Как определить скорость течения через трубу

Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

В системе водяного отопления особенно часто у многих встает вопрос: Как вычислить диаметр трубопровода, по которому будет бежать теплоноситель (вода).

Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.

Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:

1. Расход теплоносителя (воды) в трубе.
2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины.

Вот необходимые формулы, которые нужно знать:

Как определить скорость течения через трубу

S-Площадь сечения м2 внутреннего просвета трубы
π-3,14-константа — отношение длины окружности к ее диаметру.
r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м
Q-расход воды м3/с
D-Внутренний диаметр трубы, м
V-скорость течения теплоносителя, м/с

Сопротивление движению теплоносителя.

Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение. Та сила, которая приложена к тому, чтобы остановить движение теплоносителя — является силой сопротивления.

Это сопротивление, называют — потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.

Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.

Извиняйте, но я привык указывать потерю напора в метрах. 10 метров водного столба создают 0,1 МПа.

  • Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.
  • Задача 1.

В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.

Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:

1. Находим сечение
2. Находим расход
  1. Дано:
  2. S=3.14•0,0122/4=0,000113 м2
  3. Q=0,000113•1=0,000113 м3/с = 0,4 м3/ч.
  4. Ответ: 0,4 м3/ч.
  5. Задача 2.

Как определить скорость течения через трубу

Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.

Конечно, в реальности насосы не выдают постоянный расход и не выдают бесконечно большой напор. Поэтому по условию задачи мы условно приняли, что насос качает строго 40 литров в минуту, а напор насоса бесконечно большой.

Ниже я поясню все нюансы подбора диаметра.

  • Решение.
  • Дано:
  • Q=40л/мин=0,000666666 м3/с
  • Из выше указанных формул получил такую формулу.

Как определить скорость течения через трубу

Ответ: 12мм

К сожалению, по такой формуле находить диаметр трубы не разумно и вот почему!

Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:

Как определить скорость течения через трубу

Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.

Чем длиннее труба, тем больше потеря напора.
Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора.
Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора.
Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора.

Такой характеристикой обладают на самом деле не насосы, а жидкости, которые подчиняются гидравлическим законам. Эти законы распространяются не только на насосы, но и на все трубы по которым течет жидкость.

Даже если вода будет истекать из наполненного бака, там тоже будет присутствовать такая вот расходно-сопротивляемая характеристика.

  1. Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:
  2. Потеря напора по длине трубопровода.

  3. А теперь рассмотрим задачу из реального примера.
  4. Хочу сразу Вас уведомить, что для следующей задачи были использованы эти материалы:
  5. Профессиональный расчет диаметра трубы для водоснабжения.
  6. Задача 2:

Как определить скорость течения через трубу

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 труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м3/ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

Дано:

D=100 мм = 0,1м
L=376м
Геометрическая высота=17м
Отводов 21 шт
Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба)
Максимальный расход=90м3/ч
Температура воды 16°С.
Труба стальная железная

Найти максимальный расход = ?

Решение на видео:

  • Купить программу
  • 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.

Как определить скорость течения через трубу

В нашем случае будет такой график:

Как определить скорость течения через трубу

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 м3/час. (90-Qmax=14 м3/ч).

  1. 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.
  2. Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).
  3. Поэтому решаем задачу ступенчато.
  4. Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м3/час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м3/ч.
  5. Находим скорость движения воды
  • Q=45 м3/ч = 0,0125 м3/сек.
  • V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с
  • Находим число рейнольдса

Как определить скорость течения через трубу

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) трубы.

  1. Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.
  2. У меня попадает на вторую область при условии
  3. 10•D/Δэ < Re < 560•D/Δэ
  4. 10•0,1/0,0001 < Re < 560•0,1/0,0001
  5. 10 000 < Re < 560 000

Как определить скорость течения через трубу

  • λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069)0,25=0,0216
  • Далее завершаем формулой:
  • h=λ•(L•V2)/(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 64м3/час
  • Q=64 м3/ч = 0,018 м3/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•V2)/(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 м3/ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

  1. Для проверки проверим:
  2. Q=54 м3/ч = 0,015 м3/сек.
  3. V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с
  4. Re=(V•D)/ν=(1,91•0,1)/0,00000116=164655
  5. λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655)0,25=0,0213
  6. h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.
  7. Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.
  8. А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:
  9. Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:
  10. Подробней об этом в разделе: Местные гидравлические сопротивления
h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

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.

Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

  • Подробней об этом в разделе: Местные гидравлические сопротивления
  • Возьмем ζ = 1.
  • Скорость 1,91 м/с
  • h=ζ•(V2)/2•9,81=(1•1,912)/( 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 м3/час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

h=ζ•(V2)/2•9,81=(1•2,292)/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

  1. Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.
  2. Отмечаем на графике:
  3. Решаем тоже самое только для расхода в 55 м3/ч
  4. Q=55 м3/ч = 0,015 м3/сек.
  5. V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с
  6. Re=(V*D)/ν=(1,91 •0,1)/0,00000116=164655
  7. λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655)0,25=0,0213
  8. h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

h=ζ•(V2)/2•9,81=(1•1,912)/( 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 м3/час. Без отводов Qmax=54 м3/час.

  1. Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:
  2. Скачать калькулятор расчетов гидравлического сопротивления.

Теперь я думаю вам понятно как происходит сопротивление движению потока. Если не понятно, то я готов услышать ваши коментарии по данной статье. Пишите коментарии.

Читайте также:  Марки арболита: классы прочности, плотность

В итоге, на размер диаметра влияют:

1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами
2. Необходимый расход
3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой

Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса. Увеличивать мощность насоса не экономично.

Вычисляем диаметр трубы для отопления

Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления

Расход воды через трубу при нужном давлении

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

Как определить скорость течения через трубу

  • диаметры (ДУ внутреннего сечения),
  • потери напора на рассчитываемом участке,
  • скорость гидропотока,
  • максимальное давление,
  • влияние поворотов и затворов в системе,
  • материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

Как определить скорость течения через трубу

Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер.

Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока.

Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave (http://water-save.com/), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

Как определить скорость течения через трубу

В данной формуле водорасхода:

  • под q принимается расход в л/с,
  • V –  определяет скорость гидропотока в м/с,
  • d – внутреннее сечение (диаметр в см).

Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

Как определить скорость течения через трубу

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

  • длину трубопровода (L),
  • коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
  • вязкость жидкости (ρ).

Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой. 

Как определить скорость течения через трубу

Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов (например: http://allcalc.ru/node/498; https://www.calc.ru/gidravlicheskiy-raschet-truboprovoda.html). Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

  1. способа расчёта сопротивления,
  2. материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии,
  3. внутреннего диаметры,
  4. длины участка,
  5. падения напора на каждый метр трубопровода.

В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

  • новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
  • с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
  • с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

Читайте далее

Оставьте комментарий и вступите в дискуссию

Скорость воды в трубопроводе: факторы и расчеты

Сооружая автономную водопроводную сеть для частного дома, необходимо задуматься о достаточно большом количестве параметров, которые сделают водопровод сетью, работающей долгое время и не требующей больших затрат на ее обслуживание. Один из важных факторов – скорость движения воды в трубопроводах водоснабжения.

Почему скорость должна быть определенного значения

Как определить скорость течения через трубуСкорость воды в трубах учитывают при выборе материала и диаметра трубопровода

Если скорость недостаточная, на стенках труб будут осаждаться нерастворенные частицы, которые поступают с водой из скважины или колодца. Это приведет к заиливанию и уменьшению проходного сечения. В результате снизится напор и производительность всей системы в целом.

Если скорость воды в водопроводе большая, это приводит к увеличению давления перекачиваемой жидкости на стенки труб и их стыки. Велика вероятность, что в каком-то месте трубопровода со временем произойдет протечка.

Типовые значения скорости

Существуют рекомендованные значения скорости водяного потока в трубах водоснабжения, которые зависят от материала, из которого водопроводные трубы изготовлены, новые они или уже были в эксплуатации. Вот несколько зависимостей, которые помогут сделать правильный выбор.

