Содержание
Формула расчета скорости потока жидкости в трубе
В случае водопроводных и газовых труб мы имеем дело с не вполне обычной системой измерений. Для соответствующих трубопроводов в качестве основного параметра используется несколько непривычное понятие условного прохода, или условного диаметра (ДУ). Он измеряется как в дюймах, так и в миллиметрах; одна и та же ВГП труба может продаваться как 1 1/4 дюйма или ДУ32 мм.
Справка: в качестве меры длины в этом случае используется британский дюйм, равный 2,54 сантиметра. При пересчете дюймов в миллиметры следует учитывать предусмотренный ГОСТ шаг условных диаметров; так, в приведенном выше случае простой пересчет 1 1/4 дюйма в миллиметры даст не 32, а 1,25х2,54=31,75 мм.
Приведем предусмотренные ГОСТ 3262-75 размеры водогазопроводных труб.
Условный проход (ДУ), мм | Фактический наружный диаметр, мм |
15 | 21,3 |
20 | 26,8 |
25 | 33,5 |
32 | 42,3 |
40 | 48,0 |
50 | 60,0 |
65 | 75,5 |
80 | 88,5 |
90 | 101,3 |
100 | 114,0 |
125 | 140,0 |
150 | 165,0 |
Поскольку толщина стенок варьируется в пределах одного типоразмера (трубы производятся легкими, обыкновенными и усиленными), можно сказать, что ДУ в общем случае близок к внутреннему диаметру, но, как правило, не равен ему.
Условный проход близок к внутреннему диаметру трубы.
Сечение
При строительстве водопроводов используются, за редким исключением, трубы круглого сечения.
Тому есть две весьма веских причины.
- У круглой трубы минимальная площадь стенок при максимальной площади сечения. Стало быть, цена погонного метра трубопровода при фиксированной толщине стенки будет минимальной – просто из-за меньшего расхода материала.
- Круглое сечение обеспечивает максимальную прочность на разрыв. Дело в том, что сила, с которой внутренняя среда с избыточным давлением давит на стенки, прямо пропорциональна их площади; а площадь, как мы уже выяснили, минимальна именно у круглой трубы.
Магистрали высокого давления всегда имеют круглое сечение.
Площадь внутреннего сечения вычисляется по формуле S=Pi*R^2, где S – искомое значение площади, Pi – число “пи”, приблизительно равное 3,14159265, а R – радиус (половина внутреннего диаметра). Скажем, у трубы с внутренним диаметром 200 мм сечение будет равно 3,14159265х(0,1^2)=0,031 м2.
Поскольку течение жидкости в круглой трубе не всегда связано с заполнением всего ее объема, при расчетах нередко используется понятие “живого сечения”. Так называют площадь сечения потока. Скажем, при заполнении трубы ровно наполовину она будет равна (Pi*R^2)/2 (в приведенном выше примере – 0,031/2=0,00155 м2).
Живое сечение для напорной, самотечной канализации и для лотка.
Объем
Давайте выясним, чему равен объем жидкости в трубе. С точки зрения геометрии любая труба представляет собой цилиндр. Его объем рассчитывается как произведение площади сечения и длины.
Так, при площади сечения 0,031 м2 объем жидкости в полностью заполненном трубопроводе длиной 8 метров будет равен 0,031х8=0,248 м3.
При частично заполненной трубе для расчета используется среднее живое сечение. При постоянном уклоне и расходе движение жидкости по трубам будет равномерным; соответственно, живое сечение будет одинаковым на всех участках безнапорного трубопровода.
Расход
Разберемся, как выглядит расчет расхода жидкости через трубу. Задача имеет большую практическую ценность: она непосредственно связана с расчетами водопроводов при известном количестве сантехнических приборов.
Должны огорчить вас: простой и универсальной методики расчета не существует. Почему?
Просто потому, что при выполнении полного гидродинамического расчета своими руками нужно учитывать огромный ряд факторов:
- Коэффициент трения внутренней поверхности трубы. Очевидно, что шероховатая, покрытая отложениями сталь будет оказывать движению воды куда большее сопротивление, чем гладкий полипропилен.
Снимок позволяет оценить зарастание стальной трубы.
- Длина трубопровода. Чем большее расстояние предстоит пройти жидкости, тем большим будет падение напора из-за торможения потока о стенки, тем сильнее уменьшится расход.
- Диаметр трубопровода влияет на течение вязкой жидкости по трубам куда более сложным образом, чем это может показаться. Чем меньше сечение, тем большее сопротивление труба оказывает потоку. Причина – в том, что с уменьшением диаметра изменяется соотношение ее внутреннего объема и площади стенок.
Обратите внимание! В толстом трубопроводе ближняя к стенкам часть потока выполняет роль своеобразной смазки для его внутренней части. В тонком же толщина слоя этой смазки оказывается недостаточной.
- Наконец, каждый поворот трубопровода, переход диаметра, каждый элемент запорной арматуры тоже влияет на расход жидкости в нем, тормозя поток.
Повороты и элементы запорной арматуры вызывают падение напора.
Нужно понимать, что все перечисленные факторы влияют на результат вовсе не на единицы процентов: скажем, для новой стальной трубы с полированной внутренней поверхностью и для заросшей отложениями (даже без учета падения просвета) гидродинамическое сопротивление отличается более чем в 200 раз.
Для профессионалов все необходимые для гидравлического расчета трубопровода с учетом его полной конфигурации, материала и возраста данные приводятся в таблицах Ф.А. Шевелева. На основе этих таблиц создано много онлайн-калькуляторов, позволяющих выполнить расчет с той или иной степенью достоверности.
Есть, однако, одна лазейка, позволяющая существенно упростить самостоятельные расчеты. При расходе жидкости через отверстие, пренебрежимо малое по сравнению с подводящей жидкость трубой (что, собственно, мы и наблюдаем при работе большинства сантехнических приборов), действует закон Торричелли.
Эванджелиста Торричелли, один из основоположников гидродинамики.
Согласно этому закону, в описанном случае действует формула V^2=2gH, где V – скорость потока в отверстии, g – ускорение свободного падения (9,78 м*с^2), а H – высота столба над отверстием или, что то же самое, напор перед ним.
Справка: 1 атмосфера (1 кгс/см2) соответствует напору водяного столба в 10 метров.
Как скорость потока в отверстии увязывается с расходом? В нашем случае инструкция по расчету проста: через отверстие с площадью сечения S пройдет объем жидкости, равный произведению S на скорость потока V.
Давайте в качестве примера рассчитаем расход воды через отверстие диаметром 2 сантиметра при напоре в 10 метров, соответствующем одной атмосфере избыточного давления.
- V^2=2 х 9,78*10 = 195,6
- V равно квадратному корню из 195,6. Результат (13,985706 м/с) для простоты расчетов округлим до 14 м/с.
- Площадь сечения отверстия с диаметром в два сантиметра согласно приведенной выше формуле равна 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2.
