Скорость воды в трубопроводе формула: Расчет скорости воды в трубе

Скорость воды в трубопроводе формула: Расчет скорости воды в трубе
Янв 02 1970
alexxlab

Содержание

Определение гидравлических потерь на участках водопроводной сети

Определение гидравлических потерь на участках водопроводной сети

Определение гидравлических потерь на участках водопроводной сети

Расход воды в системе водоснабжения связан с сечением трубы и скоростью движения следующей зависимостью:

  • где V — скорость движения воды в трубе, м/с;

  • d — внутренний диаметр трубы, м.

Отсюда

Очевидно, что для определения диаметра трубы кроме расчетного расхода необходимо знать (или задавать) скорость движения воды V.

Практически не представляется возможным установить какие-либо обоснованные пределы колебания расчетной скорости движения воды в трубах, исходя из чисто технических соображений [1]. Между тем, легко видеть, что изменение скорости (при заданном расчетном расходе) существенно влияет на экономические показатели системы водоснабжения. Из приведенной выше формулы видно, что с увеличением скорости диаметр водопровода уменьшается, что обуславливает снижение его строительной стоимости. В свою очередь увеличение скорости влечет за собой увеличение потерь напора в водопроводной сети. Потери напора при движении воды по трубам пропорциональны их длине и зависят от диаметра труб, расхода воды (скорости течения), характера и степени шероховатости стенок труб (то есть от материала труб) и от области гидравлического режима их работы. Основной формулой инженерной гидравлики, связывающей все указанные характеристики, является формула Дарси-Вейсбаха:

  • где — линейные потери напора, м;

  • — коэффициент гидравлического сопротивления;

  • l и d — длина и диаметр трубы, м;

  • V — скорость движения воды, м/с;

  • g — ускорение свободного падения, м/с2.

Режим движения жидкости определяется числом Рейнольдса

  • Re — безразмерное число Рейнольдса;

  • V — характерный параметр, скорость движения воды в трубе, м/с;

  • d — характерный параметр, внутренний диаметр трубопровода, м;

  • — кинематический коэффициент вязкости воды при температуре воды 10 ºС.

Смена режимов движения происходит при критических числах Рейнольдса .

Критерием режима движения служат следующие неравенства:

Ламинарный режим

При , коэффициент гидравлического сопротивления можно определить по формуле Колбрука-Уайта

Область перемежающейся турбулентности

Коэффициент гидравлического сопротивления можно определить по формуле

Максимальные скорости воды в трубопроводе (трубе) в зависимости от применения принятые в Европе.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Оборудование — стандарты, размеры / / Элементы трубопроводов. Фланцы, резьбы, трубы, фитинги…. / / Трубы, трубопроводы. Диаметры труб и другие характеристики. / / Выбор диаметра трубопровода. Скорости потока. Расходы. Прочность. Таблицы выбора, Падение давления.  / / Максимальные скорости воды в трубопроводе (трубе) в зависимости от применения принятые в Европе.
Максимальные скорости воды в трубопроводе (трубе) в зависимости от применения принятые в Европе.

Во избежание шума, а также повышенного износа труб и другого оборудования скорость воды в трубопроводе не должна превышать определенных разумных величин, указанных в таблице ниже:

Применение Максимальная скорость
(м/с) (футов/с)
Кран в ванной или на кухне (практически бесшумный) 0.5 — 0.7 1.6 — 2.3
Кран / душ в ванной или на кухне 1.0 — 2.5 3.3 — 8.2
Вода в системах охлаждения 1.5 — 2.5 4.9 — 8.2
Вода на входе в водогрейный котел 0.5 — 1.0 1.6 — 3.3
Вода на выходе их водогрейного котла 1.5 — 2.5 4.9 — 8.2
Конденсат 1.0 — 2.0 3.3 — 6.5
Телоснабжение 1.0 — 3.0 3.3 — 9.8



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Практические скорости потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Инженерные приемы и понятия / / Падение (потеря) давления.  / / Практические скорости потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.

Практические скорости потока жидкости в трубопроводах (трубах) в различных технологических и коммунальных сетях. Водопровод. Канализация. Теплоснабжение (отопление).

Комфортной (не вызывающей излишней коррозии / эрозии или шума в трубопроводах) считается скорость до 1,5 м/с. Приемлемой — до 2,5 м/с. А практически встречающиеся скорости см. в таблице ниже:

Система

Диапазон практических скоростей (м/с)

Самоциркулирующее теплоснабжение 0,2-0,5
Теплоснабжение с принудительной циркуляцией основная «прямая труба» 0,5-3 (выше — не стоит подключать новые нагрузки)
Теплоснабжение с принудительной циркуляцией — отводы на батареи = радиаторы 0,2-0,5
Водоснабжение магистральное 0,5-4 (выше — не стоит подключать новые нагрузки)
Водоснабжение ХВС и ГВС (разбор воды) 0,5-1 (выше — потребители не оценят фонтан…)
Циркуляция в системе ГВС 0,2-0,5 ( выше никому не нужно)
Промышленное холодоснабжение основная «прямая труба» 0,5-3 (до 5 м/с)
Промышленное холодоснабжение отводы на холодильные радиаторы камер 0,2-0,5
Канализация, безнапорная, в том числе ливневая 0,5-1 (до 3 м/с)



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Жидкость скорость движения по трубопроводу

    Потери напора на трение по длине рассчитывают по формуле Дарси — Вейсбаха для соответствующего участка трубопровода, местные потери напора — в зависимости от типа местного сопротивления. Обычно задаются скоростью жидкости, а затем рассчитывают потери напора, которые должны находиться в допустимых пределах. Ориентировочные скорости движения жидкости, газов и паров в трубопроводах приведены ниже, м/с  [c.62]
    Выбор скорости движения продуктов по трубопроводам должен обеспечивать их достаточную пропускную способность и безопасность эксплуатации отсутствие вибрации труб, износа внутренней поверхности трубопроводов и уплотнительных поверхностей арматуры и др. Ниже приведены рекомендуемые значения скоростей для жидкостей, паров и газов (в м/с)  
[c.68]