Скорость в пластиковой трубе м/сек Скорость в стальной трубе, м/сек
новая старая
50 22 0,7 0,062
100 11 0,74 0,068
200 7,6 0,82 0,076

Скорость напрямую зависит и от диаметра труб. При этом любые жидкости, движущиеся по трубам, подчиняются законам физики. В водопроводе эти законы стремятся остановить движение воды. Сила, которая к этому прикладывается, называется силой сопротивления. Она ведет к потерям напора, а соответственно и к снижению скорости.

Обычно формулу скорости потока воды в трубопроводах, как таковую, не применяют нигде. Потому что нет смысла рассчитывать то, что уже доказано и находится в свободном доступе в таблицах. Ее принимают, как стандартную рекомендованную величину.

Сам параметр скорости потока воды в трубопроводах применяют для расчета нескольких характеристик водопроводной сети. К примеру, при расчете расхода воды или выбора диаметра труб.

Под водопроводом надо понимать сети питьевой воды, горячего водоснабжения и противопожарной системы.

Примеры расчетов

Как определить скорость течения через трубуЧаще с помощью скорости рассчитывают расход воды или диаметр труб. Для этого используют формулу:

W= V×S, где W – расход, V – скорость, S – площадь сечения выбранных труб.

По одной из таблиц выбирается скорость движения воды. Если это пожарный водопровод, в нем данный параметр должен быть в пределах 3 м/с. Достаточно большое значение, но для водопровода этого типа величина усредненная, бывает и больше.

К примеру, надо рассчитать сечение трубы. Для этого дополнительно нужно определиться, сколько воды будет расходоваться через спринклеры или дренчеры противопожарной системы. Это также табличная величина, зависящая от защищаемой площади здания или сооружения. Пусть это будет пожарная система в одну струю, в которой обычно расход составляет 3,5 л/сек или 0,0035 м³/час.

  • Зная все требуемые параметры водопровода, можно рассчитать сечение труб, которые будут монтироваться в сеть:
  • S=W/V=0,0035:3 = 0,0012 м².
  • Зная сечение трубы, можно подсчитать ее диаметр. Формула площади такова: S=πD²/4, отсюда формула диаметра:

D=√4S/π=√(4×0,0012:3,14)=0,0038 м или 38 мм. Такого значения диаметра труб не существует, поэтому надо выбрать стандартное большее — 40 мм.

Это самый простой пример. В реальности большинство водопроводных систем – это сложные схемы, в которых присутствуют отводы, подсоединяемые участки, установленная запорная арматура и прочие препятствия, которые снижают быстроту движения воды в водопроводе.

При этом во многих сетях установлены насосные станции, которые формируют производительность и напор.

Нередко в систему устанавливаются насколько насосных агрегатов, которые работают попеременно: по два, по три, по одному, в разных последовательностях включения и отключения.

В таких случаях расчет проводят ступенчато, для каждого участка по отдельности. При этом обязательно учитываются дополнительные коэффициенты, которые нивелируют полученные значения, а также потери напора на фитингах и в местах установки запорной арматуры.

Читайте также:  Монтажник технологических трубопроводов обучение в волгограде

Скорость потока

Как определить скорость течения через трубуСкорость воды в трубе имеет два значения: у стенок она равна нулю, у оси — максимальный параметр. Чем дальше от оси, тем слабее движется вода.

Если рассматривать цилиндр, по которому движется жидкость, как воображаемую модель, можно сказать, что на воду внутри трубы не будут действовать никакие силы. Но в реальности все не так. Первая сила, которая действует на водяной поток, — сила трения о внутренние стенки трубопровода. Она уменьшается с отдалением от стенок.

Вторая сила – нагнетающая, действующая от насоса в направлении движении потока. Если этот параметр всегда неизменный, течение жидкости внутри трубы происходит ламинарно. Скорость остается неизменной, у стенок она равна нулю. Это идеальная ситуация.

На практике так случается редко. Факторов для этого много, к примеру, включение и отключение насоса, засорение фильтра и так далее. В таком случае у стенок трубопроводов скорость изменяется резко: то больше, то меньше с иногда огромной разницей. В остальной части эта характеристика изменяется меньше.