- Расход, стало быть, будет равным 0,000314159265*14=0,00439822971 м3/с. Для удобства переведем его в литры: поскольку 1 кубометр равен 1000 литров, в сухом остатке будет результат в 4,4 литра в секунду.
Для полноты картины приведем некоторые справочные данные.
Сантехнический прибор | Средний расход воды, л/с |
Умывальник с водоразборным краном | 0,1 |
Умывальник со смесителем | 0,12 |
Мойка со смесителем | 0,12 |
Ванна со смесителем | 0,25 |
Биде со смесителем и аэратором | 0,08 |
Сливной бачок унитаза | 0,1 |
Посудомоечная машина (набор воды) | 0,3 |
Автоматическая стиральная машина | 0,25 |
Заметьте: при последовательном подключении все задействованные приборы создают нагрузку на общую подводку.
Движение жидкостей по трубам
Как следует из уравнения Бернулли, для компенсации потерь энергии (потерь напора) энергия в начале потока должна быть больше, чем в конце.
Источники энергии потока жидкости. Начальную энергию создают в форме удельной потенциальной энергии положения (геометрического напора) либо удельной потенциальной энергии давления (пьезометрического напора).
Потенциальную энергию положения запасают в напорных баках (рис. 6.8, б), поднимая жидкость в поле сил тяжести на некоторую высоту , которая и является начальным геометрическим напором.
Если на поверхности жидкости в замкнутом аппарате создать давление газа (рис. 6.8, б), то удельная потенциальная энергия давления также обеспечит движение жидкости в трубопроводе. Такие аппараты называют монтежю.
Наиболее часто энергию в начале трубопровода создают насосом (рис. 6.8, в). Насос — это гидравлическая машина, предназначенная для передачи энергии потоку жидкости. Основная доля этой энергии — потенциальная энергия давления и частично — кинетическая.
Потери напора по длине потока. Когда передвигают книгу по столу, то затрачивают энергию на преодоление силы трения о стол. При движении жидкости энергия будет затрачиваться на преодоление сил трения в жидкости. Экспериментально доказано, что при движении жидкости на стенке трубы образуется тончайший неподвижный слой этой жидкости. Поэтому даже на стенке трубы сохраняется жидкостное трение.
Рис. 6.8. Источники энергии, обеспечивающие движение жидкости по трубам: а — напорный бак; б — монтежю; в — насос; — геометрический напор; — давление на поверхности жидкости |
Потери напора на трение по длине трубы определяют по формуле:
где — коэффициент трения; l — длина трубы; d — ее диаметр: v2/(2g) — скоростной напор.
Очевидно, что чем больше длина трубы /, тем значительнее затраты энергии (напора) на преодоление трения. И наоборот, с увеличением диаметра трубы d затраты энергии уменьшаются, так как поверхность трения становится относительно меньше.
Значения коэффициента трения , приводимые в справочниках, зависят от режима течения жидкости, определяемого числом Рейнольдса, а в случае развитого турбулентного течения — и от степени шероховатости трубы.
Влияние шероховатости на величину потерь напора обусловлено образованием вихрей на выступах неровностей трубы, что требует затрат некоторой доли энергии потока. Различают абсолютную и относительную шероховатость.
Абсолютная шероховатость (е) — это высота выступов неровностей на стенках трубы. Она зависит от материала и способа изготовления трубы. Значения абсолютной шероховатости приводятся в справочниках.
Относительная шероховатость — это отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы (e/d). При определении коэффициента трения обычно используют обратную величину — характеристику шероховатости (d/e).
При увеличении шероховатости возрастает число вихрей и повышаются потери напора. Например, потери напора в чугунной трубе больше, чем в стеклянной, при прочих равных условиях.
Потери напора на местных сопротивлениях. В трубопроводе скорость жидкости может изменяться по величине и направлению из-за наличия поворотов канала, сужений, установки различных регулирующих устройств и т.д. На таких участках, называемых местными гидравлическими сопротивлениями, вследствие инерции жидкость отрывается от стенок и образуются вихревые зоны. На формирование вихрей затрачивается часть энергии потока. Примерами местных сопротивлений могут служить внезапное расширение потока и плавный поворот (отвод) трубы, показанные на рис. 6.9. В первом случае изменяется значение скорости, во втором — ее направление.
Рис. 6.9. Примеры местных гидравлических сопротивлений- I — внезапное расширение потока- I — плавный поворот (отвод) трубы |
Потери напора на отдельном местном сопротивлении определяют по формуле
где — коэффициент местного сопротивления. Величина зависит от вида местного гидравлического сопротивления (ее значения опубликованы в справочной литературе).
Полные потери напора в трубопроводе. Производственные трубопроводы разнообразны как по расположению в пространстве, таки по оснащению их устройствами управления и вспомогательным оборудованием.
Устройства управления служат для регулирования расхода жидкости или полного перекрытия потока (кран, вентиль, задвижка), ограничения давления в трубопроводе (предохранительный клапан), пропускания жидкости лишь в одном направлении (обратный клапан) и других целей.
К вспомогательным устройствам, устанавливаемым на трубопроводах, относятся очистители жидкости (фильтры), гидроаккумуляторы (устройства для погашения гидравлического удара) и др.
Все элементы трубопроводов на гидравлических схемах имеют условные стандартные изображения. Саму трубу изображают сплошной линией.
На рис. 6.10 представлен пример схемы простого трубопровода. Его начало помечено цифрой 1, а конец — цифрой 2. Высота подъема жидкости обозначена . Движение жидкости по трубопроводу сопровождается потерями напора одновременно по длине и на местных сопротивлениях. Их суммирование позволяет определить полные потери напора в трубопроводе. Для приведенной схемы
Рис. 6.10. Пример схемы простого трубопровода: 1,2— соответственно начало и конец трубопровода; , р2 — давления; Т — трубопровод (гидролиния); 3 — задвижка; ОК — обратный клапан; Ф — фильтр; — высота подъема жидкости; — объемный расход жидкости |
где , — потери напора по длине (на трение); — потери на одном отводе — плавном повороте (всего их два); — на преодоление сопротивления трубопроводной арматуры — задвижки, обратного клапана и фильтра; — потери напора на выходе из трубы в резервуар. Заметим, что место выхода из трубы является частным случаем внезапного расширения, когда скорость жидкости падает до нуля (в резервуаре).
Потребный напор. Пьезометрический напор в начале трубопровода , необходимый для пропускания по нему жидкости с заданным расходом, называют потребным напором . Исходя из его значения подбирают марку насоса.
Обеспечение потребного напора (удельной энергии) в трубопроводе сопряжено с подъемом жидкости на высоту , созданием необходимого пьезометрического напора в конце трубопровода преодолением общих потерь напора в трубопроводе. Эти затраты удельной энергии можно представить в следующем виде;
Трубопровод, схема которого приведена на рис. 6.10, называют простым, так как он не имеет ответвлений. Трубопроводы с ответвлениями называют сложными.