    Как видно из приведенных выше формул, для определения сопротивления и диаметра трубопровода необходимо задаться некоторой оптимальной скоростью потока. Значением ее задаются согласно рекомендациям, основанным на технико-экономических соображениях. Ниже приведены рекомендуемые пределы изменения скорости движения жидкостей, газов и паров в промышленных трубопроводах жидкости — маловязкие, не выше 3 м/с вязкие, не выше 1 м/с движущиеся самотеком — 0,2 — 1 м/с при перекачивании насосом — 1 — 3 м/с газы — под давлением до 0,1 МПа -8-15 м/с под давлением выше ОЛ МПа — 20 -30 м/с перегретый водяной пар -30-50 м/с. [c.109]

    Правильное определение диаметра трубопровода обусловливает затраты на строительство, а также энергетические и другие эксплуатационные расходы. Основой для расчета диаметра трубопровода являются заданные производительность и скорость движения транспортируемой среды (жидкости, газа). Из уравнения расхода 

[c.312]

    Из формул (7-1) и (7-2) следует, что для определения диаметра трубопровода должен быть известен требуемый расход и выбрана скорость движения жидкости или газа. С увеличением скорости диаметр трубопровода, необходимый при данном расходе, уменьшается, но возрастает потеря давления и, следовательно, расход энергии на перемещение жидкости (газа). С уменьшением скорости расход энергии уменьшается, но увеличивается диаметр трубопровода и повышается его стоимость. Некоторая оптимальная скорость соответствует минимуму эксплуатационных расходов, т. е. сумме стоимости энергии, амортизации [c.186]

    В критерий Галилея пе входит скорость потока, а критерий Архимеда отражает разность плотностей жидкости в двух различных точках потока, т. е. при естественной конвекции. Обычно одновременное равенство различных критериев подобия в изучаемых потоках невозможно, и поэтому прн моделировании учитывают лишь те критерии, которые отражают влияние основных сил, действующих в потоке. Так, при перекачивании жидкости насосом по трубопроводу влияние силы тяжести можно не учитывать и исключить поэтому из рассмотрения критерий Фруда. Обычно общий вид зависимости при вынужденном движении жидкости по трубопроводу имеет вид [c.49]

    Электризация в потоке происходит при сливе, наливе и перекачке органических жидкостей по металлическим и неметаллическим (из полиэтилена, стекла, фторопласта и др.) трубопроводам. Количество образующегося статического электричества в этом случае зависит от диэлектрических свойств, кинематической вязкости, скорости движения и температуры жидкости, диаметра, длины и материала трубопровода, состояния его внутренней поверхности (шероховатости, наличия окалины и др.). [c.110]

    Назначение — обеспечить ламинарный режим течения топлива при перекачке по трубопроводу. При определенных значениях плотности жидкости, скорости движения потока и характеристиках трубопровода спокойное ламинарное течение переходит в турбулентное, обусловленное пульсациями давления в пристеночной области. Это создает дополнительное сопротивление, доля которого в случае маловязких жидкостей доходит до 80% от общего гидравлического сопротивления. Соответственно возрастают затраты энергии на перекачку. [c.188]

    Из формул (3.3) и (3.4) следует, что дпя определения диаметра трубопровода необходимо знать расход жидкости и скорость её движения С увеличением скорости диаметр трубопровода, необходимый при дан- [c.35]

    При этом следует иметь в виду, что скорость, а следовательно, и динамическое давление газов или жидкостей, протекающих по трубопроводу, не одинаковы в центре и у стенки последнего. От максимального значения в центре оно падает до нуля у стенки (рис. 2). Поэтому в расчетные формулы, включающие значение скорости газа или жидкости, протекающих по трубопроводу, необходимо вводить поправочный коэффициент (ф) на эту неравномерность скорости их движения (см. следующий параграф). [c.16]

    Поршневые насосы относятся к классу объемных насосов, в процессе работы которых всасывающий и нагнетательный трубопроводы герметически отделены друг от друга, а количество жидкости, подаваемой в единицу времени, определяется только размерами пасоса и скоростью движения его рабочих органов и пе зависит от развиваемого напора. [c.90]

    Характер изменения скорости движения жидкости в трубопровода насоса двойного действия таков же, как и в насосе одинарного действия. Разница лишь в том, что период пребывания жидкости в покое в трубопроводах насосов двойного действия равен пулю. [c.109]

    Чем больше разность — р, тем сильнее колебание скорости жидкости, вытекающей из газового колпака в нагнетательный трубопровод. Движение жидкости в нагнетательном трубопроводе считают равномерным при тк 0,025. При определенном значении коэффициента неравномерности давления т, = 0,025 объем нагнетательного газового колпака определяют по формулам для пасоса одинарного действия [c.111]


    На рис. 7-4 показан одноступенчатый насос. Центробежный насос имеет рабочее колесо 1 с загнутыми назад лопатками, которое с большой скоростью вращается в корпусе 2 спиралеобразной формы. Жидкость из всасывающего трубопровода 3 поступает по оси колеса и, попадая на лопатки, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы давление жидкости увеличивается и она выбрасывается из колеса в неподвижный корпус 2 и напорный трубопровод 4. При этом на входе в колесо создается пониженное давление и, вследствие разности давлений, жидкость из приемного резервуара непрерывно поступает в насос. [c.191]

    В отличие от прямодействующего насоса, имеющего постоянную скорость движения поршня на большей части хода, движение поршня вального насоса неравномерное. В зависимости от положения кривошипа или кулачка скорость поршня изменяется от нуля в мертвых точках до максимума (у середины хода). Соответственно изменяется расход жидкости в трубопроводах, примыкающих к рабочей камере. Для выравнивания подачи жидкости кривошипы (или кулачки) в многорядных насосах смещены относительно друг друга на некоторый угол. В двухрядных насосах этот угол равен 90°, в трехрядных — 120°, в т-рядных [c.99]

    Смеситель состоит из лопастного ротора /, статора 2 с цилиндрическими каналами и дисковых ножей 3 для предварительного измельчения твердой фазы и дополнительного воздействия на выходящую из статора смесь. Зазор между ротором и статором составляет 0,2—0,25 мм, что при скорости вращения ротора 1750—10 000 об/мин обеспечивает в большинстве случаев хорошее диспергирование и смешивание за один проход. Высокая эффективность смесителя определяется тем, что при его работе почти вся энергия расходуется на создание в жидкости напряжений сдвига и удара. Когда же пропеллерная или дисковая мешалка работает в емкости, то значительная часть энергии расходуется на приведение жидкости в движение. При этом способе могут смешиваться жидкости с вязкостью до 15 000—20 000 спз, причем во избежание застывания производят обогрев трубопровода. Время пребывания жидкости в смесителе регулируют изменением сечения трубопровода на выходе. Фирма выпускает смесители, характеристика которых приведена в табл. 11 [37]. [c.28]