Многие интернет-порталы предлагают калькуляторы, с помощью которых можно рассчитать скорость потока жидкости, проходящей через цилиндр. Для этого потребуется всего лишь два параметра:

  • внутренний диаметр трубы в мм;
  • производительность водопровода, а точнее, объем жидкости, проходящей через трубу за определенный промежуток времени (м³/час).

Но в таких калькуляторах не учитывается материал, из которого трубы изготовлены, а также наличие или отсутствие фитингов, дополнительных контуров и запорной арматуры. Эти расчетные сервисы можно взять за основу, но точного значения от них ждать не стоит.

Решая вопрос, связанный со скоростью перемещения водного потока внутри водопроводной сети, необходимо четко определиться со сложностью системы, производительностью насосных станций и видами используемых труб. Проще всего – подобрать это значение по таблице, в которой показатели давно рассчитаны и гарантированно достоверны.

Какой диаметр трубы нужен в зависимости от расхода и давления

  • Как определить скорость течения через трубуДля того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.
  • От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.
  • В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.

Как рассчитать необходимый диаметр трубы

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

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

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

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

С помощью формул ниже можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода жидкости.

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

  •  Диаметр трубы;
  • Скорость потока.

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

  1. Как определить скорость течения через трубу
  2. Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:
  3. d = √(4Q/Πw)
    Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
    d – диаметр трубопровода, м
  4. w – скорость потока, м/с

Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода

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

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

На габариты трубопровода влияют также возможные скачки давления.

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

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

Такое увеличение связано с несколькими показателями:

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

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

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

Скорость воды в трубопроводе формула

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

Формула расхода воды

  • В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:
  • Расход воды через трубу таблица
  • Как определить скорость течения через трубу

Зависимость расхода от давления

Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть — от перепада давления. Формула выводится просто.

Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость.

С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT — квадратный корень.

Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.

64)² для турбулентного (здесь lg — десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения.

И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.

Онлайн-калькулятор потерь напора в зависимости от расхода жидкости и сечения трубопровода

Зачем нужен этот калькулятор?

Калькулятор умеет рассчитывать потери напора в метрах в зависимости от длины и диаметра вашего трубопровода, а также объемного расхода жидкости. Зная потери напора, вы сможете более точно подобрать нужный насос под вашу задачу. 

Наш калькулятор использует формулу расчета одного немецкого института гидродинамики. Из всех протестированных нами формул эта в наибольшей степени соотносится с нашим собственным опытом. 

Чтобы воспользоваться калькулятором, введите исходные данные, потом нажмите кнопку «Рассчитать».  Ниже этой кнопки будут показаны результаты расчета.  

Подробнее о заполнении полей калькулятора 

Поясним чуть подробнее как заполнить исходные данные. 