В производственной практике применяют два основных вида сложных трубопроводов: с параллельным соединением труб и сложный тупиковый трубопровод.
Пример схемы параллельного соединения труб представлен на рис. 6.11. Здесь общий магистральный поток жидкости с расходом разделяется в точке М на параллельные потоки с расходами в ветвях, равными и . В точке N потоки сливаются. Очевидно, что расход в магистрали равен сумме расходов в ветвях:
Рис. 6.11. Пример схемы параллельного соединения труб: М, N — точки разделения и соединения потока жидкости; , , — расходы жидкости в общем магистральном потоке и ветвях; 3 — задвижка; ОК — обратный клапан |
Потери напора в ветвях одинаковы, так как они представляют собой разность напоров в точках М и N, общих для обеих ветвей: |
Рис. 6.12. Пример схемы сложного тупикового трубопровода: АВ — магистраль; ВС , CD — ветви; — расход жидкости в магистрали; , — расходы жидкости в ветвях; — высота конечных точек ветвей; 3 — задвижка |
Это равенство справедливо, даже если ветви имеют неодинаковую длину и диаметр, а также разные местные гидравлические сопротивления. При этом значения расходов и устанавливаются автоматически.
В сложном тупиковом трубопроводе (рис. 6.12) магистральный поток (участок АВ) разделяется на два потока (ветви ВС и BD). Очевидно, что сумма расходов в ветвях трубопровода равна расходу в магистрали;
При решении практических задач обычно известны расходы в ветвях, напоры в конечных точках ( и HD) и пространственное размещение трубопровода, включая высоты конечных точек ( и ). Кроме того, известны геометрические параметры (длина и диаметр) труб, коэффициенты местных сопротивлений и свойства жидкости (плотность и вязкость). Общая задача, как правило, сводится к определению потребного напора в точке А. Его значение, а также расход нужно знать для подбора насоса.
При определении потребного напора весь сложный трубопровод разбивают на простые участки (АВ, ВС и BD) и находят необходимые параметры в отдельных точках схемы, начиная рассмотрение с конечных точек (С и D) и двигаясь навстречу потоку.
На приведенной схеме (см. рис. 6.12) напор в точке В одинаков для простых участков ВС и BD. При разных расходах и иных параметрах ветвей расчетные значения потребного напора (см. формулу (6.7)) для ветвей неодинаковы. Для проведения дальнейших расчетов выбирают наибольшее из полученных значений .
При определении потребного напора в начале магистрали из схемы условно отбрасывают ветви ВС и BD. Далее расчет проводят, как для простого трубопровода АВ при известном напоре в конце его, равном .
Для достижения требуемых расходов и 1 ветвях или получения необходимого соотношения этих расходов используют задвижки 3, встроенные в ветви.
Устройства для измерения расхода. На производственных установках расход жидкости измеряют с помощью сужающих устройств — дроссельных расходомеров. Наиболее простое по конструкции и широко распространенное устройство — диафрагма. Схема измерения расхода с помощью диафрагмы приведена на рис. 6.13.
Диафрагма представляет собой диск с отверстием определенной формы. Ее зажимают между усреднительными камерами, которые необходимы для повышения точности измерения. К этим камерам подсоединяют дифференциальный манометр для измерения разности давлений до и после диафрагмы.
В сечении 1-1, до сужения потока, его скорость равна а давление в этом сечении — . При сужении потока в сечении 2-2 его скорость возрастает до величины . Другими словами, увеличивается скоростной напор, или удельная кинетическая энергия. Согласно уравнению Бернулли давление в сечении 2-2 становится меньше, чем в сечении 1-1. Появляется разность давлений и соответствующая ей разность уровней жидкости , измеряемая манометром.
Зависимость разности давлений от расхода жидкости представляют графически в форме градуировочной кривой, прилагаемой к каждой конкретной диафрагме. С помощью такой кривой по показаниям прибора можно определить расход жидкости.
Рис. 6.13. Схема измерения расхода с помощью диафрагмы: 1-1, 2-2 — сечения потока; , и , — соответственно давления в жидкости и скорости потоков в указанных сечениях; — разность уровней жидкости в дифференциальном манометре |
Гидравлический удар. Явление гидравлического удара возникает в трубопроводах при резкой остановке потока жидкости. До сих пор мы пренебрегали ее сжимаемостью, считая, что при изменении давления объем жидкости не меняется. Но при гидравлическом ударе пренебрегать этим свойством жидкости нельзя.
Как возникает гидравлический удар? Рассмотрим простейшую трубопроводную схему (рис. 6.14). В горизонтальной трубе 2 жидкость движется под действием постоянного геометрического напора го, создаваемого в водонапорной башне 1. При этом давление на входе в трубу также постоянно и равно .На трубопроводе установлен кран К, с помощью которого можно перекрыть поток.
При резком закрывании крана внезапно остановится та часть жидкости, которая находится в слое толщиной , прилегающем к крану. Остальная часть жидкости по инерции продолжает движение, сжимая остановившийся слой. При сжатии в слое возрастает давление. Останавливается следующий слой и т.д. Происходит сжатие слоев и повышение давления в направлении от крана ко входу в трубу — распространяется «положительная» волна давления. Ее скорость соответствует скорости звука — скорости распространения упругих колебаний в данной жидкости.
Наконец, вся жидкость в трубе остановилась. Давление в ней повысилось и стало больше начального значения на входе в трубу. Возникла разность давлений, под действием которой жидкость потекла обратно, начиная со слоя, примыкающего ко входу в трубу. ; При оттоке жидкости в трубе понижается давление. Образуется «отрицательная» волна давления, распространяющаяся со скоростью звука. Смена давлений в трубе происходит как колебательный процесс с постепенным затуханием до полной остановки жидкости.
Давление, возникающее в трубе при полной остановке потока, определяют по формуле Жуковского
Рис. 6.14. Схема возникновения гидравлического удара в трубе: 1 — водонапорная башня; 2 — труба; К — кран; — геометрический напор; в — скорость потока; — толщина остановившегося слоя жидкости |
где v — начальная скорость потока; с — скорость звука в данной жидкости.
В качестве примера определим давление, возникающее в трубе в результате гидравлического удара, если жидкость (вода) имеет плотность р = 1000 кг/м3 и начальную скорость движения v = 2 м/с. Скорость звука в воде примем равной с = 1500 м/с. Тогда давление составит = 1000 • 2 • 1500 = 3 000 000 Па (3 МПа). Если предположить, что труба рассчитана на работу при давлении 0,6 МПа, то, естественно, при гидравлическом ударе она будет разрушена.
Как можно предотвратить возникновение гидравлического удара? Одним из способов его предупреждения является установка вместо крана, резко перекрывающего поток, вентиля или задвижки. Конструктивно они выполнены так, что останавливают поток плавно, уменьшая скорость жидкости постепенно. В этом случае может возникнуть лишь так называемый непрямой гидравлический удар с незначительным повышением давления.