    Известно, что с повышением температуры и давления скорость коррозии, как правило, возрастает, увеличение скорости движения жидкостей и газов в аппаратах и трубопроводах также влечет за собой усиление коррозии. Поскольку в технологических регламентах эти параметры определены с учетом коррозионного действия, очевидно, что их нарушение будет увеличивать степень коррозии и такие нарушения недопустимы. Даже при правильном выборе конструкционного материала причиной коррозии может служить небрежный уход за оборудованием. Малозаметные трещины в кислотоупорной футеровке могут привести впоследствии к серьезным авариям. Установлено, что трещины, рванины, царапины являются участками, где обычно начинается коррозия, поэтому нельзя допускать их возникновения. Нельзя допускать подтеков, капели, скопления жидкостей в углублениях, где жидкости не должно быть. Необходимо тщательно следить за чистотой аппаратуры. [c.176]

    Опыты, проведенные в 1883 г. Рейнольдсом, показали, что переход одного режима в другой зависит от средней скорости движения жидкости, диаметра трубопровода и кинематической вязкости жидкости, которые определяют величину безразмерного комплекса — критерия Рейнольдса [c.46]

    Ниже приведены рекомендуемые пределы изменения скорости движения жидкостей, газов и паров в промышленных трубопроводах  [c.314]

    Возникшее первоначально в месте перекрытия трубопровода повышение давления распространяется против течения жидкости по всему трубопроводу со скоростью с. Достигнув начального сечения О—О, ударная волна отразится и будет двигаться в обратном направлении к сечению 1—1 и т. д. Вследствие этого находящаяся в трубопроводе жидкость будет совершать колебательные движения, которые будут затухающими, что обусловлено гидравлическими сопротивлениями. [c.64]

    Типичный вид зависимости этих расходов и общих годовых затрат от диаметра трубопровода показан на рис. И-28. Диаметр трубопровода опт, отвечающий оптимально выбранной скорости движения жидкости, соответствует минимуму на кривой М А Э. [c.95]

    В 1881 г. В. Г. Шухов опубликовал свою работу «Трубопроводы и применение их в нефтяной промышленности», которая на многие десятилетия стала основным руководством по проектированию трубопроводов. В этой работе В. Г. Шухов установил зависимость между расходом жидкости и ее вязкостью, предложил фор-м /лу для расчета падения напора в зависимости от режима течения жидкости, дал методику определения наиболее выгодного диаметра трубопровода, скорости движения жидкости, толш ины стенок труб. Разработанный им графоаналитический метод расположения п]Эомежуточных насосных станций применяется и в настоящее время. [c.10]

    Из уравнения (6-30) при движении жидкости по горизонтальному трубопроводу (2] = 22) с постоянной скоростью (ш, = даз) следует  [c.160]

    В одноступенчатом центробежном насосе (рис. 111-2) жидкость из всасывающего трубопровода / поступает вдоль оси рабочего колеса 2 в корпус 3 насоса и, попадая на лопатки 4, приобретает вращательное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим колесом, в котором скорость жидкости уменьшается до значения, равного скорости в нагнетательном трубопроводе 5. При этом, как следует из уравнения Бернулли, происходит преобразование кинетической энергии потока жидкости в статический напор, что обеспечивает повышение давления жидкости. На входе в колесо создается пониженное давление, и жидкость из приемной емкости непрерывно поступает в насос. [c.133]

    Существенным недостатком поршневых насосов является неравномерная, пульсирующая подача перекачиваемой жидкости, что приводит к вибрации трубопровода и в некоторых случаях к нарушению их герметичности при расстройстве фланцевых соединений. Для уменьшения пульсации возможно ближе к нагнетательному клапану ставят воздушный колпак 8 с воздушной лодушкой, выравнивающий скорость движения жидкости в напорном трубопроводе. Размер колпака определяется расчетом, объем воздуха в колпаке во время работы должен составлять примерно 2/3 полного объе.ма колпака. Для наблюдения за уровнем жидкости в колпаке имеется мерное стекло или другой уровнемер. Помимо уменьшения вибрации колпак предохраняет насос от гидравлических ударов при быстрой или внезапной остановке насоса. [c.318]

    В указанном выше смысле термин вихрь — условное понятие. Вихревым является и ламинарное движение, которое характеризуется различием скоростей по сечению трубы (см. рис. 11-10, а). Каждая частица жидкости движется по трубопроводу поступательно, однако поток в любом сечении можно считать как бы вращающимся вокруг его точек, находящихся у стенки, где скорость жидкости равна нулю. Таким образом, отличие ламинарного течения от турбулентного состоит не в том, что последнее является вихревым, а в наличии хаотических флуктуаций скорости в различных точках турбулентного потока,, приводящих, в частности, к перемещению частиц в направлениях, поперечных его оси. [c.46]

    При изменении поперечного сечения трубопровода и соответствеино скорости движения жидкости происходит превращение энергии при сужении трубопровода часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую и, наоборот, при расширении трубопровода часть кинетической энергии переходит в потенциальную, но общее количество энергии остается постоянным. Отсюда следует, что для идеальной жидкости количество энергии, поступающей с потоком через начальное сечение трубопровода, равно количеству энергии, удаляющейся с потоком через конечное сечение трубопровода. [c.56]

    Опыты, проведенные с трубами разных диаметров и с жидкостями различных вязкостей и температур, показали, что характер движения жпдкостй зависит от диаметра трубопровода, скорости движения, физических свойств жидкости и ее температуры. Большие скорости движения кидкостп, значительные диаметры труб и малые вязкости жидкости обусловливают турбулентное движение, малые же скорости, небольшие диаметры труб и большие вязкости — ламинарное движение. [c.34]

    Из уравнения (П1,17) следует, что высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, ее температуры и соответственно — давления ее паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода. [c.131]

    Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения их в аппараты (емкости, резервуары) устанавливаются в каждом отдельном случае в зависимости от свойств жидкости, диаметра трубопровода и свойств материалов его стенок, а также от других условий эксплуатации. При этом должны учитываться следующие ограничения транспортировки и истечения жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением  [c.175]

    Всесоюзным научно-исследовательским институтом техники безопасности проведены исследовательские работы по электризации органических жидкостей при движении по трубопроводам. Установлено, что органические жидкости, имеющие удельное объемное электрическое сопротивление менее 1 ГОм-м, практически не электризуются-при транспортировании по трубопроводам диаметром до 100 мм со скоростью до 5 м/с. Максимально возможную силу тока электризации для жидкостей, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление выше 1 ГОм м, можно определить по упрощенной формуле Гэвиса—Казмона [c.343]

    Минимальное давление под поршнем создается в начале хода всасывания, когда поршень должен вывести из состояния покоя всю жидкость во всасывающем трубопроводе и преодолеть сопротивление подъема всасывающего клапана. Давление под поршнем возрастает к концу хода всасывания, так как поршень замедляет движение, а жидкость, стремясь двигаться с прежней скоростью, давит па поршень. Максимальное давление под поршнем создается то1да, когда оп доходит до крайнего положения в цилиндре и на мгновение останавливается. [c.107]

    Колебания скорости движения жидкости в нагнетательном и во всасывающем трубопроводах у насосов тройного и четверного действия меньше, чем в насосе одинарного действия скорость в них пе падает до пуля, ускорение изменяется в пезпачительиых пределах. В связи с этим влияние сил нисрции жидкости и гидравлических сопротивлений уменьшается колебание давления в обоих трубопроводах незначительное. Поэтому прп большом числе оборотов вала насоса целесообразно применять насосы тройного или четверного действия. [c.109]

    При более значительных скоростях движения воды, превышающих скорости, приведенные на кривой (рис. 45), наблюдается сильное разрушение металла вследствие комплексного явлении коррозии и эрозии. Указанный вид разрушения, известный иод названием коррозионной эрозии, возникающий нследстзие механического воздействия агрессивной среды на ио-верхностные слои металла, покрытые продуктами коррозии или иасснви1)ованные, часто встречается в химической промышленности при эксплуатации насосов, трубопроводов и тому подобного оборудования, где имеет место воздействие на металл быстродвижущихся потоков жидкости, жидких капель или пара. [c.81]

    Пробозаборное устройство устанавливают внутри трубопровода в однородном потоке (содержание воды, солей и механических примесей одинаково в поперечном сечении) жидкости на вертикальном или горизонтальном участке трубопровода при высокой линейной скорости движения жидкости, после насоса или перс мешивающего устройства. [c.42]

    Примером критерия подобия является рассмотренныйг ранее (стр. 143) критерий Не. Если в двух трубопроводах критерии Не равны, то движение жидкости в этих трубопроводах подобно. Отсюда следует что подобие движения жидкости может соблюдаться в трубопроводах разных диаметров при течении в них разных жидкостей с различными скоростями, если только критерии Не в этих трубопроводах равны. [c.147]

    Скорости движения маловязких капельных жидкостей не должны превышать — 3 м сек для вязких капельных жидкостей 1 м1сек. Прн движении капельных жидкостей самотеком скорости их обычно составляют 0,2—1 м сек, а в нагнетательных трубопроводах (при перекачке насосами) [c.95]

    Скорость движения электризующихся жидкостей по трубопроводам и истечения их в аппараты, если имеется возможность образования взрывоопасных концентраций газопаровоздушных смесей, должна ограничиваться до такой величины, чтобы заряд, приносимый в приемную емкость с потоком жидкости, не мог вызвать с ее поверхности искрового разряда с энергией, достаточной для воспламенения окружающей взрывоопасной среды. [c.175]

    В зависимости от температуры, скорости движения по трубопроводу и процентного содержания воды водонефтяная эмульсия может быть ньютоновской, бингамов-ской жидкостью или может характеризоваться переменными реологическими параметрами. [c.113]


75. Гидравлика: Понятие потерь давления

75. Гидравлика: Понятие потерь давления

Напомним, что этот вопрос вкратце уже упоминался в разделе 18 «Проблема внезапного вскипания хладагента в жидкостной магистрали «. Чтобы пополнить наши знания в этой области, проведем небольшой мысленный опыт с помощью схем на рис. 75.1 и 75.2. Для проведения этого опыта нам потребуются ручной кран на сливной магистрали градирни, при открытии которого градирня опорожняется, и поплавковый клапан, поддерживающий постоянный уровень воды в баке градирни. На выходе из сливной магистрали в точке В (перед краном) установим манометр, проградуированный в барах. Этот манометр будет показывать нам давление в точке В. Установим также стеклянную трубку, которая будет показывать давление в точке В в метрах водяного столба (м вод. ст.), то есть высоту уровня воды, эквивалентную давлению в точке В.

На рис. 75.1 слева {схема 1) кран на сливной магистрали закрыт. Уровень воды в трубке находится на высоте 5 м, то есть давление в точке В равно 5 м вод. ст. Манометр в точке В показывает величину избыточного давления, обусловленного высо-
той столба жидкости, то есть 5 м вод. ст. или 0,5 бар: давление, измеренное манометром, равно высоте столба.
На рис. 75.1 справа (схема 2) кран на сливной магистрали открыт. Под действием силы тяжести, сразу же после открытия крана, вода из бака начинает сливаться. Как только вода приходит в движение, ее уровень в стеклянной трубке падает до 4,5 м: следовательно, потери давления на участке от точки А до точки В равны 5 — 4,5 = 0,5 м вод. ст. Манометр в точке В также показывает падение давления на величину потерь, которые равны 0,5 — 0,45 = 0,05 бар (то есть 0,5 м вод. ст.).

Отсюда делаем вывод: как только вода пришла в движение, появились потери давления.
Эти потери обусловлены вязкостью воды и за-висят от ее скорости. В основном, потери давления определяются силой трения движущейся воды о внутреннюю поверхность стенок трубопровода, которая имеет ту или иную шероховатость.
Потери давления растут:
► с ростом длины трубы;
► с падением внутреннего диаметра (площади проходного сечения) трубы;
► с ростом скорости воды (то есть расхода) в трубе.

Потери давления приводят к дополнительным затратам энергии. Они порождают шумы в трубопроводах и незначительный нагрев воды. Чем больше скорость воды, тем больше шум, особенно там, где поток испытывает сужения. Например, в кранах, вентилях и т.п. Этот шум может доставлять определенные неудобства в тех случаях, когда трубопроводы проложены в жилых помещениях или поблизости от них.
Поэтому диаметры трубопроводов должны выбираться таким образом, чтобы скорость жидкости в них не превышала определенных значений при максимальных потребных расходах. Например, сегодня существуют такие рекомендации:
► Для труб с внутренним диаметром 15 мм максимальная скорость жидкости равна 0,5 м/с.
► Для труб с внутренним диаметром 80 мм максимальная скорость жидкости равна 1,2 м/с.
Такая разница в рекомендуемых значениях скоростей обусловлена следующим
В трубах диаметром 15 мм периметр поверхности трения П=1,5смх7г«5 см, площадь проходного сечения S1 « 2 см2, а в трубах диаметром 80 мм периметр поверхности трения П = 8 см х п к 25 см при площади проходного сечения S2 * 50
Таким образом, при переходе от трубы с внутренним диаметром D1 = 15 мм к трубе с диаметром D2 = 80 мм
периметр поверхности трения возрастает в 5 раз, тогда как площадь проходного сечения увеличивается в 25 раз. В результате сила трения (а следовательно, и потери давления) в трубе диаметром 15 мм при скорости потока 0,5 м/с будет примерно такой же, как и в трубе диаметром 80 мм при скорости потока 1,2 м/с. Поэтому чем больше диаметр трубы, тем больше в ней может быть скорость потока при одной и той же величине потерь давления на трение.
В существующих сегодня установках диаметры жидкостных трубопроводов выбирают с таким расчетом, чтобы при максимальном расходе скорость потока в них приводила бы к потерям давления, как правило, в диапазоне от 10 до 20 мм вод. ст. на погонный метр длины трубопровода.

 75.1. УПРАЖНЕНИЕ 1. Оценка потерь давления


Для оценки потерь давления, обусловленных местными сопротивлениями (повороты, тройники, запорные вентили и т.д.), принято использовать понятие эквивалентной длины. Например, можно считать, что потери давления при повороте потока на 90° эквивалентны потерям давления на трение на отрезке трубы того же диаметра длиной 0,8 м*.
Теперь попробуйте оценить порядок величины потерь давления в трубе внутренним диаметром 65 мм и полной длиной 50 м, имеющей 6 поворотов на 90° (см. рис. 75.4).

Решение упражнения 1
При условии, что диаметр трубы определен правильно, можно предположить, что потери давления на трение составляют от 10 до 20 мм вод. ст. на погонный метр длины трубы. При выполнении оценки допустим, что потери давления на трение равны среднему значению указанного диапазона, то есть 15 мм вод. ст./м. В тоже время, 6 поворотов на 90° эквивалентны по величине потерь давления участку прямой трубы того же диаметра длиной 6 х 0,8 м = 4,8 м. Следовательно, полная эквивалентная длина нашей трубы будет равна 50 м + 4,8 м « 55 м. Таким образом, полные потери давления в этой трубе составят 55 м х 15 мм вод. ст/м = 825 мм вод. ст « 0,8 м вод. ст.
* Это утверждение не всегда справедливо. В общем случае длину участка прямой трубы, эквивалентную по величине потерь давления какому-либо местному сопротивлению, находят по формуле Ьэкв = Щм/Ялтл Т№ D — внутренний диаметр трубы, §м — коэффициент местных потерь и Ятр — коэффициент трения жидкости о внутреннюю поверхность стенок трубы (прим. ред.).

ВЛИЯНИЕ РАЗНОСТИ УРОВНЕЙ НА ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ
Продолжим наши мысленные эксперименты. На рис. 75.5 представлены две абсолютно одинаковые схемы, отличающиеся только тем, что высота бака градирни на схеме 1 над сливным краном больше, чем высота бака на схеме 2.
Длина сливных труб в обеих схемах одна и та же, диаметры труб также одинаковы. Из-за разности уровней давление в точке В схемы 1 будет выше, чем давление в точке В схемы 2. Следовательно, если полностью открыть сливные краны в обеих схемах, расход Qvl будет выше, чем расход Qv2. Для того, чтобы сравнивать величины потерь давления в зависимости от разности уровней, необходимо прикрыть кран схемы 1 с целью выравнивания расходов, а следовательно, и скоростей потоков жидкости в трубопроводах схем 1 и 2.

Как только мы это сделаем, то сразу же увидим, что при равенстве расходов Qvl и Qv2 потери давления для обеих схем будут в точности совпадать: Ahl = Ah3.

Вывод: потери давления на трение и местные сопротивления никоим образом не зависят от разности уровней трубопровода. Они определяются только расходом жидкости, длиной трубопровода, внутренним диаметром и шероховатостью стенок трубы.

 75.2. УПРАЖНЕНИЕ 2. Влияние потерь давления на характеристики потока


Рассмотрим систему, представленную на рис. 75.6.
При движении воды по трубопроводу появляются потери давления АЫ, которые зависят от длины трубопровода, его диаметра и расхода воды (то есть скорости воды в трубе).
Установим на выходе из бака фильтр.
► Как изменятся потери давления Ahl?
► Как изменится расход?
► Как изменится скорость воды?
Решение на следующей странице…

Решение упражнения 2
Фильтр, установленный на трубопроводе (см. рис. 75.7 справа), ведет себя точно так же, как любое местное сопротивление (поворот, вентиль и др.): он является дополнительным препятствием потоку жидкости, то есть создает дополнительные потери давления при прохождении воды. Эти потери добавляются к потерям на трение. В результате полные потери давления на участке от точки С до точки В возрастут (Ah3 > Ah 1).

Теперь рассмотрим, как изменится скорость течения воды в трубе. При установке дополнительного сопротивления, например, фильтра, потери давления на отрезке С-В возрастают (Ah3 > Ah 1). Но это сопротивление также препятствует и прохождению воды (как это делал бы ручной вентиль, сопротивление которого возрастает при его закрытии): следовательно, расход воды будет уменьшаться.
Поскольку при этом в обоих случаях внутренний диаметр трубы на участке С-В не меняется, уменьшение расхода приводит к снижению скорости потока воды в трубе: скорость V2 будет заметно ниже сорости VI.

При росте потерь давления в контуре расход жидкости падает. Поскольку расход падает, неизбежно снижается и скорость потока.

Обратите внимание на дополнительные условия: следует отчетливо понимать, что скорость потока воды абсолютно одинакова на входе в фильтр и на выходе из него. Поскольку внутренний диаметр трубы одинаков по всей длине, скорость будет в точности одна и та же в каждом сечении трубы.
Скорость потока жидкости при постоянном расходе строго одна и та же в каждом сечении трубы постоянного внутреннего диаметра.

 75.3. УПРАЖНЕНИЕ 3. Изменение расхода при изменении скорости

По трубе длиной 50 м с внутренним диаметром 80 мм вода течет со скоростью 1 м/с. Как по-вашему, что произойдет с расходом, если скорость удвоится?
Решение на следующей странице…

Решение упражнения 3
Мы нарушим традицию, которая действует в нашем руководстве, поскольку здесь мы вынуждены привести несложные формулы и выполнить очень простые расчеты. Пожалуйста, извините нас за это, но вопросы гидравлики довольно сложны и иногда вам могут потребоваться отдельные базовые понятия для того, чтобы разобраться в некоторых явлениях, которые, тем не менее, мы будем стараться объяснять как можно проще.
Для начала вы должны вспомнить, что объемный расход, как правило, измеряется в м3/ч или м3/с (см. раздел 41 «Измерение расхода воздуха»}.

Скорость потока и расход воды находятся в тесной взаимосвязи:
Qv                        V         х        S
(м3/с)       =           (м/с)      х      (м2)
Расход      =        Скорость   х Площадь
Рассчитаем площадь проходного сечения трубы диаметром 80 мм (см. рис. 75.9): Рис. 75.9.                                 S = 3,14 х 0,082 / 4 = 0,005 м2.
Теперь можно найти расходы:
► Qvl = 1 м/с х 0,005 м2 = 0,005 м3/с   = 0,005 х 3600 = 18 м3/ч.
► Qv2 = 2 м/с х 0,005 м2 =   0,01 м3/с   =   0,01 х 3600 = 36 м3/ч.
Таким образом, для данного диаметра трубы расход прямо пропорционален скорости потока.
 При удвоении скорости потока жидкости в трубе расход также удваивается.

 75.4. УПРАЖНЕНИЕ 4. Изменение расхода при изменении диаметра трубы

Мы только что нашли, что при скорости потока жидкости 1 м/с в трубе диаметром 80 мм расход жидкости равен 18 м3/ч.
Теперь удвоим внутренний диаметр трубы, то есть возьмем трубу с внутренним диаметром 160 мм. Чему будет равен расход жидкости в этой трубе при той же скорости потока

Решение упражнения 4
При скорости потока 1 м/с расход в трубе с внутренним диаметром 80 мм равен 18 м3/ч. Если внутренний диаметр трубы будет равен 160 мм, то площадь ее проходного сечения станет S = 3,14 х 0,1 б2 / 4 = 0,02 м2. При скорости потока 1 м/с расход в этой трубе будет равен 1 х 0,02 = 0,02 м3/с или 0,02 х 3600 = 72 м3/ч вместо прежних 18 м3/ч. Иначе говоря, расход вырастет в 4 раза.

Внимание! Не путайте понятие «внутренний диаметр » и площадь проходного сечения: если диаметр удваивается, то площадь проходного сечения увеличивается в 4 раза!

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАСХОДОМ И ДАВЛЕНИЕМ
Рассмотрим поплавковый клапан, предназначенный для подачи водопроводной воды в бак градирни (см. рис. 75.11). Допустим, что полностью открытый клапан при давлении воды в сети 2 бара обеспечивает расход 10 л/мин.

Для того, чтобы удвоить расход, то есть обеспечить расход через клапан, равный 20 л/мин. необходимо давление воды в сети увеличить в 4 раза.

Запомните! При слабом давлении воды в водопроводной сети расход будет небольшим. Чтобы удвоить расход, давление в сети нужно повысить в 4 раза.

Разумеется, что на практике для удвоения расхода так не поступают. Если бы на самом деле повышали давление в сети, это породило бы многие проблемы: диаметр трубопровода пришлось бы делать очень малым, вода бы в трубах сильно «гудела» и т. д.
Проведем такую аналогию: если автомагистраль загружена, то для того, чтобы повысить ее пропускную способность, водителей не заставляют ехать быстрее, а либо делают новую полосу, либо строят объездной путь! То же самое предпринимают и для увеличения расхода жидкости в трубе: увеличивают площадь проходного сечения трубы.
При заданном расходе это приводит к снижению скорости потока воды в трубе (и, следовательно, шума), а потребное для обеспечения этого расхода давление уменьшается

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАСХОДОМ И ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ

В трубе с внутренним диаметром 80 мм предполагается удвоить расход. Что произойдет с потерями давления? На первый взгляд может показаться, что поскольку при удвоении расхода скорость потока удваивается, то и потери давления также должны удваиваться. К сожалению, это не так.
При удвоении расхода потери не удваиваются, а увеличиваются в четыре раза: если расход вырос в 2 раза, потери давления возрастут в 4 раза!
В примере на рис. 75.13 при скорости потока 1 м/с потери давления АР = 2 м вод. ст., а при увеличении скорости до 2 м/с потери давления умножаются на 4: АР = 2 х 4
Потери давления пропорциональны квадрату расхода.
Для получения дополнительной информации см. раздел 95 «Несколько примеров расчета потерь давления «.

 75.5. УПРАЖНЕНИЕ 5. Изменение потерь давления при изменении расхода

 Показан участок трубопровода, пропускающий воду со скоростью I м/с. Манометры показывают давление в различных точках этого трубопровода. Из показаний манометров можно сделать следующие выводы.
При скорости водяного потока 1 м/с потери давления составляют:
— на фильтре АРф = 2 — 1,8 = 0,2 бар;
— на вентиле АРв = 1,8 — 1,7 = 0,1 бар.
Что покажут манометры на выходе из фильтра и на выходе из вентиля, если скорость потока в трубе удвоится? Решение этого упражнения приведено ниже, однако прежде, чем знакомиться с ним, попробуйте поразмышлять самостоятельно.

Решение упражнения 5

Скорость удвоилась, следовательно расход тоже удвоился. В результате потери давления на
фильтре и на вентиле вырастут в 4 раза.
Теперь потери давления на фильтре АРф = 0,2 бар х 4 = 0,8 бар, то есть манометр на выходе
из фильтра покажет 2 — 0,8 =1,2 бар.
Потери давления на вентиле АРв = 0,1 бар х 4 = 0,4 бар, то есть манометр на выходе из
вентиля покажет 1,2 — 0,4 = 0,8 бар.
Заметьте, что общие потери давления на этом участке вырастут с 0,3 до 1,2 бар: то есть тоже в 4 раза.

Скорости движения сточных вод и уклон трубопроводов | Инженеришка.Ру | enginerishka.ru

Работа отводящих трубопроводов зависит от транспортирующей способности потока сточной жидкости в трубах. Установлено, что транспортирование потоком жидкости нерастворимых твердых частиц является следствием её турбулентного движения.

Чем выше турбулентность, тем выше скорость движения жидкости, и тем больше транспортирующая способность. При малых скоростях движения жидкости твердые частицы опускаются на дно и образуют неподвижное плоское ложе из наносов. Наступление этого момента характеризуется тем, что часть частиц наносов начинает вибрировать, и, срываясь со своего места, перекатывается на некоторое расстояние, а отдельные частицы под воздействием потока перемещаются скачкообразно. Постепенное увеличение скорости приводит к увеличению общего числа частиц перемещаемых потоком, при этом уже значительная часть частиц движется скачкообразно. Дальнейшее возрастание скорости приводит к образованию гряд и движение частиц переходит в состояние грядового перемещения. Характерной особенностью этой формы перемещения является скачкообразное движение частиц поверх гряд. Достигая вершины гряды, частицы скатываются вниз, попадая в застойную зону, и там накапливаются, благодаря чему наблюдается медленное перемещение гряд. С некоторого момента времени частицы будут обладать такой большой скоростью, при которой, падая с гряды, они окажутся уже не в застойной зоне, а в подвижной зоне следующей гряды. В то же время часть частиц вовлекаются вихревыми массами воды внутрь потока. Вследствие неоднородного состава частиц процессы грядового перемещения и перемещения во взвешенном состоянии происходят одновременно. Переход движения частиц во взвешенное состояние сопровождается исчезновением гряд. Скорость движения жидкости, соответствующая этому состоянию, называется критической. Величина этой скорости тем больше, чем выше крупность частиц и их количество. При уменьшении скорости описанные процессы повторяются в обратном порядке.

Таким образом, транспортирование частиц в трубах и их самоочищение будет происходить при критических скоростях движения жидкости. Эти скорости называются самоочищающими или не заиливающими. При проектировании сетей эти скорости являются минимально допустимыми расчетными, которые допускаются при максимальных расходах. Учитывая, что при меньших расходах в связи с неравномерностью притока будут наблюдаться и меньшие скорости, то будет происходить выпадение осадка. Однако предполагается, что при последующем возрастании расходов до максимальных будет достигаться минимальная самоочищающая скорость и осадок будет смываться.

Минимальные самоочищающие скорости можно вычислить по формуле Н.Ф. Федорова:m = 3,5 — 0,5R;

R — гидравлический радиус, м;

или по формуле С.В. Яковлева:U0 — гидравлическая крупность песка, м/с.

при проектировании сетей при максимальном наполнении принимают следующие минимальные скорости:

d, мм

150-200

300-400

450-500

600-800

900-1200

1500

> 1500

Vmin, м/с

0,7

0,8

0,9

1,0

1,15

1,3

1,5

максимальные скорости устанавливаются из условия исключения истирания стенок труб песком для неметаллических труб — 4,0м/с, для металлических труб — 8,0м/с. в дождевой сети эти скорости соответственно равны 7,0 м/с и 10 м/с.

минимально допустимые уклоны трубопроводов должны соответствовать минимальным самоочищающим скоростям и определяются в результате гидравлического расчета. Для труб минимальных диаметров, где в связи с возможными малыми расходами соблюдение самоочищающих скоростей становится невозможным, устанавливаются минимально допустимые уклоны:

d = 150мм ; d = 200мм;

iMIN = 0,008. iMIN = 0,007.

Допускается при обосновании принимать для труб диаметром 150 и 200 мм минимальные уклоны соответственно 0,007 и 0,005.

Значения минимальных уклонов для труб любого диаметра можно ориентировочно определить по формуле:d — диаметр трубы, мм.

Определение диаметра трубопровода

Потеря давления в трубопроводе, кроме прочего, зависит от расхода скорости потока и вязкости среды протекания. Чем больше количество пара, проходящего через трубопровод определённого номинального диаметра, тем выше трение о стенки трубопровода. Иными словами, чем выше скорость пара, тем выше сопротивление или потери давления в трубопроводе.

На сколько высоки могут быть потери давления определяется назначением пара. Если перегретый пар подается через трубопровод к паровой турбине, то потери давления должны быть по возможности минимальными. Такие трубопроводы значительно дороже обычных, причём больший диаметр, в свою очередь, приводит к значительно большим затратам. Инвестиционный расчёт основывается на времени возврата (срок окупаемости) инвестиционного капитала в сравнении с прибылью от работы турбины.

Этот расчёт должен основываться не на средней нагрузке турбины, а исключительно на ее пиковой нагрузке. Если, например, в течении 15 минут набрасывается пиковая нагрузка в 1000 кг пара, то трубопровод должен иметь пропускную способность 60/15x 1000 = 4000 кг/ч.

Расчёт

В главе далее — Работа с конденсатом, поясняется методика расчёт диаметра конденсатопроводов. В расчётах паро- воздухо- и водопроводов действуют примерно те же исходные принципы. В завершении этой темы в этом разделе будут приведены расчеты для определения диаметра паро- воздухо- и водопроводов.

В расчётах диаметров в качестве основной применяется формула:


, где:

Q = расход пара, воздуха и воды в м3/с.

D = диаметр трубопровода в м.

v = допустимая скорость потока в м/с.

В практике рекомендуется вести расчет по расходу в м3/ч и по диаметру трубопровода в мм. в этом случае выше приведённая формула расчёта диаметра трубопровода изменяется следующим образом:


, где:

D = диаметр конденсатопровода в мм.

Q = расход в м3/ч.

V = допустимая скорость потока в м/с.

Расчет трубопроводов всегда ведется по объёмному расходу (м3/ч), а не по массовому (кг/ч). Если известен только массовый расход, то для пересчёта кг/ч в м3/ч необходимо учитывать удельный объём по таблице пара.