  • Внутренний диаметр трубопровода Измеряется в миллиметрах. Лучше измерять диаметр труб непосредственно штангенциркулем, а не ориентироваться на справочные данные. Также обратите внимание на то, что диаметр требуется именно внутренний. В каталогах труб часто указывают номинальный диаметр труб, который чуть больше, чем внутренний. 
  • Длина трубопровода Измеряется в метрах. Длина трубопровода — это сумма длин всех прямых участков трубы, а не расстояние между начальной и конечной точкой. К примеру, если у вас труба идет 10 метров по земле, а затем поднимается на 3 метра вверх, и идет 2 метра в обратном направлении, то в калькулятор нужно занести число 15. Это важно учитывать на предприятиях, где трубы часто обходят препятствия и имеют технологические изгибы.
  • Расход жидкости В этом пункте вы самостоятельно можете выбрать единицы измерения: литры в минуту или кубометры в час. Расход жидкости — это количество жидкости, которое протекает через трубу за определенное время. Например, если 60 литровая бочка наполняется водой за 1 час, значит расход воды составляет 60 литров в час или 1 литр в минуту.
  • Перекачиваемая жидкость Для удобства в калькулятор уже занесены данные по кинематической вязкости некоторых жидкостей при температуре 20 °C. Если ваша жидкость присутствует в перечне, то просто выберите ее из выпадающего списка. Данные кинематической вязкости в поле ниже заполнятся автоматически. Если вашей жидкости в списке нет, то выберите пункт «Другая жидкость», после чего у вас появится возможность редактировать поле «Кинематическая вязкость» вручную. Кроме того, если температура перекачиваемой жидкости меньше 15 °С или больше 25 °С, то значение кинематической вязкости тоже лучше ввести вручную.
  • Кинематическая вязкость Измеряется в квадратных метрах в секунду. В большинстве случаев это поле заполняется автоматически. Однако если у вас есть данные по вязкости, лучше укажите это значение вручную. Для этого нужно выбрать в поле выше пункт «Другая жидкость», после чего откроется возможность ручного редактирования кинематической вязкости. Данные о кинематической вязкости можно взять из специализированных таблиц или измерить непосредственно при помощи вискозиметра. Обратите внимание, что вязкость сильно зависит от температуры жидкости — измеряйте ее при той же температуре, при которой она будет находиться в трубах. В данном калькуляторе используется система СИ, поэтому вводите данные именно в квадратных метрах в секунду. В таблицах данные часто указывают в сантистоксах: 1 сСт = 0.000001 м²/с. Не запутайтесь в количестве нулей!
  • Материал внутренней поверхности трубопровода Калькулятор содержит справочник материалов, из которых надо выбрать материал внутренней стенки трубопровода. Это нужно для определения шероховатости внутренней поверхности трубы. Если вы знаете шероховатость, то лучше указать ее вручную, выбрав пункт списка «Указать шероховатость вручную». После чего вам станет доступно для редактирования поле «Шероховатость внутренней поверхности».
  • Шероховатость внутренней поверхности Измеряется в условных миллиметрах. Эти данные можно взять из специализированных справочников. 
Читайте также:  Светильник из пластиковых труб человечек

Результаты расчёта

После того, как вы заполните данные, нажмите кнопку «Рассчитать». Калькулятор отобразит следующие показатели:

  • Площадь поперечного сечения трубопровода Рассчитывается в квадратных метрах. Этот показатель полезен для дальнейших расчетов.
  • Относительная шероховатость трубопровода Измеряется в условных миллиметрах. Этот показатель может отличаться от номинальной шероховатости, но может и совпадать с ней. Он пригодится для ручных расчетов.
  • Скорость течения жидкости Измеряется в метрах в секунду. Это средняя скорость каждой частицы жидкости вдоль оси трубопровода. Скорость у стенок трубопровода может отличаться.
  • Число Рейнольдса Указывает на точность проводимых измерений и на вид течения жидкости. Чем меньше это число, тем точнее измерения. Но погрешность нарастает медленно, поэтому вплоть до сотен тысяч расчеты можно считать точными.  
  • Режим течения Важный показатель. Выделяют три режима: ламинарный — расчеты в этом режиме достаточно точные, а потери на трение не велики. Всегда стремитесь к тому, чтобы ваша жидкость текла в ламинарном режиме. Турбулентный режим — в этом случае точность расчетов еще на достаточном уровне, но в турбулентном режиме значительная часть энергии потока жидкости будет тратиться внутреннее трение, турбулентность и нагрев. Эксплуатировать трубы в таком режиме можно, но КПД системы будет на несколько процентов ниже, чем в ламинарном режиме. Переходный же режим характеризуется тем, что в перекачиваемой жидкости периодически возникают и угасают турбулентные колебания. Гарантировать точность расчетов в таком режиме нельзя. Если ваша система уже работает в переходном режиме, то выбирайте насос с большим запасом по мощности. Если же вы только проектируете систему, то избегайте переходного режима — измените диаметр труб либо на больший, либо на меньший.
  • Коэффициент гидравлического трения Безразмерный показатель, используемый при расчете гидравлических систем.
  • Потери напора по длине Это ключевой показатель, для расчета которого калькулятор и создавался. Потери измеряются в метрах водяного столба. Показатель напора отвечает на вопрос: насколько метров жидкость может подняться вверх. Он нужен для правильного подбора насоса. 

