более разрушительным при более высоких скоростях .

Как правило, более высокие скорости жидкости приводят к снижению эффективности — увеличению затрат на энергию — и снижению надежности системы — поскольку повреждение трубы становится более вероятным.

Первоначальная стоимость

Основными элементами, определяющими стоимость трубопроводов, являются тип материала, размер трубы, количество материала и установка.

Если бы деньги не были проблемой, систему можно было бы значительно перестроить с очень большими трубами. Это заставит жидкость двигаться медленно и будет иметь очень небольшие потери на трение, но будет очень дорого покупать и устанавливать.

Вот почему соотношение между расходом жидкости, эксплуатационными расходами и первоначальными затратами является балансирующим действием.

Как CPVC оптимизирует поток промышленной системы

Для сравнения одного материала трубопровода с другим для оптимизации расхода наиболее важным фактором является гладкость внутренней части трубопровода от установки до срока службы.

Коэффициент, используемый для сравнения материалов, представляет собой C-фактор Хейзена Вильямса — чем выше коэффициент, тем ровнее работает труба. Следующая формула используется для расчета скорости воды, потерь напора и перепадов давления, где «C» — это C-фактор материала по Хазену Вильямсу.

CPVC имеет C-фактор 150 при установке, и эта гладкость остается довольно постоянной на протяжении всего срока службы. У нержавеющей стали, однако, коэффициент C при установке равен 130, но он может значительно снизиться в течение срока службы.

Металл более склонен к потере гладкости и консистенции со временем из-за присущей ему склонности к образованию накипи и коррозии.

Посмотрите, как ХПВХ по сравнению с металлом

Оптимизация расхода в промышленной трубопроводной системе является одним из важных факторов эффективной системы. В ресурсной статье «Металл против трубопроводных систем из ХПВХ — может ли ХПВХ превзойти металлические трубы в промышленных применениях?» Наша команда инженеров и экспертов по продукции сравнивает трубы из ХПВХ с металлическими с точки зрения температуры, давления и коррозионной стойкости, стоимости и безопасности.

Использование трубы меньшего размера для увеличения давления воды

В производстве спринклерных систем для газонов существует очень стойкое заблуждение, что использование труб постепенно уменьшающихся размеров в спринклерных системах поможет поддерживать высокое давление воды. Аргумент состоит в том, что по мере того, как вода движется по трубам мимо спринклеров, труба должна становиться меньше, чтобы сжимать воду, чтобы давление оставалось достаточно высоким для работы спринклеров. К сожалению, это неправда.Было бы хорошо, если бы это было так, потому что мы могли бы исключить насосы. Плюс подумайте, сколько денег вы сэкономите на трубе. Чем меньше размер трубы, тем лучше будет работать ваша система! Так почему бы не использовать для труб трубку диаметром 1/4 дюйма или даже 1/8 дюйма? Это действительно повысило бы давление! Звучит немного глупо, если так посмотреть, правда? Ладно, хватит сарказма. Я объясню всю эту неразбериху.

Выжимание воды в трубу меньшего размера не приведет к увеличению давления воды !

Отчасти это заблуждение сохраняется потому, что оно кажется логичным.В поддержку этой идеи чаще всего приводят пример того, что происходит, когда вы держите большой палец над концом шланга. Когда вы нажимаете большим пальцем на отверстие, делая его меньше, вы можете почувствовать, как давление воды на большой палец увеличивается. Если еще сильнее прижать большой палец к концу шланга, отверстие станет еще меньше, и вы почувствуете, что давление еще больше возрастает. Казалось бы, это доказывает, что уменьшение размера отверстия увеличивает давление воды. Таким образом, логично, что использование трубы меньшего размера также увеличило бы давление воды.

К сожалению, с этим примером «большой палец на конце шланга» происходит гораздо больше, чем вы думаете. Когда вода движется по шлангу или трубе, поверхность шланга или трубы оказывает большое сопротивление. Вода движется по шлангу с максимальной скоростью, преодолевая трение. Когда вода достигает конца шланга, на выходе из него остается почти нулевое давление. Так, если у вас есть, скажем, 50 фунтов на квадратный дюйм давления воды в кране шланга, вода будет двигаться по шлангу так быстро, как только может, так что она израсходует почти все эти 50 фунтов на квадратный дюйм давления к тому времени, когда достигнет конца. шланга.Если бы было давление 60 фунтов на квадратный дюйм, вода просто двигалась бы немного быстрее по шлангу, так что к моменту выхода из него она использовала почти все 60 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, практически независимо от давления, почти все давление воды расходуется к тому времени, когда вода течет по шлангу. Природа воды такова, что она обеспечивает наиболее эффективный баланс между скоростью потока и потерей давления. (Обратите внимание, я слишком упрощаю это, чтобы сделать его удобоваримым для обычного человека. Если у вас есть степень в области гидравлики, вы уже знаете все другие связанные вещи об открытии vs.закрытые каналы и эффекты сопла.)