Если по требованиям технологии производства или техники безопасности резкая остановка потока жидкости необходима, то на трубопроводе можно установить специальное устройство — гидроаккумулятор (воздушный колпак). При внезапном повышении давления газ в полости гидроаккумулятора сжимается, и жидкость поступает в эту полость, что предотвращает ее сжатие в трубе.
Скорость потока
Как выглядит расчет скорости потока жидкости в трубе? В случае ее вытекания через отверстие небольшого диаметра действует приведенный выше закон Торричелли.
Однако в большинстве случаев скорость потока жидкости в трубе рассчитывается для трубопровода большой протяженности, гидравлическим сопротивлением которого нельзя пренебречь. Раз так – мы сталкиваемся с теми же проблемами: на скорость при постоянном перепаде на участке влияет слишком большое количество факторов.
Ситуация резко упрощается, если нам известен расход. Для несжимаемых жидкостей действует упрощенная формула уравнения непрерывности: Q=Av, где Q – расход воды в метрах в секунду, А – площадь полного или живого сечения, v – средняя скорость жидкости в трубе круглого сечения или любой другой формы.
Зная приведенные выше справочные данные расхода воды сантехприборами, нетрудно рассчитать скорость движения потока в водопроводной трубе известного диаметра.
В качестве примера давайте выясним, с какой скоростью будет двигаться вода в подводке ХВС с внутренним диаметром 15 мм (0,015 м) при одновременном наполнении сливного бачка, использовании посудомоечной машины и умывальника.
На фото – подводки водоснабжения в квартире. 15 мм – наиболее часто применяемый диаметр.
- Суммарный расход воды приборами, согласно приведенной выше таблице, составит 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 л/с, или 0,00052 м3/с.
- Площадь сечения трубы равна 3,14159265 х 0,0075 м^2 = 0,000176714865625 м2.
- Скорость потока в метрах в секунду равна 0,00052 / 0,000176714865625 = 2,96.
Для справки приведем некоторые значения скорости движения воды в трубопроводах различного назначения.
Система | Диапазон скоростей, м/с |
Самотечная система отопления | 0,2 – 0,5 |
Система отопления с принудительной циркуляций, розлив | 0,5 – 3 |
Система отопления с принудительной циркуляцией, подводки к отопительным приборам | 0,2 – 0,5 |
Магистрали водоснабжения | 0,5 – 4 |
Подводки водоснабжения | 0,5 – 1 |
Циркуляция в системе ГВС | 0,2 – 0,5 |
Безнапорная канализация (в том числе, ливневая канализация) | 0,35 – 1 |
Полезно: скорость потока до 1,5 м/с считается комфортной и не вызывающей ускорения абразивной эрозии стенок трубопровода. Приемлемо временное повышение скорости до 2,5 м/с.
Идеальная жидкость и течение идеальной жидкости
Помимо известной нам материальной точки и идеального газа существует также идеальная жидкость. Какой-нибудь студент, конечно, может подумать, что эта жидкость – его любимое пиво или кофе, без которого невозможно жить. Но нет, идеальная жидкость – это жидкость, которая абсолютно несжимаема, лишена вязкости и теплопроводности. Тем не менее, такая идеализация дает вполне хорошее описание движения реальных жидкостей в гидродинамике.
Течением жидкости называется движение ее слоев относительно друг друга или относительно всей жидкости.
Помимо того есть разные режимы течения жидкости. Нас интересует тот случай, когда скорость потока в какой-то конкретной точке не меняется со временем. Такой поток называют стационарным. При этом скорость течения в различных точках стационарного потока может различаться.
Поток жидкости– совокупность частиц движущейся жидкости.
Поток жидкости
Диаметр и давление
Еще один любопытный аспект поведения жидкости в трубе – взаимосвязь между скоростью потока и статическим давлением в нем. Она описывается законом Бернулли: статическое давление обратно пропорционально скорости потока.
Наглядная демонстрация действия закона.
Практическое применение этого закона нашло воплощение во многих современных механизмах.
Приведем лишь пару примеров:
- Пневматический краскопульт работает именно за счет создаваемого в струе воздуха разрежения, которое буквально высасывает краситель из бачка и превращает его в переносимый на окрашиваемую поверхность аэрозоль.
- В элеваторном узле дома, подключенного к теплотрассе, разрежение в создаваемой соплом струе воды из подающего трубопровода вовлекает через подсос часть воды из обратки в повторный цикл циркуляции.
Схема работы элеватора.
Вывод уравнения Бернулли
Но как описать движение жидкости? Для этого нам нужно знать вектор скорости частиц, точнее зависимость его от времени. Совокупность скоростей в разных точках потока дает поле вектора скорости.
Рассмотрим стационарное течение жидкости по трубке. В одном месте сечение этой трубки равно S1, а в другой – S2. При стационарном потоке через оба сечения за одинаковый промежуток времени пройдет одинаковое количество жидкости.
Данное уравнение – уравнение неразрывности струи.
К выводу уравнения Бернулли
Узнав его, Бернулли решил установить связь между давлением и скоростью жидкости в разных сечениях. Полное давление – это сумма статистического (обусловлено потенциальной энергией жидкости) и динамического давлений (обусловлено кинетической энергией). Оказывается, сумма статического и динамического давлений в любом сечении трубы постоянна. Само же уравнение Бернулли имеет вид:
Какие факторы влияют на скорость воды в трубе и как произвести необходимые вычисления
Наиболее точным способом определить давление водопровода может стать встроенный манометр, — его устанавливают на входе во внутреннюю сеть сразу после запорной арматуры с фильтром.
Если такое оборудование не установлено, то можно изготовить переносной его аналог самостоятельно.
Для того понадобится:
- манометр до 6 атмосфер;
- резьбовой удлинитель;
- переходник (при необходимости);
- фумлента;
- разводной ключ.
- К манометру присоединяют резьбовой удлинитель, на который крепят переходник (при необходимости). Для точности производимых измерений с помощью фумленты достигают герметичности соединений.
- От с шланга душа отсоединяют лейку и прикручивают подготовленный ранее манометр, — соединение герметизируют фумлентой.
- Полностью открывают кран-буксу душа и снимают показания с манометра.
Справка. Во время испытаний, для точности снятия показаний, нельзя использовать другие сантехнические приборы: стиральную машину, раковину, унитаз и т.д.
Этот способ является наиболее точным, однако если требуется срочно узнать давление, а манометра под рукой нет, то можно применить другой, правда, менее точный метод: определение давления по расходу воды.
- трехлитровая банка;
- секундомер.
Порядок проведения измерений:
- 3-литровую емкость подставляют под предварительно открытый на полную мощность кран.
- Одновременно с этим засекают время на секундомере и фиксируют: за сколько наполнится емкость.
- Полученное время сверяют с табличными данными и устанавливают давление.
Таблица: зависимость давления от расхода воды:
В видео наглядно показано, как можно измерить давление воды самостоятельно:
Статическое давление
Статическое давление существует в дополнение к любым динамическим факторам, которые также могут присутствовать одновременно. Закон Паскаля гласит:
Это определение касается только жидкостей, находящихся в полном покое или практически недвижимых. Определение справедливо также только для факторов, составляющих статический гидравлический напор.
Очевидно: когда скорость движения становится фактором, в расчёт берётся направление. Сила, привязанная к скорости, также должна иметь направление. Поэтому закон Паскаля, как таковой, не применяется к динамическим факторам мощности потока жидкости.
Скорость движения потока зависит от многих факторов, включая послойное разделение жидкостной массы, а также сопротивление, создаваемое разными факторами
Динамические факторы инерции и трения привязаны к статическим факторам. Скоростной напор и потери давления привязаны к гидростатическому напору жидкости. Однако часть скоростного напора всегда может быть преобразована в статический напор.
Сила, которая может быть вызвана давлением или напором при работе с жидкостями, необходима, чтобы начать движение тела, если оно находится в состоянии покоя, и присутствует в той или иной форме, когда движение тела заблокировано.
Поэтому всякий раз, когда задана скорость движения жидкости, часть ее исходного статического напора используется для организации этой скорости, которая в дальнейшем существует уже как напорная скорость.
5 Гидравлические потери
Разность
давлений масла в двух сечениях одного
и того же трубопровода при условии, что
первое расположено выше по течению, а
второе – ниже, определяется уравнениемБернулли
,
где
h2
– h1
– разность высот центров тяжести
сечений от произвольно выбранного
горизонтального уровня;
v1,
v2
– cредние скорости масла в сечениях;
g – ускорение силы
тяжести;
Уравнение
Бернулли в полном виде используется
для расчета всасывающих линий насосов;
в остальных случаях первым слагаемым,
как правило, пренебрегают и считают:
Гидравлические
потери обычно разделяют на местные
потери и потери на трение по длине
трубопровода (линейные).
1.5.1Местные потери
энергии обусловлены местными
гидравлическими сопротивлениями,
вызывающими деформацию потока. Местными
сопротивлениями являются: сужения,
расширения, закругления трубопроводов,
фильтры, аппаратура управления и
регулирования и пр. При протекании
жидкости через местные сопротивления
изменяется её скорость и обычно возникают
крупные вихри.
Потери
давления от местных сопротивлений
определяют по формуле Вейсбаха:
МПа
(илиПа),
v
– средняя по сечению скорость потока
в трубе за местным сопротивлением, м/с;
Каждое
местное сопротивление характеризуется
своим значением коэффициента
потоки
складываются, расходятся; поток
проходящий;
при
повороте трубопровода
При
ламинарном режиме (Re
Потери
давления от местных сопротивлений при
ламинарном режиме определяются по
формуле:
МПа,
л
Величины
потерь давления в стандартных
гидравлических устройствах для
номинального расхода жидкости обычно
приводятся в их технических характеристиках.
1.5.2Потери на
трение по длине
— это потери энергии, которые возникают
в прямых трубах постоянного сечения,
т.е. при равномерном течении жидкости,
и возрастают пропорционально длине
трубы. Эти потери обусловлены внутренним
трением в жидкости, а поэтому имеют
место и в шероховатых, и в гладких трубах.
Потери
давления на трение в трубопроводе
определяется по формуле Дарси:
МПа,
l
и d
– длина и внутренний диаметр трубопровода,
мм.
Эта
формула применима как при ламинарном,
так и при турбулентном течении; различие
заключается лишь в значениях коэффициента
При
ламинарном режиме (Re
При
турбулентном течении коэффициент трения
является не только функцией числа Re, но
зависит и от шероховатости внутренней
поверхности трубы. Для гидравлически
гладкой трубы,
т.е. с такой шероховатостью, которая
практически не влияет на ее сопротивление,
коэффициент трения при турбулентном
режиме можно определить по формуле П.К.
Конакова:
Трубу
считают гидравлически гладкой, если
(d/k)>(Re/20),
где k – эквивалентная шероховатость,
мм. Например, для новых бесшовных стальных
труб k≈0,03
мм, а после нескольких лет эксплуатации
k≈0,2
мм, для новых цельнотянутых труб из
цветных металлов k≈0,005
мм. Такие трубы часто используются в
гидросистемах металлорежущих станков.
Коэффициент
трения при турбулентном режиме можно
определить по формуле Альтшуля,
являющейся универсальной (т.е. применимой
в любых случаях):
Как рассчитать проходимость трубы
Когда возникает необходимость сделать расчёты, возможно использовать следующие способы:
- Использовать таблицы. Существуют различные варианты, которые соответствуют назначению труб.
- Применять формулы. Существуют несколько вариантов расчётов. Часто используют упрощённые варианты, не учитывающие всех существенных особенностей водопроводной системы.
- Существуют программные продукты, предназначенные для проведения рассматриваемых расчётов. Они обычно дают наиболее точный результат.
- Могут быть использованы онлайн калькуляторы. Для того, чтобы ими воспользоваться, необходимо перейти на соответствующую страницу и ввести нужные данные в соответствии с инструкциями.
Далее рассмотрено несколько способов проведения расчётов.
Таблицы для определения пропускной способности Источник ytimg.com
Использование упрощённой формулы
Таким образом на основе знания диаметра трубы и скорости движения потока можно определить проходимость. Для этого можно использовать такую формулу.
Здесь использованы такие обозначения:
- q – проходимость, выраженная в литрах в секунду;
- V обозначает скорость воды;
- d представляет собой внутренний диаметр отверстия.
В большинстве случаев скорость находится в пределах 0,8-1,5 метров в секунду. Если используется насос, то производимое им давление и скорость потока указываются в техническом паспорте.
Более точная формула
В этом случае необходимо воспользоваться формулой Дарси. В ней учитываются:
- Длина используемого сегмента трубы (L).
- Коэффициент, который выражает степень торможения потока благодаря трению о стенки, использованию различных видов фиттингов, кривизны стенок и турбулентности. Он носит название коэффициента шероховатости (лямбда).
- Величина вязкости жидкости (ро).
Таблица значений коэффициента шероховатости каждого вида труб (лямбда)Источник ok-t.ru
Формула выглядит таким образом.
ПН = лямбда * (L/D) * ((V^2)/(2*g)) * ро
Здесь использованы такие обозначения:
- ПН представляет собой потерю напора. На эту величину должна быть уменьшена расчётная величина водорасхода.
- L – длина трубы, по которой протекает вода.
- D – внутренний диаметр трубы.
- g равно величине ускорения свободного падения.
С помощью формулы Дарси можно учесть особенности труб, но для этого необходимо определить коэффициенты «лямбда» и «ро».
Использование онлайн калькуляторов
Для того, чтобы рассчитать пропускную способность трубы, калькулятор нетрудно найти онлайн. Для этого можно воспользоваться поиском Google, Яндекс или другим. Для этого в строке поиска нужно набрать строку «как рассчитать проходимость трубы, калькулятор» или аналогичную.
Для расчета расхода воды по сечению трубы и давлению калькулятор запросит ввод таких данных:
- Материал для изготовления.
- Вид (конструкционные особенности). Здесь нужно сделать выбор из выпадающего списка.
- Далее нужно указать цель расчёта. Одной из них является вычисление расхода воды.
При расчете расчете диаметра трубы по расходу воды дополнительно потребуется указать падение напора на каждый метр, внутренний диаметр трубы и длину её участка. После нажатия на кнопку на странице появится нужный результат.
Пример интерфейса калькулятора для гидравлического расчёта трубопроводаИсточник calc.ru
Во втором случае, перед тем, как посчитать расход воды по диаметру трубы и давлению, надо подготовить данные о типе водопровода, конструкционных особенностях трубы, длина, диаметр, материал изготовления, температура и давление напора.
Пример интерфейса калькулятора для расчёта пропускной способности труб Источник trubanet.ru
Третий калькулятор работает таким образом. Необходимо выбрать один из способов расчёта расхода воды:
- с учётом шероховатости и материала;
- на основе используемого материала и длины участка трубы.
Нужно отметить, что целью расчёта является расход. Для расчёта указывают вид трубы, её материал, длину, падение напора и внутренний диаметр. После нажатия на кнопку «Рассчитать» на странице будет показан результат.
Пример интерфейса калькулятора для гидравлического расчёта трубИсточник allcalc.ru
Как вычислить пропускную способность
От чего зависит проходимость трубы
Расход воды через трубу при нужном давлении
Изменение температуры газа по длине газопровода
При стационарном движении газа массовый
расход в газопроводе составляет
. (2.41)
Фактически движение газа в газопроводе
всегда является неизотермическим. В
процессе компримирования газ нагревается.
Даже после его охлаждения на КС температура
поступающего в трубопровод газа
составляет порядка 2040С,
что существенно выше температуры
окружающей среды (T).
Практически температура газа становится
близкой к температуре окружающей среды
лишь у газопроводов малого диаметра
(Dу0.
Кроме того следует учесть, что
транспортируемый по трубопроводу газ
является реальным газом, которому присущ
эффект Джоуля-Томпсона, учитывающий
поглощение тепла при расширении газа.
При изменении температуры по длине
газопровода движение газа описывается
системой уравнений:
удельной энергии ,
неразрывности ,
состояния ,
теплового баланса .
Рассмотрим в первом приближении уравнение
теплового баланса без учета эффекта
Джоуля-Томпсона. Интегрируя уравнение
теплового баланса
,
, (2.42)
где ;
KСР– средний на участке полный
коэффициент теплопередачи от газа в
окружающую среду;
G– массовый расход газа;
cP–
средняя изобарная теплоемкость газа.
Величина atLназывается безразмерным критерием
Шухова
(2.43)
Таким образом, температура газа в конце
газопровода составит
. (2.44)
На удалении xот начала
газопровода температура газа определяется
по формуле
. (2.45)
Изменение температуры по длине газопровода
имеет экспоненциальный характер (рис.
2.6).
Рассмотрим
влияние изменения температуры газа на
производительность газопровода.
Умножив обе части уравнения удельной
энергии на 2и выразив,
получим
. (2.46)
Выразим плотность газа в левой части
выражения (2.46) из уравнения состояния,
произведениеwиз уравнения неразрывности
С учетом этого уравнение удельной
энергии принимает вид
(2.47)
. (2.48)
Обозначиви интегрируя левую часть уравнения
(2.48) отPНдоPК, а правую отTНдоTК, получим
. (2.49)
, (2.50)
. (2.51)
Произведя интегрирование в указанных
пределах, получим
. (2.52)
, (2.53)
где – поправочный коэффициент, учитывающий
изменение температуры по длине газопровода
(неизотермичность газового потока).
С учетом (2.53) зависимость для определения
массового расхода газа примет вид
. (2.54)
Значение Нвсегда больше единицы, следовательно,
массовый расход газа при изменении
температуры по длине газопровода
(неизотермическом режиме течения) всегда
меньше, чем при изотермическом режиме
(T=idem). Произведение TНназывается среднеинтегральной
температурой газа в газопроводе.
При значениях числа Шухова Шу4
течение газа в трубопроводе можно
считать практически изотермическим
при T=idem. Такой температурный
режим возможен при перекачке газа с
небольшими расходами по газопроводам
малого (менее 500 мм) диаметра на значительное
расстояние.
Влияние изменения температуры газа
проявляется при значениях числа Шухова
Шу
При
перекачке газа наличие дроссельного
эффекта приводит к более глубокому
охлаждению газа, чем только при теплообмене
с грунтом. В этом случае температура
газа может даже опуститься ниже
температурыT(рис.
2.7).
Рис. 2.7. Влияние эффекта Джоуля-Томпсона
на распределение температуры газа по
длине газопровода
1 – без учета Di; 2 – с
учетомDi
Тогда с учетом коэффициента Джоуля-Томпсона
закон изменения температуры по длине
принимает вид
, (2.55)
Зависимость водного давления от диаметра трубопровода
Как вычислить пропускную способность
Примерный расчет
Однако, как уже было сказано ранее, таких сложных расчетов никто никогда не делает, особенно, если речь идет о частном доме.
Итак, опытным путем установлено, что нормальным потоком из обычного смесителя считается тот, который выдает примерно ¼ литра в секунду. Примем эту цифру за стандартный расход.
Что касается напора в водопроводных трубах, то в многоквартирных домах он может колебаться в широком диапазоне от 1 до 6 атмосфер. Поэтому примем напор в среднем в 2 бара.
На основе этого получим следующие исходные данные:
- Напор 2 бара;
- Расход 0,25 л/с;
- Длина водопроводных изделий равна 10 метрам;
- Предположим, что будет использоваться металлопластиковый материал с размером в 16 мм (стандартный размер для пластиковых труб).
Отсюда сразу известно, что внутренний диаметр будет равен примерно 12 мм, так как стенки равны 2 мм.
Итак, сперва определим скорость потока в водопроводных элементах. Для этого применим формулу:
V=(4*Q)/(π*D2), в которой:
- Q – расход жидкости, выраженный в кубометрах за секунду (в нашем случае это 0,00025);
- D – внутренний диаметр, выраженный в метрах (0,012 м);
- П – константа 3,14.
Подставив эти значения, получим: 4*0,00025/3,14*0,012*0,012 = 2,21 м/с.
Следующим шагом необходимо найти число Рейнольдса по формуле:
Re = V*D/v, где v – табличное значение для температуры 16 градусов.
Подставив уже известные значения, получим 22882.
Лябда = 0,3164/Re в 0,25 степени, подставив в нее значения, получим 0,0257.