Обратите внимание:

1. Любой калькулятор потерь напора (в том числе и этот) дает погрешности при вычислениях. Поэтому сделанный расчет должен быть подкреплен практической проверкой. Если вы нашли очевидную ошибку или неточность в расчетах нашего калькулятора, пожалуйста, сообщите нам на электронную почту.  

2. Калькулятор рассчитывает потери давления жидкости без учета изменения высоты труб. Подробнее об этом будет указано в конце статьи.

Пример расчета потери напора для подбора насоса

Допустим, мы хотим подобрать насос для двухэтажного дома. Нам нужно, чтобы на втором этаже могла работать стиральная машина, для которой нужно обеспечить давление в 6 м.в.ст.

Источником воды будет колодец или скважина, глубиной 10 метров. Сам насос будет располагаться на уровне воды.

Начертим эскиз водопровода и укажем все известные нам размеры: расстояние от скважины до дома 15 метров, расстояние от земли до места установки стиральной машины 5 метров. 

Как определить скорость течения через трубу

Сложив все эти величины, получаем длину трубопровода 30 метров. Вводим это значение в калькулятор. Заполняем остальные значения: в нашем случае внутренний диаметр труб будет 15 мм.

В качестве значения расхода воды укажем максимальное потребление для стиральной машины — 30 литров в минуту. В качестве жидкости у нас будет выступать вода, а в качестве труб — полипропилен.

Нажимаем кнопку рассчитать, и получаем потери напора в 22 метра водяного столба. 

Но это еще не окончательный ответ. Из рисунка выше видно, что в нашем случае насос должен поднять воду на высоту 15 метров (10 метров высота скважины и 5 метров — высота дома). Значит к 22 м.в.ст. нужно добавить еще 15 метров высоты.

Общие потери напора, с учетом подъема воды из скважины до высоты второго этажа составят 22+15=37 метров водяного столба. Однако, если взять насос с максимальным напором в 37 м.в.ст. он сможет лишь поднять воду до уровня стиральной машины. Впускной клапан стиральной машины, по условиям нашей задачи, требует как минимум 6 м.в.ст.

избыточного давления. Их тоже нужно прибавить к результату: 37+6=43 метра водяного столба. 

Вот теперь мы можем подобрать насос для данного водопровода: нам подойдут любые модели, способные обеспечить напор более 43 метров водяного столба.  

Но, обратите внимание на получившуюся цифру: при длине линии в 30 метров у нас на одно только трение теряется аж 22 метра напора. Если трубы еще не проложены, то стоит выбрать диаметр труб побольше. Посмотрим, что будет, если мы всего на треть увеличим диаметр трубы. Диаметр у нас был 15, а теперь возьмем трубы диаметром 20 мм. Остальные данные оставим теми же. 

Как определить скорость течения через трубу

Нажимаем кнопку «рассчитать» и получаем потери давления — чуть более 6 метров водяного столба. Значит мы сократили потери напора с 22 до 6 метров.

Прекрасный результат! Не забудем прибавить к этой цифре 15 метров подъема по высоте и 6 метров давления, которое мы хотим видеть на выходе из трубопровода: 6+15+6=27 метров водяного столба.

Получается, что увеличив диаметр труб всего на треть, мы можем существенно снизить требования к насосу. В нашем случае, для сечения труб ⌀ 20 мм нам подойдет любой насос с рабочим давлением более 27 метров водяного столба. 

Расчет потери напора сделан. Как теперь подобрать насос?

Когда известны расчетные параметры трубопроводной сети, можно подобрать насос онлайн, пользуясь нашим каталогом. Для подбора насоса онлайн вам необходимо будет указать желаемую производительность насоса и его напор (давление). Подробнее об онлайн-подборе насосов на нашем сайте написано здесь. 

Как вариант, вы всегда можете позвонить нам или написать на электронную почту, чтобы переложить подбор насоса на наших приветливых и заботливых менеджеров по продажам. 

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector