Пересчет скорости жидкости в круглой трубе в объемный расход в зависимости от внутреннего диаметра трубопровода

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.

Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению по таблице и СНИПу 2.04.01-85

Предприятия и жилые дома потребляют большое количество воды. Эти цифровые показатели становятся не только свидетельством конкретной величины, указывающей расход.

Помимо этого они помогают определить диаметр трубного сортамента. Многие считают, что расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению невозможен, так, как эти понятия совершенно не связаны между собой.

Но, практика показала, что это не так. Пропускные возможности сети водоснабжения зависимы от многих показателей, и первыми в этом перечне будут диаметр трубного сортамента и давление в магистрали.

Выполнять все расчеты рекомендуют еще на стадии проектирования строительства трубопровода, потому, что полученные данные определяют ключевые параметры не только домашнего, но и промышленного трубопровод. Обо всем этом и пойдет далее речь.

Какие факторы влияют на проходимость жидкости через трубопровод

Критерии, оказывающие влияние на описываемый показатель, составляют большой список. Вот некоторые из них.

1. Внутренний диаметр, который имеет трубопровод.
2. Скорость передвижения потока, которая зависит от давления в магистрали.
3. Материал, взятый для производства трубного сортамента.

Определение расхода воды на выходе магистрали выполняется по диаметру трубы, ведь эта характеристика совместно с другими влияет на пропускную способность системы. Так же расчитывая количество расходуемой жидкости, нельзя сбрасывать со счетов толщину стенок, определение которой проводится, исходя из предполагаемого внутреннего напора.

Можно даже заявить, что на определение «трубной геометрии» не влияет только протяженность сети. А сечение, напор и другие факторы играют очень важную роль.

Помимо этого, некоторые параметры системы оказывают на показатель расхода не прямое, а косвенное влияние. Сюда относится вязкость и температура прокачиваемой среды.

Подведя небольшой итог, можно сказать, что определение пропускной способности позволяет точно установить оптимальный тип материала для строительства системы и сделать выбор технологии, применяемой для ее сборки. Иначе сеть не будет функционировать эффективно, и ей потребуются частые аварийные ремонты.

Расчет расхода воды по диаметру круглой трубы, зависит от его размера. Следовательно, что по большему сечению, за определенный промежуток времени будет выполнено движение большего количества жидкости. Но, выполняя расчет и учитывая диаметр, нельзя сбрасывать со счетов давление.

Если рассмотреть этот расчет на конкретном примере, то получается, что через метровое трубное изделие сквозь отверстие в 1 см пройдет меньше жидкости за определенный временной период, чем через магистраль, достигающей в высоту пару десятков метров. Это закономерно, ведь самый высокий уровень расхода воды на участке достигнет максимальных показателей при самом высоком давлении в сети и при самых высоких размера ее объема.

Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85

Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.

Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.

Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:

Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению по таблице и СНИПу -85 Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению необходимо произвести перед тем как … но на определение расхода воды влияет так же температура и вязкость среды, а так же материал, из которого состоит магистраль

Скорость в свободных условиях движения

В свободных условиях, когда дорога относительно пустая и вы можете выбирать скорость по своему усмотрению, казалось бы, все просто. Если следовать ПДД, то это 60 км/ч в городе, 80 км/ч на некоторых городских магистралях, 100 км/ч на МКАД, 90 км/ч за городом и 110 км/ч на магистрали. Ну и для любителей поиграть в кошки-мышки с законом, можно на эти значения набросить те самые «беспошлинные» 20 км/ч – ниже этого превышения штрафов нет. Но я сейчас не о штрафах, а о безопасности. Представим, что ограничений скорости нет, как, скажем на автобанах Германии. Значит, можно безнаказанно ехать с любой скоростью. А с какой скоростью ехать безопасно?