Следующим шагом следует узнать потери напора. Делается это по формуле:
- H – потери;
- L – длина трубопровода;
- g – ускорение свободного падения, то есть 9,81 м/с в квадрате;
- V – скорость потока;
- D – диаметр.
Подставив все значения, получим число 5,34 м.
Дальше остается только анализ полученного результата. Итак, мы приняли напор в 2 бара, что соответствует 20 метрам напора. Результат получился 5,34 метра, что меньше 20, значит, выбранный диаметр подходит, причем с запасом.
В каком-либо другом случае, когда эта цифра была бы больше, необходимо увеличить размер выбранного материала.
Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.
От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.
В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.
Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.
Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.
Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.
Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.
Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:
- Диаметр трубы;
- Скорость потока.
Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.
Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:
d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с
Методы расчета пропускной способности трубопроводов
Существует несколько методик расчета данного параметра, каждая из которых является подходящей для отдельного случая. Некоторые обозначения, важные при определении пропускной способности трубы:
Наружный диаметр – физический размер сечения трубы от одного края внешней стенки до другого. При расчетах обозначается как Дн или Dн. Этот параметр указывают в маркировке.
Диаметр условного прохода – приблизительное значение диаметра внутреннего сечения трубы, округленное до целого числа. При расчетах обозначается как Ду или Dу.
Физические методы расчета пропускной способности труб
Значения пропускной способности труб определяют по специальным формулам. Для каждого типа изделий – для газо-, водопровода, канализации – способы расчета свои.
Табличные методы расчета
Существует таблица приближенных значений, созданная для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В большинстве случаев высокая точность не требуется, поэтому значения можно применять без проведения сложных вычислений. Но в этой таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы, что характерно для старых магистралей.
Существует точная таблица расчета пропускной способности, называемая таблицей Шевелева, которая учитывает материал трубы и множество других факторов. Данные таблицы редко используются при прокладке водопровода по квартире, но вот в частном доме с несколькими нестандартными стояками могут пригодиться.
Расчет с помощью программ
В распоряжении современных сантехнических фирм имеются специальные компьютерные программы для расчета пропускной способности труб, а также множества других схожих параметров. Кроме того, разработаны онлайн-калькуляторы, которые хоть и менее точны, но зато бесплатны и не требуют установки на ПК. Одна из стационарных программ «TAScope» – творение западных инженеров, которое является условно-бесплатным. В крупных – это отечественная программа, рассчитывающая трубы по критериям, влияющим на их эксплуатацию в регионах РФ. Помимо гидравлического расчета, позволяет считать другие параметры трубопроводов. Средняя цена 150 000 рублей.
расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению: параметры, влияющие на расход воды
Расчет расходов воды по диаметру трубы и давлению.
Объем пропускаемой воды в трубопроводе зависит от таких показателей, как диаметр трубопроката и давления внутри сети. Расчет расхода воды по диаметру и давлению следует выполнять на этапе создания проекта системы, чтобы получить важные параметры, по которым будет работать, как домашняя, так и производственная трубопроводная магистраль.
С какой целью производят данный расчет. Составляя план строительства любого дома, который имеет несколько санузлов, необходимо иметь достоверные цифры того, какой объем транспортируемой жидкости может перемещать трубопровод. При этом учитывают его давление и диаметр труб.
Общие сведения
На возможности системы влияют колебания подачи воды, когда наблюдается пик работы трубопровода. К тому же, отсутствие приборов учета воды приводит к расчету потребляемой жидкости по проходимости трубы.
Данным методом при расчете пользуются для трубопроводов промышленных предприятий.
Если отсутствуют счетчики в частных домах, то учитывают общепринятые санитарные нормативы: на каждого человека за сутки начисляют около 360 литров.
Факторы, влияющие на общие показатели проходимости.
Проходимость воды напрямую зависит от многих явлений. К основным относят:
1.внутреннее сечение труб.
2.давление внутри системы влияет на напор воды.
3.материал, из которого изготовлены детали магистрали.
Определить расход воды на конце сети можно, если знать диаметр трубы, так как этот показатель считается главным, который влияет на объем пропускаемой жидкости. На этот поквазатель влияет толщина стенок трубопровода, величину можно определить по силе напора жидкости.
Существуют параметры, которые косвенно влияют на проходимость трубы. Это температура воды, вязкость.
Зная на этапе проектирования пропускные возможности системы, выбирают подходящий материал, технологию укладки трубопровода. Данные знания гарантируют ее бесперебойную на высоком уровне работу в течение долгих лет.
Подробности
Внимание! Увеличение размера диаметра круглого трубопроката влияет на расход воды. То есть по трубе с большим сечением протечет жидкость большего объема, нежели за такое же время по трубам с меньшим диаметром
Определяя расход воды по диаметру, необходимо обязательно учитывать давление внутри труб.
К примеру, сквозь трубу в один метр, имеющую сечение один сантиметр, транспортируется намного меньше воды за такое же время, как через трубопрокат с диаметром в 20 метров. Самый большой показатель воды будет у труб с самым большим диаметром и с самым большим давлением внутри них.
Расход воды у трубы при оптимальном давлении. Расчет пропускной способности по диаметру трубопровода нужен, чтобы определить средний показатель водного расхода при хорошем напоре.
Для этого учитывают следующие параметры:
1.внутренний диаметр трубопрокатов.
3.максимальный показатель давления.
4.количество поворотов, затворов на магистрали.
5.материал труб, длина трубопровода.
Если подбирать диаметр трубы по объему расходуемой воды, учитывая данные таблицы, то сделать это просто, но данные будут неточными. Если учитывать давление и скорость жидкости в трубах, имеющихся на практике, произвести расчеты на месте, то показатели будут более верными.
Таблица приводит данные расчетов расхода жидкости по трубам с часто применяемым сечением и разных значениях давления.
Средний показатель давления в стандартном стояке считается равен от полутора до двух с половиной атмосфер.
Уровень давления зависит от многоэтажности здания, зависимость регулируют, разделяя систему водопровода на сегменты. Работа насосов для подачи воды изменяет скорость жидкости.
Изменяя характеристики проходимости труб посредством установки приборов, контролирующих и экономящих водорасход, типа WaterSave, изменяются данные, не соответствующие табличным значениям.
Как определить диаметр согласно СНиП 2.0.4.01 – 85.
Процесс расчета диаметра трубы относится к сложным, требующим инженерных знаний работам. Часто проектируя трубопроводную систему частного дома, все расчеты выполняют своими руками.
Данные расчета для определения водопропускного объема конструкции можно взять из таблицы, при этом надо точно знать сколько сантехнических приборов и кранов подключено к системе.
Методы расчета
Расчет пропускной способности газопроводов
Расчет скорости течения жидкости в трубопроводе
Автоклав объёмом 25,0 л наполнен жидкостью и закрыт герметически. Коэффициент температурного расширения жидкости , её модуль упругости Е. Определить повышение давления в автоклаве при увеличении температуры жидкости на величину Т. Объёмной деформацией автоклава пренебречь.