Когда вы кладете большой палец на конец шланга, вы меняете динамику потока в шланге. Ваш большой палец ограничивает поток воды через шланг. Когда большой палец находится на конце шланга, вода течет по шлангу намного медленнее, и в результате потери давления из-за трения намного меньше. Таким образом, когда в шланге теряется меньшее давление, давление на конце шланга, где находится ваш большой палец, увеличивается. Чем сильнее вы сжимаете большой палец, тем сильнее уменьшается поток и тем большее давление вы чувствуете.Но вы не создали НОВОГО давления. Вы просто заменили уменьшенный поток повышенным давлением. Вы легко можете проверить это сами. Возьмите ведро и измерьте, сколько времени потребуется, чтобы заполнить его с помощью шланга с открытым концом. Теперь посчитайте, сколько времени нужно, чтобы заполнить то же ведро, прижав большим пальцем конец шланга. Заполнение займет больше времени, потому что ваш большой палец уменьшил поток! То же самое произошло бы с вашей спринклерной системой, если бы вы использовали меньшую трубу для увеличения давления. Меньшая труба ограничит поток воды.Уменьшение потока уменьшит потерю давления в трубах, что приведет к увеличению давления. Но, конечно, спринклеры не будут работать, потому что они не будут получать необходимый поток! Спринклерам требуется как поток, так и давление.

Хорошо, это объяснение непрофессионала. Но есть также несколько более сложных научных теорий, о которых меня спрашивали в связи с этой темой. Итак, вот несколько очень научных объяснений.

Принцип Бернулли, эффект Вентури и летающие свиньи

Возьмите за это свои мыслительные способности.Как вы хорошо знаете, Принцип Бернулли по существу говорит (перефразируя), что с увеличением скорости жидкости давление этой жидкости уменьшается. Если бы этого не произошло, свиньи не полетели бы *. Очевидно, что когда вы проталкиваете определенное количество воды через трубу меньшего размера, скорость воды должна увеличиваться, чтобы она могла пройти через меньшую трубу. Согласно принципу Бернулли, это уменьшит давление воды на ! Это называется эффектом Вентури. Внезапно проталкивая воду через узкий проход, вы действительно можете создать достаточное снижение давления, чтобы создать всасывание.Так работают многие инжекторы удобрений. Это также еще одна причина, по которой использование трубы меньшего размера не приведет к увеличению давления — оно фактически уменьшит его!

Другой менее распространенный аргумент — размер трубы должен быть уменьшен, потому что поток уменьшается в каждом месте расположения спринклерной головки вдоль трассы трубы. Таким образом, если бы труба оставалась того же размера, скорость в трубе уменьшилась бы, что привело бы к увеличению давления (снова в соответствии с принципом Бернулли). Это действительно хороший, научно обоснованный и точный момент! Таким образом, аргумент состоит в том, что размеры труб должны стать меньше, чтобы поддерживать постоянную скорость и избежать увеличения давления воды.(Вам еще не скучно?) К сожалению, когда вы используете его в качестве аргумента в пользу использования трубы меньшего размера, эта трубка не работает, когда вы выполняете настоящие вычисления. При расходе 7 футов в секунду, который является максимальным рекомендованным безопасным потоком для труб из ПВХ, максимально возможное увеличение давления из-за изменения скорости будет колоссальными 1/3 фунта на квадратный дюйм. Таким образом, теоретически использование трубы меньшего размера устранит этот прирост давления на 1/3 PSI. Но использование трубы меньшего размера, вероятно, также увеличит потерю давления из-за трения, как упоминалось ранее.Падение давления из-за потерь на трение, вероятно, компенсирует большую часть, если не весь выигрыш, который мог произойти из-за уменьшения скорости. Даже если бы этого не произошло, максимально возможное увеличение давления на 1/3 PSI просто незначительно и не было бы замечено. Поэтому я придерживаюсь своего заявления о том, что единственная причина уменьшить размер трубы — это сэкономить деньги.

* Кстати, принцип Бернулли — это то, почему крылья самолета создают подъемную силу, которая помогает самолетам летать. Следовательно, это также причина того, что люди и даже свиньи могут летать!

Основное уравнение в механике жидкостей: ПРИМЕРЫ

Пример непрерывности и уравнения Бернулли.

ПРИМЕР УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛИ

Применение уравнения Бернулли

1) В
вертикальная труба, несущая воду, манометры вставлены в точках A и B
где диаметры труб составляют 0,15 м и 0,075 м соответственно. Точка B — 2,5 м.
ниже A и когда расход по трубе составляет 0,02 куб. см, давление в точке B
на 14715 Н / м 2 больше, чем у А. Предполагая потери в
труба между A и B может быть выражена как где v — скорость в точке A, найти
стоимость к .
Если манометры в A и B заменены трубками, наполненными водой и подключенными
к U-образной трубке, содержащей ртуть с относительной плотностью 13,6, сделайте эскиз, показывающий
как различаются уровни в двух конечностях U-образной трубки и рассчитать значение
это разница в метрах.

Принимая точку отсчета в точке B, уравнение Бернулли принимает следующий вид:

По непрерывности: Q = u A A A = u B A B

давая

Часть ii)

2)
Вентуриметр с входным диаметром 0.3м и а
диаметр горловины 0,2 м используется для измерения объема газа, протекающего через
трубка. Коэффициент расхода счетчика 0,96. Если предположить
удельный вес газа должен быть постоянным и составлять 19,62 Н / м 3 , рассчитать
объемный расход, когда разница давлений между входом и
горловина измеряется как 0,06 м на водяном U-образном манометре.

Что мы знаем из вопроса:

Вычислить Q.

Для манометра:

Для вентуриметра

Комбинируя (1) и (2)

3)
В закрытом резервуаре отверстие 0.025 м в одном из
вертикальные стороны. Резервуар содержит нефть на глубине 0,61 м над центром
отверстие и давление в воздушном пространстве над маслом поддерживается на уровне
13780 Н / м 2 над атмосферным. Определите выделение из
отверстие.
(коэффициент истечения отверстия 0,61, относительная плотность масла
0,9).

Из вопроса

Применить Бернулли,

Возьмите атмосферное давление как 0,

.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *