Как изменяется давление при изменении диаметра трубы. Пропускная способность трубы: просто о сложном

Движение жидкости по трубам.
Зависимость давления жидкости от скорости ее течения

Стационарное течение жидкости. Уравнение неразрывности

Рассмотрим случай, когда невязкая жидкость течет по горизонтальной цилиндрической трубе с изменяющимся поперечным сечением.

Течение жидкости называют стационарным , если в каждой точке пространства, занимаемого жидкостью, ее скорость с течением времени не изменяется. При стационарном течении через любое поперечное сечение трубы за равные промежутки времени переносятся одинаковые объемы жидкости.

Жидкости практически несжимаемы , т. е. можно считать, что данная масса жидкости всегда имеет неизменный объем. Поэтому одинаковость объемов жидкости, проходящих через разные сечения трубы, означает, что скорость течения жидкости зависит от сечения трубы.

Пусть скорости стационарного течения жидкости через сечения трубы S1 и S2 равны соответственно v1 и v2. Объем жидкости, протекающей за промежуток времени t через сечение S1, равен V1=S1v1t, а объем жидкости, протекающей за то же время через сечение S2, равен V2=S2v2t. Из равенства V1=V2 следует, что

Соотношение (1) называют уравнением неразрывности . Из него следует, что

Следовательно, при стационарном течении жидкости скорости движения ее частиц через разные поперечные сечения трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений.

Давление в движущейся жидкости. Закон Бернулли

Увеличение скорости течения жидкости при переходе из участка трубы с большей площадью поперечного сечения в участок трубы с меньшей площадью поперечного сечения означает, что жидкость движется с ускорением.

Согласно второму закону Ньютона, причиной ускорения является сила. Этой силой в данном случае является разность сил давления, действующих на текущую жидкость в широкой и узкой частях трубы. Следовательно, в широкой части трубы давление жидкости должно быть больше, чем в узкой. Это можно непосредственно наблюдать на опыте. На рис. показано, что на участках разного поперечного сечения S1 и S2 в трубу, по которой течет жидкость, вставлены манометрические трубки.

Как показывают наблюдения, уровень жидкости в манометрической трубке у сечения S1 трубы выше, чем у сечения S2. Следовательно, давление в жидкости, протекающей через сечение с большей площадью S1, выше, чем давление в жидкости, протекающей через сечение с меньшей площадью S2. Следовательно,

при стационарном течении жидкости в тех местах, где скорость течения меньше, давление в жидкости больше и, наоборот, там, где скорость течения больше, давление в жидкости меньше. К этому выводу впервые пришел Бернулли, поэтому данный закон называется законом Бернулли .

Разборка решения задач:

ЗАДАЧА 1. Вода течет в горизонтально расположенной трубе переменного сечения. Скорость течения в широкой части трубы 20 см/с. Определить скорость течения воды в узкой части трубы, диаметр которой в 1,5 раза меньше диаметра широкой части.

ЗАДАЧА 2. В горизонтально расположенной трубе сечением 20 см2 течет жидкость. В одном месте труба имеет сужение сечением 12 см2. Разность уровней жидкости в манометрических трубках, установленных в широкой и узкой частях трубы, равна 8 см. Определить объемный расход жидкости за 1 с.

ЗАДАЧА 3. К поршню спринцовки, расположенной горизонтально, приложена сила 15 Н. Определить скорость истечения воды из наконечника спринцовки, если площадь поршня 12 см2.

В каждом современном доме одним из главных условий комфорта является водопровод. А с появлением новой техники, требующей подключения к водопроводу, его роль в доме стала очень важной. Многие люди уже не представляют, как можно обойтись без стиральной машины, бойлера, посудомоечной машины и т.д. Но каждый из этих аппаратов для правильной работы требует определенного давления воды, поступающей из водопровода. И вот человек, решивший установить новый водопровод в своем доме, задумывается о том, как рассчитать давление в трубе, чтобы все сантехнические приборы хорошо работали.

Требования современного водопровода

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

Обратите внимание! Минимальное давление водопровода должно составлять 1,5 атмосферы. Такого давления достаточно для работы посудомоечной и стиральной машины.

Надо учитывать еще одну важную характеристику водопровода, связанную с расходом воды. В любом жилом помещении находится не одна точка разбора воды. Поэтому расчет водопровода должен полностью обеспечивать потребность воды всех сантехнических приборов при одновременном включении. Этот параметр достигается не только давлением, но и объемом поступающей воды, которую может пропустить труба определенного сечения. Говоря простым языком, перед монтажом требуется выполнить некий гидравлический расчет водопровода, с учетом расхода и давления воды.

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

Давление

Как известно, центральный водопровод в прошлом подключали к водонапорной башне. Именно эта башня создает в сети водопровода давление. Единицей измерения давления является атмосфера. Причем, давление не зависит от размера емкости, расположенной наверху башни, а только от высоты.

Обратите внимание! Если залить воду в трубу десятиметровой высоты, то она в нижней точке создаст давление – 1 атмосферу.

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

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

Расход

Рассмотрим следующий фактор – расход воды. Он напрямую зависит от давления, и чем оно больше, тем быстрее вода будет двигаться по трубам. То есть будет больший расход. Но все дело в том, что на скорость воды влияет сечение трубы, по которой она двигается. И если уменьшать сечение трубы, то будет расти сопротивление воды. Следовательно, уменьшится ее количество на выходе из трубы за тот же промежуток времени.

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

Где h 1-2 – показывает потерю напора на выходе, после преодоления сопротивления на всем участке водопровода.

Рассчитываем домашний водопровод

Но это, как говорится, сложные вычисления. Для дом

сечение пластиковых труб, как выбрать, какой диаметр для водоснабжения

Содержание:

При обустройстве или ремонте водопровода дело обязательно доходит до взаимодействия с трубами. Выбор подходящих труб для водопроводных систем вызывает массу вопросов у неопытных в данной сфере людей. Одной из самых сложных проблем при этом является подбор диаметра труб, который усложняется широким ассортиментом материалов, представленных на рынке. В данной статье речь пойдет о том, как выбрать диаметр трубы для водопровода.

Характеристики водопроводных труб

Конструкция водопровода не может работать без труб, поэтому не будет ошибкой утверждение, что именно они являются важнейшим элементом этой системы. В строительстве чаще всего используются пластиковые, металлопластиковые и металлические трубы.

Несмотря на различия, обусловленные разными материалами изготовления, все трубы имеют одинаковые размерные характеристики, перечень которых выглядит так:

• Внутренний диаметр, который должен быть одинаковым в местах всех соединений, чтобы конструкция была цельной;
• Диаметр условного прохода – номинальный показатель, необходимый для монтажа водопровода;
• Толщина стенок;
• Длина трубы.

Правильный подбор труб с точки зрения размерных характеристик нужен не только для их монтажа – подходящие для обустройства водопровода элементы позволят создать конструкцию, с которой не будет проблем в процессе эксплуатации. Если диаметр пластиковой водопроводной трубы слишком мал, в ней будут возникать водяные завихрения, из-за чего конструкция будет шуметь и периодически выходить из строя.

Зависимость длины и диаметра труб

В обычных водопроводах скорость транспортировки жидкости обычно составляет около 20 м/с. Данный показатель оказывает непосредственное влияние на то, каким будет сечение трубы для водопровода.  

Зависимость диаметра водопроводных труб от длины водопроводной магистрали выглядит следующим образом:

• При длине системы меньше 30 м стоит остановить свой выбор на 25-мм трубах;
• Трубопровод, длина которых превышает 30 м, должен иметь диаметр 32 мм;
• Для водопроводов длиной менее 10 м вполне подходят трубы диаметром 20 мм.

При обустройстве частных водопроводных сетей чаще всего используются отрезки труб длиной 4 метра, но далеко не всегда – например, для прокладки протяженных магистралей с успехом применяются изделия длиной около 15 метров.

Чтобы такие длинные трубы могли без проблем функционировать на протяжении всего срока эксплуатации системы, потребуются качественные соединения.

Зависимость пропускной способности и диаметра трубы

Между диаметром трубы и ее пропускной способностью есть прямая зависимость. Например, 25-мм трубы пропускают 30 л воды за 1 минуту, а 32-мм – до 50 л. Эти показатели нужно знать, поскольку они тесно связаны с запорной арматурой – стандартный кран, расположенный в доме, может за ту же минуту пропускать всего лишь 5 л воды.

Такая взаимосвязь между расходами воды и размерами труб позволяет качественно спроектировать систему, которая будет обеспечивать нормальное распределение воды по всем точкам потребления. Естественно, нужно понимать, что количество кранов может быть достаточно большим, поэтому нужно хорошо продумывать схему водопровода.

Решая, какой диаметр трубы выбрать для водоснабжения, нужно учитывать следующие показатели:

1. Общая протяженность водопроводной магистрали;
2. Предполагаемое количество соединений;
3. Предполагаемое количество колен и изгибов конструкции;
4. Напор воды в трубопроводе.

Профессионалы при проектировании водопровода учитывают комплексное воздействие описанных выше параметров на работоспособность водопровода и рассчитывают их при помощи специальных формул. Для бытовых условий столь сложные расчеты попросту не нужны – достаточно будет примерных результатов.

Типовые варианты обустройства водопровода

Стандартный диаметр пластиковых труб для водопровода составляет 10 мм или 15 мм. Естественно, стояк должен иметь больший диаметр – обычно хватает 25-мм трубы. При покупке труб стоит убедиться в соответствии их диаметров номинальным значениям – погрешность может оказаться весьма значительной.

Обустраивая водопровод сложной конфигурации с множеством поворотов, соединений и сопутствующими перепадами давления, стоит выбирать трубы с увеличенным диаметром – они смогут за счет своих характеристик компенсировать все негативные факторы, связанные с такой конструкцией.

Заключение

Подводя итоги, можно отметить несколько важных моментов. Во-первых, для сложного водопровода стоит использовать трубы повышенного диаметра, равно как и в случае с большим расходом воды. Во-вторых, для транспортировки горячей воды необходимы толстостенные трубы. В-третьих, грамотно подобранный диаметр трубы для водопровода продлит срок службы системы. 

критерии выбора, обозначения и расчеты

Содержание статьи:

Комфортная жизнь современного человека невозможна без водопровода. Правильный выбор диаметра трубы для водоснабжения в частном доме поможет избежать неприятностей и поломок, вызванных ненадлежащей работой или недостаточной пропускной способностью систем подачи и отведения воды.

Критерии выбора диаметра трубы для водопровода в частном доме

При выборе диаметра учитывают напор в трубе, назначение данного отрезка магистрали, материал изделий

Сечение трубы – критерий расчета пропускной способности трубопроводной системы. Например, водопровод диаметром 32 мм способен пропустить 50 литров в минуту, а сечением 25 мм — лишь 30 литров. Стоит также учитывать тот факт, что смеситель не может обеспечить пропускную способность более 5 л/мин.

Рекомендуется выбирать подходящий размер поперечного сечения трубного проката, используя следующие критерии:

• общая длина водопроводной сети;
• количество точек потребления воды;
• температура перемещаемой жидкости;
• число поворотов и стыков;
• наличие/отсутствие перепадов давления в трубах;
• планируемый объем водопотребления;
• материал изготовления элементов водопровода;
• тип водопровода: централизованный или местный.

Первые два критерия оказывают прямо пропорциональное влияние на величину диаметра. При увеличении общей длины трубопровода и числа точек потребления воды сечение трубопровода также следует принять большим. К основным точкам водопотребления относятся нагревательный бак, унитаз, раковина, мойка, душ или душевая кабина, ванная, стиральная и/или посудомоечная машина и пр.

Третий пункт обращает внимание на то, что полимерные конструкции для подачи/отведения холодной и горячей воды отличаются толщиной стенки. Передача горячей жидкости производится в толстостенных трубах. Металлические конструкции можно использовать одинаковыми по толщине.

При создании системы с частыми стыками и поворотами, а также при неравномерном напоре воды из-за многоэтажности и непрямого движения воды, необходимо использовать трубы увеличенного внутреннего размера. Также следует выбрать элементы большего сечения, если в доме проживает или гостит большое количество людей.

Выбранный материал определяет будущую стоимость всей системы и степень сложности ее сборки. Встречающиеся в технической литературе методы расчета пропускной способности труб обычно подходят только для металлических изделий (обычно, стальных). Их особенность в том, что во время эксплуатации постепенно меняется внутренний диаметр. Это происходит из-за накапливающегося на стенках известкового налета и других отложений в один или несколько слоев. Трубы из полимерных материалов (пластик, полиэтилен, металлопластик, ПВХ) хорошо справляются с такой проблемой. Однако могут расширяться под воздействием горячих температур. Это приводит к падению напора, шумам и сбоям. Элементы из меди служат дольше стальных и полимерных, но имеют гораздо большую стоимость.

При подключении к централизованной водомагистрали нужно сделать подбор сечения труб только для их разводки по дому. Если же речь идет об автономном варианте, дополнительно учитываются затраты на сооружение колодца или бурение скважины. В будущем затраченные средства компенсируются независимостью от внешних факторов и отсутствием постоянной платы за подведение воды и канализацию.

Обозначения диаметров труб

Основные размеры водопроводных труб из стали приведены в ГОСТе 3262-75. Диаметр всех выпускаемых в мире изделий находится в диапазоне 2,5-4000 мм. Вариантов трубного проката встречается около 50. ГОСТом установлены такие параметры труб, как наружный диаметр, масса, толщина стенки. Общепринятым является обозначение диаметра трубы в миллиметрах и резьбы на ней в дюймах. Параметры полимерных элементов круглого сечения (32 типоразмера в диапазоне 10-1600 мм) прописаны в ГОСТ 18599-2001. Изделия дополнительно подразделяют на четыре группы по толщине стенки от 2 до 70 мм.

Внешний диаметр обозначают латинской буквами D или Dн, внутренний – буквами d или Dвн, а толщину стенки – строчной или прописной s. В стандарте внутренний диаметр не указан. Его можно рассчитать, отняв от внешнего размера удвоенную толщину стенок.

Встречается также обозначение Dу (DN, Dn), которое применяется при указании условного диаметра (прохода) проката. В справочной литературе встречается другое название этого понятия – «номинальный диаметр трубы». Это усреднённый размер изделия трубопроводного проката (на просвет), который обычно отличается от указанного на маркировке. Он получается в результате округления измеренного внутреннего диаметра до ближайшего стандартного значения. Например, для трубы с наружным и внутренними сечениями 156/144 мм и 156/148 мм DN = 150 мм.

Маркировка стальных изделий производится в дюймах, а медных, алюминиевых и полимерных – в миллиметрах. Чтобы соотнести эти размеры при комбинированной трубопроводной системе, пользуются специальными таблицами или программами (приложениями).

Соответствие дюймов диаметру условного прохода трубы: ¼ дюйма – 8 мм; ½ дюйма – 15 мм; ¾ дюйма – 20 мм; 1 дюйм – 25 мм; 1¼ дюйма – 32 мм; 1½ дюйма – 40 мм; 2 дюйма – 50 мм; 2,5 дюйма – 65 мм.

Как рассчитать сечение труб водоснабжения

Чтобы определить, какой диаметр трубы лучше использовать для водопровода частного дома, нужно рассчитать приблизительную длину создаваемой сети трубопровода. Если нужно разводить трубы стандартной централизованной водопроводной системы, принимают среднюю скорость водного потока равной 20 м/c. Для этой скорости существуют следующие рекомендации по подбору диаметра прокатного элемента:

• Длина сети меньше 10 метров, нужный диаметр трубы – 20 мм.
• Для труб общей длиной 10-30 метров сечение водопровода принимают равным 25 мм.
• При сети длиной больше 30 метров рекомендуется использовать трубы диаметром 32 мм.

При этом длина одной трубы варьируется от 4 до 15 метров. Элементы трубопровода должны быть качественными и надежными, чтобы обеспечить длительную работу системы водоснабжения без сбоев.

Пропускная способность – параметр, показывающий соотношение предельного объема жидкости, проходящего через сечение трубы за единицу времени. Существует три способа его расчета:

• По техническим формулам. Применяются усредненные показатели. Формулы достаточно сложные и требуют точности подстановки всех данных. Поэтому практически не применяются.
• По таблицам. Достаточно простой и точный вариант решения гидравлической задачи. Содержат зависимости между различными параметрами. В частности, зависимость пропускной способности магистрали от внутреннего диаметра.
• С помощью специального программного обеспечения. По исходным данным программа автоматически выполняет расчет с учетом всего подключаемого оборудования. Подставив предполагаемый внутренний диаметр, сопротивление в элементах, показатель шероховатости, общую длину трубопровода, результат выводится практически мгновенно.

Если водопровод имеет длину от 30 метров, на нем встречается много поворотов, разветвлений и стыковых соединений, подбирается больший диаметр.

Как вычислить давление в трубе

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

Требования современного водопровода

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

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

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

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

Давление

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

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

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