Безопасность = наличие резерва

Вспомним, что одно из условий совершения маневра – наличие запаса тяги. И что тяга двигателя – крутящий момент – зависит от показаний тахометра (см. статью «Безопасность вождения и крутящий момент двигателя»). Но способность двигателя разгонять машину зависит также и от скорости: чем ближе скорость движения автомобиля к максимальной, тем сложнее ускориться. Автомобиль хорошо ускоряется при небольших скоростях, и по мере приближения к максимальной скорости разгон происходит все медленнее. Кстати, еще несколько лет назад в технических характеристиках автомобилей BMW на сайте производителя приводилось два показателя времени разгона: для разгона от 0 до 100 км/ч и от 80 до 120 км/ч. Эти показатели были примерно равны между собой. То есть при разгоне с места автомобилю нужно столько же времени для ускорения на 100 км/ч, сколько при разгоне на большой скорости для ускорения всего на 40 км/ч. Чувствуете, к чему я клоню?

Даже если бы и была возможность хоть каждый день ездить на «максималке», все равно этого делать не стоит, потому что любое устройство, в том числе и двигатель, работая на максимуме, не имеет резерва.

Крейсерская скорость

Для сохранения запаса тяги двигателя необходимо ограничивать скорость движения и не приближаться к максимальному значению скорости. А насколько можно приближаться? Где граница? Оптимальная скорость составляет 60-70% от максимальной и называется крейсерской скоростью. Крейсерская скорость движения автомобиля – и есть та разумная граница, которую не стоит превышать, даже на свободных магистралях. То есть крейсерская скорость – максимальная безопасная скорость движения АВТОМОБИЛЯ.

Крейсерская скорость также является самой выгодной скоростью движения в плане соотношения времени в пути к расходу топлива, поэтому воздушные суда летают с крейсерской скоростью.

Перейду к конкретике. Например, для ВАЗ-2110 максимальная скорость по паспорту – 180 км/ч, а крейсерская скорость составляет 108 км/ч (60%). А если взять VW Touareg мощностью 240 л.с., то у него «максималка» по паспорту – 218 км/ч. И для него крейсерская скорость составит 130 км/ч. Не сильно больше, чем у «Лады», правда?

Таким образом, чтобы всегда иметь запас тяги мотора на случай экстренных действий и быть в безопасности, не превышайте крейсерскую скорость своей машины даже в свободных условиях движения. А поскольку максимальная разрешенная скорость в России – 130 км/ч, то нет и проблемы превышения крейсерской скорости 🙂 Так что соблюдайте правила, и все у вас будет в порядке!

Использует

Скорость потока жидкости эффективно описывает все, что касается движения жидкости. Многие физические свойства жидкости могут быть математически выражены через скорость потока. Ниже приведены некоторые общие примеры:

Постоянный поток

Говорят, что поток жидкости устойчивый если ты{displaystyle mathbf {u}} не меняется со временем. Это если

∂ты∂т={displaystyle {frac {partial mathbf {u}} {partial t}} = 0.}

Несжимаемый поток

Если жидкость несжимаема, расхождение из ты{displaystyle mathbf {u}} равно нулю:

∇⋅ты={displaystyle abla cdot mathbf {u} = 0.}

То есть, если ты{displaystyle mathbf {u}} это соленоидальное векторное поле.

Безвихревой поток

Поток безвихревый если завиток из ты{displaystyle mathbf {u}} равно нулю:

∇×ты={displaystyle abla imes mathbf {u} = 0.}

То есть, если ты{displaystyle mathbf {u}} является безвихревое векторное поле.

Поток в односвязный домен который является безвихревым, можно описать как потенциальный поток, за счет использования потенциал скорости Φ,{displaystyle Phi,} с ты=∇Φ.{displaystyle mathbf {u} = abla Phi.} Если поток является как безвихревым, так и несжимаемым, Лапласиан потенциала скорости должен быть равен нулю: ΔΦ={displaystyle Delta Phi = 0.}

Завихренность

В завихренность, ω{displaystyle omega}, потока можно определить в терминах его скорости потока как

ω=∇×ты.{displaystyle omega = abla imes mathbf {u}.}

Таким образом, в безвихревом потоке завихренность равна нулю.

Примеры расчетов

Чаще 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.

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

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.

2.скорость жидкости.

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.

Пошаговая инструкция, как рассчитать водорасход

Произвести подсчеты можно при помощи таблиц. Но полученные результаты будут неточными. Поэтому лучше проводить расчеты на месте, учитывая скорость потока, материал трубопроводных систем и прочие характеристики трубопровода.

Проще всего рассчитать объем расходуемой H2O по следующей формуле:

• q – расход воды (л/с);
• V – скорость течения (м/с);
• d – диаметр (см).

Использовать эту формулу можно и для поиска других неизвестных. Если известен диаметр и расход воды, можно определить скорость потока. А если известны V и q, можно узнать диаметр.

В большинстве стояков напор водного потока равняется 1,5-2,5 атмосфер. А скорость потока обычно составляет 0,8-1,5 м/с. Может быть установлен дополнительный нагнетатель, который меняет параметры внутри системы. Все данные о нем должны быть указаны в техпаспорте.

Минимальное давление в системе должно составлять 1,5 атмосфер – этого достаточно для работы стиральной машины и посудомойки. Чем оно выше, тем быстрее вода движется по трубам, поэтому водорасход повышается.

Для получения более точных результатов применяется формула Дарси-Вейсбаха, которая учитывает возможные изменения напора воды, что приводит к повышению или снижению давления.

• ΔP – потеря давления на сопротивлении движения потока;
• λ – показатель потерь на трение по всей длине;
• D – сечение трубы;
• V — скорость течения;
• L – длина трубопровода;
• g – константа = 9,8 м/с2;
• ϸ — вязкость потока.

Такую формулу обычно используют для выполнения сложных расчетов гидродинамики. В остальных случаях применяются упрощенные варианты.

Частный случай расчета водорасхода – через отверстие крана. Применяется формула:

• Q – водорасход;
• S – площадь окружности (отверстия крана), определяется по формуле S= π*r2;
• V – скорость течения, если она неизвестна, определить ее можно, исходя из формулы V=2g*h, где g – константа, h – высота водного столба над отверстием крана.

Правила расчета

При выполнении вычислений необходимо учитывать следующие правила:

1. Следить за правильностью величин. Если одно значение исчисляется в м/с, то другое должно измеряться в л/с (не в кг/час). Иначе произведенные расчеты будут неверными.

2. Применять правильные значения констант.
3. Учитывать данные нагнетателя системы, если он используется. Вся информация о его влиянии на параметры системы указывается в техническом паспорте.
4. Промежуточные вычисления рекомендуется проводить с точными величинами, а конечный результат можно округлить (лучше в большую сторону).

Чтобы облегчить расчеты, можно воспользоваться калькуляторами в режиме онлайн, в которые достаточно только ввести все известные данные.

Зависимость водного давления от диаметра трубопровода

Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли.

При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, чтов узких частях давление меньше, чем в широких. При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.

В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.

Таблица соотношения

Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.

Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:

Негативное влияние кавитации

В том
случае, если
эти процессы протекают вблизи от стенок ограничивающих каналов, последние будут
подвергаться
непрерывным гидравлическим ударам (бомбардировкам), которые вызывают местные разрушения стенок.
Этому разрушению
способствуют местные высокие температуры, развивающиеся в результате скачкообразности процесса и
высокого уровня
забросов давления. Указанные ударные действия частиц жидкости дополняются химическим воздействием на
металл кислорода
воздуха, выделяющегося из жидкости, а также воздействием электролитического характера.

Под действием высоких температур в присутствии кислорода воздуха происходит активное окисление
(коррозия) контактирующих
поверхностей. Происходящие при этом окислительные процессы усугубляются тем, что растворенный в
жидкости воздух содержит
почти в полтора раза больше кислорода, чем атмосферный воздух. Кроме того,
интенсивность окислительных
процессов повышается в результате разрушения под действием гидравлических микроударов окислительной
пленки, которая в
обычных условиях замедляет окисление металлических поверхностей деталей

В
результате при длительной кавитации под действием указанных гидравлических ударов высокой
повторяемости и
одновременном воздействии высокой температуры происходит разрушение (эрозия) поверхностей деталей.
Кавитация наступает тем раньше, чем больше жидкость загрязнена твердыми частицами. Это обусловлено
тем, что на
поверхностях этих частиц адсорбируется тонкий слой воздуха, частицы которого при попадании в зону
пониженного давления
служат очагами, способствующими возникновению кавитации.
Разрушению подвергаются при развитой кавитации детали различных гидроагрегатов. На рисунке показан
плунжер
распределительного золотника (клапана) следящей гидросистемы, работавший в условиях значительного
дросселирования
жидкости. Кавитационному разрушению подвергаются также торцы блока цилиндров и межоконные перемычки
распределительного
диска аксиально-поршневых насосов, на поверхности которых образуются глубокие впадины

При возникновении кавитации в трубопроводах сопротивление их значительно возрастает, а пропускная
способность
соответственно уменьшается. При небольших сечениях трубопровода образуются газовые пробки и движение
жидкостно-газовых
фаз происходит чередующимися импульсами.
Кавитация жидкости в насосах наступает при условии, когда жидкость при всасывании отрывается по тем
или иным причинам от
рабочего элемента насоса — поршня, лопасти, зубьев или прочих вытеснителей. Возможность отрыва
зависит от вязкости
жидкости и величины давления на входе в насос, а также от числа оборотов и конструктивных
особенностей насосов. В
частности, кавитация возникает, если давление на входе во всасывающую камеру насоса окажется
недостаточным для
обеспечения неразрывности потока жидкости в процессе изменения скорости дальнейшего ее движения.
Предельно допустимым, с этой точки зрения, числом оборотов насоса является такое число, при котором
абсолютное давление
жидкости на входе в насос будет способно преодолеть без разрыва потока потери напора во всасывающей
камере,
обусловленные ее сопротивлением и силами инерции. В случае шестеренного и пластинчатого (лопастного)
насосов к этим
потерям добавляются потери, обусловленные центробежной силой, действующей на жидкость, вращающуюся
вместе с ротором
насоса.

Зависимость водного давления от диаметра трубопровода

Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли. Согласно нему при возрастании давления воды скорость течения снижается, и наоборот.

При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, чтов узких частях давление меньше, чем в широких. При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.

В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.

Таблица соотношения

Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.

Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:

Как выбрать безопасную скорость? Итоги

В итоге мы имеем следующий сухой остаток о выборе скорости в транспортном потоке:

• Безопасная скорость в свободных условиях движения: скорость, не превышающая крейсерскую скорость вашего автомобиля, которая составляет 60-70% от максимальной. В цифрах – зависит от характеристик конкретного автомобиля, чаще всего в пределах 110-130 км/ч.
• Безопасная скорость в плотном транспортном потоке: скорость потока, либо +/- 10-15 км/ч. Либо такая скорость, при которой опережение происходит не дольше, чем за 6 секунд. В любом случае, скорость должна быть такой, чтобы для ее корректировки вам не приходилось нажимать на педаль тормоза. Если при движении в потоке вы нажали на тормоз — скорость превышена.
• Безопасная скорость при обгоне (опережении по встречной полосе): скорость с перевесом в 20-30 км/ч по отношению к обгоняемому автомобилю. Либо скорость, при которой на обгон уходит от 3 до 5 секунд.

• Оптимальная скорость при движении на дальние расстояния – скорость, при которой вы едете наиболее равномерно и при которой ваша средняя скорость в итоге окажется близкой к максимальной, с которой вы пытались ехать. Критерий правильно выбранной скорости – отсутствие (или небольшое количество) торможений.

Похожие записи:

Lifan x70 (лифан х70) Тряска руля во время торможения. симптомы и устранение Единственный и неповторимый: bmw m3 csl Рейтинг самых лучших автомобилей 90-х годов Из 92 в 95. что делать, если заправился некачественным бензином? Характеристика автосигнализации старлайн а4 и руководство по ее установке и использованию