V0 = 25,0л = 25*10-3 м3
Из-за повышения температуры объем жидкости увеличится на величину.
V = 536*10-6*25*10-3*21=0,2814*10-3 м3
Коэффициент объемного сжатия сведем с модулем упругости.
Он представляет собой относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу давления.
Величина повышения давления.
Вертикальная цилиндрическая цистерна с полусферической крышкой до самого верха заполнена жидкостью, плотность которой . Диаметр цистерны D, высота её цилиндрической части Н. Манометр М показывает манометрическое давление Рм. Определить силу, растягивающую болты А, и горизонтальную силу, разрывающую цистерну по сечению 1-1.
Силой тяжести крышки пренебречь. Векторы сил показать на схеме.
Вертикальная сила Fz, растягивающую болты.
где V – объем тела давления
Расстояние по вертикали до пьезометрической плоскости (пп).
Объем тела давления как разность объемов цилиндра и полусферы.
Сила растягивающая болты.
Fz =*g*=998*9,81*=5249 Н
Горизонтальная сила, действующая на вертикальную полуцилиндрическую часть.
где p1 = рм+gh = g*0,288 D
– давление в центре тяжести С1 вертикальной проекции верхней полуцилиндрической части,
– площадь этой проекции (полукруг).
F1 = g *0,288D* = 0,036 П* g = 0,036П*998*9,81*1,63=4535Н
Горизонтальная сила, действующая на цилиндрическую часть.
– давление в центре тяжести вертикальной проекции цилиндрической части.
А2 – площадь этой проекции.
F2 = g ( НD =998*9,81*(.
Полная горизонтальная сила равна.
FX = F1 + F2 = 4535+120304=124839 Н.
Ответ: Fz = 5249H, Fx = 124839H.
Центробежный насос, перекачивающий жидкость Ж при температуре 20С, развивает подачу Q. Определить допустимую высоту всасывания hв, если длина всасывающего трубопровода l, диаметр d, эквивалентная шероховатость э, коэффициент сопротивления обратного клапана к, а показание вакуумметра не превышало бы pв.
Построить пьезометрическую и напорную линии. Данные в соответствии с вариантом задания выбрать из табл. 4.
Q = 1,9 л/с=1,9*10-3 м3/с
– кинематическая вязкость Ж
= 808 кг/м3 – плотность Ж
Выбираем два живых сечения в потоке, где известно наибольшее число входящих в уравнение Бернулли гидравлических параметров. За первое сечение 1-1 берем свободную поверхность жидкости в резервуаре А, за второе сечение 2-2 принимаем место подключения вакуумметра.
3. Для выбранных сечений уравнение Бернулли будет иметь вид:
Намечаем горизонтальную плоскость сравнения проходящую через центр тяжести сечения 1-1.
Геометрическая высота: Z1 = 0, Z2 = hв.
Давление: р1 = Ратм, р2 = Ратм – рв.
h=hтр+hм (сумма потерь на трение и местные потери)
Скорость течения жидкости в трубопроводе
Определяем режим течения жидкости, исходя из значения числа Рейнольдса по формуле:
– режим течения турбулентности.
Коэффициента гидравлического трения по формуле Альтшуля.
Потери напора от трения по длине трубопровода
Местные гидравлические потери.
– сумма коэффициентов местных сопротивлений (вход в трубу, клапан, поворот). жидкость пьезометрический гидравлический трение
Допустимая высота всасывания
Ответ: hв = 7,40 м.
Рабочая жидкость масло Ж, температура которого 50С, из насоса подводится к гидроцилиндру Ц через дроссель ДР. Поршень цилиндра со штоком перемещается против нагрузки Fсо скоростью п. Вытесняемая поршнем жидкость со штоковой полости попадает в бак Б через сливную линию, длина которой равна lc, а диаметр равен dc.
Определить внешнюю силу F, преодолеваемую штоком при его движении. Давление на входе в дроссель определяется показанием манометра М, а противодавление в штоковой полости цилиндра потерями давления в сливной линии. Коэффициент расхода дросселя принять равным = 0,64, а диаметр отверстия дросселя dд. Диаметр поршня Dп, а диаметр штока Dш. К.п.д. гидроцилиндра: объёмный 0 = 1,0, механический м.
Расчет скорости течения жидкости в трубопроводе Расчет скорости течения жидкости в трубопроводе Автоклав объёмом 25,0 л наполнен жидкостью и закрыт герметически. Коэффициент температурного расширения жидкости , её модуль упругости Е.
Канализация
Способы расчета
Факторы
Гидравлический расчет системы водоснабжения — это поиск одной из двух величин:
- Расчет пропускной способности трубы при известном сечении;
- Расчет оптимального диаметра при известном планируемом расходе.
Бытовая логика подсказывает, что максимальный расход воды через трубопровод определяется его диаметром и давлением на входе. Увы, реальность гораздо сложнее. Дело в том, что у трубы есть гидравлическое сопротивление
: попросту говоря, поток тормозит за счет трения о стенки. Причем материал и состояние стенок предсказуемо влияют на степень торможения.
Вот полный список факторов, влияющих на производительность водопроводной трубы:
- Давление в начале водопровода (читай — давление в трассе);
- Уклон трубы (изменение ее высоты над условным уровнем грунта в начале и конце);
- Материал стенок. Полипропилен и полиэтилен имеют куда меньшую шероховатость, чем сталь и чугун;
- Возраст трубы. Со временем сталь обрастает ржавчиной и известковыми отложениями, которые не только увеличивают шероховатость, но и снижают внутренний просвет трубопровода;
- Количество и угол поворотов ;
- Изменения диаметра водопровода;
- Наличие или отсутствие сварных швов, грата от пайки и соединительных фитингов;
Запорная арматура . Даже полнопроходные шаровые краны оказывают движению потока определенное сопротивление.
Когда нужно проводить вычисления?
Выполнять вычисления необходимо при выборе труб для водопровода. Диаметр должен быть подходящим, чтобы избежать чрезмерного водорасхода и обеспечить нормальный напор.
Такая необходимость появляется при проектировании дома и подведении к нему коммуникаций. При выборе трубы с оптимальным сечением для водопровода нужно обязательно выполнять ряд расчетов. Необходимо узнать максимальные объемы необходимой воды в доме за минуту.
Для этого нужно посмотреть паспортные данные стиральной и посудомоечной машин, узнать их расход. К полученным данным приплюсовать расход воды на кранах (через один прибор протекает примерно 5-6 литров за минуту времени).
Исходя из полученных результатов, нужно приобрести трубу с таким сечением, чтобы этого было достаточно для одновременной работы всех устройств и кранов.
Источник https://rkc-parus.ru/vodoprovod-i-vodostok/skorost-zhidkosti.html
Источник
Источник