Tekutina v trubici: otázky a odpovede

Téma tohto článku je tekutina v potrubí. Musíme sa oboznámiť s fyzickými zákonmi a receptami, ktoré opisujú jeho pohyb, rýchlosť a objem. Budeme sa snažiť, aby sme sa nedostali do prírody komplexných výpočtov: našou úlohou je popísať modely, ktoré budú zrozumiteľné a prístupné na výpočet osobám ďaleko od hydrodynamiky.

Takže začnime.

rozmery

priemer

V prípade vodovodov a plynovodov sa zaoberáme nie príliš obyčajným meracím systémom. Pre príslušné potrubia sa ako hlavný parameter používa trochu neobvyklá koncepcia podmieneného prechodu alebo menovitého priemeru (DU). Meria sa v oboch palcoch av milimetroch. rovnaká VGP rúra sa môže predávať ako 1 1/4 palca alebo DU32 mm.

Odkaz: v tomto prípade sa používa britský palec, ktorý sa rovná 2,54 cm. Pri prepočte palcov na milimetre treba brať do úvahy krok menovitých priemerov stanovených GOST; takže vo vyššie uvedenom prípade jednoduché prepočítanie 1 1/4 palca na milimetre neprinesie hodnotu 32, ale 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Uvádzame rozmery vodovodných a plynových potrubí, ktoré stanovuje GOST 3262-75.

Keďže hrúbka steny sa mení v rámci rovnakej veľkosti (potrubia sú ľahké, bežné a zosilnené), môžeme povedať, že DU je vo všeobecnosti blízko vnútorného priemeru, ale spravidla sa nerovná.

časť

Pri konštrukcii vodných potrubí sa s výnimkou výnimiek používajú okrúhle potrubia.

Existujú dva veľmi dobré dôvody.

1. Okrúhle potrubie má minimálnu stenovú plochu s maximálnou prierezovou plochou.. Preto cena za meter potrubia s pevnou hrúbkou steny bude minimálna - jednoducho kvôli nižšej spotrebe materiálu.
2. Okrúhla časť pre maximálnu pevnosť v ťahu. Faktom je, že sila, s ktorou vnútorné prostredie s nadmerným tlakom tlačí na steny, je priamo úmerné ich oblasti; a plocha, ako sme už zistili, je minimálna len pri okrúhlej rúrke.

Vnútorná prierezová plocha sa vypočíta pomocou vzorca S = Pi * R ^ 2, kde S je požadovaná hodnota plochy, Pi je pi číslo približne rovnajúce sa 3,14159265 a R je polomer (polovica vnútorného priemeru). Napríklad pri potrubí s vnútorným priemerom 200 mm bude sekcia 3,14159265x (0,1 ^ 2) = 0,031 m2.

Pretože tok tekutiny v kruhovom potrubí nie je vždy spojený s plnením celého objemu, koncept živého úseku sa často používa vo výpočtoch. Takzvaná oblasť toku. Napríklad pri plnení potrubia presne na polovicu sa rovná (Pi * R ^ 2) / 2 (v príklade vyššie, 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

objem

Poďme zistiť, aký je objem tekutiny v potrubí. Pokiaľ ide o geometriu, akákoľvek rúrka je valec. Jeho objem je vypočítaný ako produkt prierezovej plochy a dĺžky.

Preto s prierezovou plochou 0,031 m2 bude objem tekutiny v plne naplnenom potrubí s dĺžkou 8 metrov rovný 0,031 x 8 = 0,248 m3.

Pri čiastočne naplnenom potrubí sa na výpočet použije priemerná časť. Pri konštantnom sklone a prietoku bude pohyb tekutiny cez rúrky rovnomerný; Z tohto dôvodu bude živá časť rovnaká vo všetkých častiach beztlakového potrubia.

spotreba

Rozumieme tomu, ako vyzerá výpočet prietoku kvapaliny cez potrubie. Úloha má veľkú praktickú hodnotu: priamo súvisí s výpočtom vodovodov so známym počtom inštalácií.

Musíte byť zarmútení skutočnosťou, že neexistuje žiadna jednoduchá a univerzálna metóda výpočtu. Prečo?

Len preto, že pri plnom hydrodynamickom výpočte s vlastnými rukami treba brať do úvahy obrovský počet faktorov:

• Koeficient trenia vnútorného povrchu rúrky. Samozrejme, hrubá oceľ potiahnutá sedimentom poskytne omnoho väčšiu odolnosť voči pohybu vody ako hladký polypropylén.

• Dĺžka potrubia. Čím väčšia je vzdialenosť prechádzajúca kvapalinou, tým väčšia je pokles tlaku v dôsledku spomalenia prietoku proti stenám, tým silnejší je pokles spotreby.
• Priemer potrubia ovplyvňuje tok viskóznej tekutiny potrubím oveľa komplikovanejším spôsobom, ako by sa mohlo zdať. Čím menší je prierez, tým väčší je odpor potrubia. Dôvodom je, že pri znížení priemeru sa zmení pomer jeho vnútorného objemu a plochy steny.

Venujte pozornosť! V hrubom potrubí časť prúdu najbližšie k stenám pôsobí ako druh lubrikantu vo vnútri. V tenkej vrstve nie je dostatočná hrúbka tohto mazadla.

• A nakoniec, každé otočenie potrubia, prechod priemeru, každý prvok uzatváracieho ventilu tiež ovplyvňuje prietok v ňom a spomaľuje tok.

Malo by byť zrejmé, že všetky tieto faktory nemajú vplyv na výsledok o niekoľko percent: napríklad pre novú oceľovú rúrku s lešteným vnútorným povrchom a pre zarastené usadeniny (aj bez zohľadnenia poklesu lumenu) sa hydrodynamická odolnosť líši o viac ako 200 krát.

Pre profesionálov sú všetky potrebné pre hydraulický výpočet potrubia, berúc do úvahy jeho plnú konfiguráciu, materiál a vek, uvedené v tabuľkách F.A. Shevelev. Na základe týchto tabuliek boli vytvorené mnohé online kalkulačky, ktoré umožňujú vykonávať výpočty s rôznou mierou dôvery.

Existuje však jedna medzera, ktorá vám umožňuje výrazne zjednodušiť nezávislé výpočty. Pri prietoku kvapaliny cez otvor, zanedbateľný v porovnaní s prívodným potrubím kvapaliny (ktorý v skutočnosti pozorujeme pri práci s väčšinou inštalačných zariadení) platí Torricelliho zákon.

Podľa tohto zákona v opísanom prípade je vzorec V ^ 2 = 2gH, kde V je rýchlosť prúdenia v otvore, g je zrýchlenie gravitácie (9,78 m * s ^ 2) a H je výška kolóny nad otvorom alebo niečom rovnaký tlak pred ním.

Odkaz: 1 atmosféra (1 kgf / cm2) zodpovedá tlaku vodného stĺpca 10 metrov.

Ako prietok v otvore koreluje s prietokom? V našom prípade je výpočtová inštrukcia jednoduchá: objem tekutiny rovný výrobku S a prietoková rýchlosť V prechádza otvorom s prierezovou plochou S

Napríklad vypočítajte tok vody cez otvor s priemerom 2 centimetrov pri tlaku 10 metrov, čo zodpovedá jednej atmosfére pretlaku.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 x 10 = 195,6
2. V sa rovná druhej odmocnine 195,6. Výsledok (13.985706 m / s) pre ľahké výpočty je zaokrúhlený až na 14 m / s.
3. Prierezová plocha otvoru s priemerom dvoch centimetrov podľa vyššie uvedeného vzorca je 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 m2.
4. Náklady sa preto budú rovnať 0.000314159265 * 14 = 0.00439822971 m3 / s. Pre pohodlie ich prevedieme do litrov: pretože 1 kubický meter sa rovná 1000 litrov, v suchom zbytku bude výsledok 4,4 litra za sekundu.

Pre úplnosť uvádzame niekoľko referenčných údajov.

Prietok

Aký je výpočet prietoku kvapaliny v potrubí? V prípade, že preteká cez otvor s malým priemerom, platí vyššie uvedený zákon Torricelli.

Vo väčšine prípadov sa však prietok kvapaliny v potrubí vypočíta pre dlhý potrubí, ktorého hydraulický odpor nemožno zanedbávať. Ak áno, čelíme tým istým problémom: príliš veľa faktorov ovplyvňuje rýchlosť s konštantným rozdielom v sekcii.

Situácia je veľmi zjednodušená, ak poznáme náklady. Pre nestlačiteľné kvapaliny je platný zjednodušený vzorec pre rovnicu kontinuity: Q = Av, kde Q je prietok vody v metroch za sekundu, A je plocha plného alebo živého úseku, v je priemerná rýchlosť tekutiny v potrubí s kruhovým prierezom alebo v akejkoľvek inej forme.

Známe vyššie uvedené referenčné údaje o spotrebe vody sanitárnym zariadením, je ľahké vypočítať rýchlosť toku vo vodovodnom potrubí známeho priemeru.

Ako príklad ukážeme, ako rýchlo sa voda v prívode studenej vody pohybuje s vnútorným priemerom 15 mm (0,015 m) pri napĺňaní vypúšťacej nádrže pomocou umývačky riadu a umývadla.

1. Celková spotreba vody zariadení podľa vyššie uvedenej tabuľky bude 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s alebo 0,00052 m3 / s.
2. Prierezová plocha rúry je 3,14159265 x 0,0075 m ^ 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Prietok v metroch za sekundu je 0,00052 / 0,000176714865625 = 2,96.

Na zmienku uvádzame určité hodnoty rýchlosti vody v potrubiach na rôzne účely.

Užitočné: Prietok do 1,5 m / s je považovaný za pohodlný a nespôsobuje zrýchlenie abrazívnej erózie stien potrubia. Je prijateľné dočasné zvýšenie rýchlosti až do 2,5 m / s.

Priemer a tlak

Ďalším zaujímavým aspektom správania sa tekutiny v potrubí je vzťah medzi rýchlosťou prúdenia a statickým tlakom v ňom. Opisuje ju Bernoulliho zákon: statický tlak je nepriamo úmerný rýchlosti prúdenia.

Praktické uplatnenie tohto zákona je zakotvené v mnohých moderných mechanizmoch.

Tu sú len pár príkladov:

• Pneumatické striekacie pištoľ pracuje presne kvôli vyfrézovaniu vytvorenému vo vzduchovom prúde, ktorý doslova nasáva farbivo z nádrže a premieňa ho na prenosný aerosól na lakovanom povrchu.
• V EhLEVATORNAJa domovského uzla pripojený k vykurovacej potrubia, vákuum vytvorené v tryske trysky vody z prívodného potrubia v zábere prostredníctvom sania vody z potrubia spiatočky v druhej cirkulačnej slučky.

záver

Dúfame, že čitateľ nenašiel našu malú exkurziu do základov fyziky, geometrie a hydrodynamiky príliš únavné. Ako zvyčajne možno nájsť ďalšie tematické informácie vo videu v tomto článku (pozrite si aj časť Chimney Tubes: Installation and Maintenance).

Veľa šťastia!