Пример:

Удельный объем насыщенного пара при давлении 11 бар составляет 0,1747 м3/кг. Таким образом, объемный расход от 1000 кг/ч насыщенного пара при 11 бар будет составлять 1000 * 0,1747 = 174,7 м3/ч. Если речь будет идти о таком же количестве перегретого пара при давлении 11 бар и 300 °С, то удельный объём составит 0,2337 м3/кг, а объемный расход 233,7 м3/ч. Таким образом это означает, что один и тот же паропровод не может одинаково подходить для транспорта одного количества насыщенного и перегретого пара.

Также для случая воздуха и других газов расчет необходимо повторить с учетом давления. Производители компрессорного оборудования указывают производительность компрессоров в м3/ч, под которым понимается объем в м3 при температуре 0 °С.

Если производительность компрессора 600 мп3/ч и давление воздуха 6 бар, то объемный расход составляет 600/6 = 100 м3/ч. в этом также заключается основа расчета трубопроводов.

Допустимая скорость потока

Допустимая скорость потока в системе трубопроводов зависит от многих факторов.

  • стоимость установки: низкая скорость потока приводит к выбору большего диаметра.
  • потеря давления: высокая скорость потока позволяет выбрать меньший диаметр, однако вызывает большую потерю давления.
  • износ: особенно в случае конденсата высокая скорость потока приводит к повышенной эрозии.
  • шум: высокая скорость потока увеличивает шумовую нагрузку, напр. Паровой редукционный клапан.

В ниже приведенной таблице представлены данные норм относительно скорости потока для некоторых сред протекания.

Среда

Назначение

Скорость потока в м/с

пар

До 3 бар

10 – 15

3 – 10 бар

15 – 20

10 – 40 бар

20 – 40

Конденсат

Заполненный конденсатом

2

Конденсато-паровая смесь

6 – 10

Питательная вода

Трубопровод всаса

0,5 – 1

Трубопровод подачи

2

Вода

Питьевого качества

0,6

Охлаждение

2

Воздух

Воздух под давлением

6 – 10

* Трубопровод всаса насоса питательной воды: из-за низкой скорости потока низкая потеря давления, что препятствует образованию пузырьков пара на всасе питательного насоса.

Нормы для определения скорости потока

Примеры:

a) Вода

Расчет диаметра трубопровода для воды при 100 м3/ч и скорости потока v = 2 м/с.

D = √ 354*100/2 = 133 мм. Выбранный номинальный диаметр DN 125 или DN 150.

b) Воздух под давлением

расчет диаметра трубопровода для воздуха при 600 м3/ч, давление 5 бар и скорости потока 8 м/с.

Перерасчет с нормального расхода 600 м3/ч на рабочий м3/ч 600/5 = 120 м3/ч.

D = √ 354*120/8 = 72 мм. Выбранный номинальный диаметр DN 65 или DN 80.

В зависимости от назначения воды или воздуха выбирается трубопровод DN 65 или DN 80. Необходимо иметь ввиду, что расчет диаметра трубопровода усреднен и не предусматривает случая наступления пиковой нагрузки.

c) Насыщенный пар

Расчет диаметра трубопровода для насыщенного пара при 1500 кг/ч, давлении 16 бар и скорости потока 15 м/с.

В соответствии с таблицей пара удельный объем насыщенного пара при давлении 16 бар составляет v = 0,1237 м3/кг.

D = √ 354*1500*0,1237/15 = 66 мм.

И здесь должен быть решен вопрос DN 65 или DN 80 в зависимости от возможной пиковой нагрузки. В случае необходимости предусматривается также возможность расширения установки в будущем.

d) Перегретый пар

Если в нашем примере пар перегреет до температуры 300 °С, то его удельный объем изменяется на v = 0,1585 м3/кг.

D = √ 354*1500*0,1585/15 = 75 мм, выбирается DN 80.

Изображение 4.9 в форме номограммы показывает, как можно произвести выбор трубопровода без проведения расчета. На изображении 4-10 этот процесс представлен для случая насыщенного и перегретого пара.

е) Конденсат

Если речь идёт о расчёте трубопровода для конденсата без примеси пара (от разгрузки), тогда расчёт ведётся как для воды.

Горячий конденсат после конденсатоотводчика, попадая в конденсатопровод, разгружается в нём. В главе 6.0 Работа с конденсатом поясняется, как определить долю пара от разгрузки.

Правило к проведению расчёта:

Доля пара от разгрузки = (температура перед конденсатоотводчиком минус температура пара после конденсатоотводчика) х 0,2. При расчёте конденсатопровода необходимо учитывать объём пара от разгрузки.

Объём оставшейся воды в сравнении с объёмом пара от разгрузки настолько мал, что им можно пренебречь.

Расчёт диаметра конденсатопровода на расход 1000 кг/ч сконденсированного пара 11 бар (h2 = 781 кДж/кг) и разгруженного до давления 4 бар (h’ = 604 кДж/кг,v = 0,4622 м3/кг и r — 2133 кДж/кг).

Доля разгруженного пара составляет: 781 – 604/ 100 % = 8,3%

Количество разгруженного пара: 1000 х 0,083 = 83 кг/ч или 83 х 0,4622 -38 м3/ч. Объёмная доля разгруженного пара составляет около 97 %.

Диаметр трубопровода для смеси при скорости потока 8 м/с:

D = √ 354*1000*0,083*0,4622/8 = 40 мм.

Для сети атмосферного конденсата (v“ = 1,694 м3/кг) доля разгруженного пара составляет:

781 – 418/2258*100 % = 16 % или 160 кг/ч.

В этом случае диаметр трубопровода:

D = √ 354*1000*0,16*1,694/8 = 110 мм.

Источник: «Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010»

Для более верного выбора оборудования можно обратиться на эл. почту: [email protected]

Калькулятор скорости воды — Дюймовый калькулятор

Введите расход и диаметр трубы, чтобы рассчитать скорость проходящей через нее воды.

Как рассчитать скорость воды

Скорость воды — это мера скорости воды, протекающей по замкнутой системе трубопроводов. [1] Скорость воды можно найти по простой формуле:

v = QA

Таким образом, скорость v равна расходу Q , деленному на площадь A поперечного сечения.

При использовании этой формулы все единицы должны быть в одной форме. Если скорость потока измеряется в кубических метрах в секунду, тогда площадь должна быть в квадратных метрах, а если скорость потока измеряется в кубических футах в секунду, тогда площадь должна быть в квадратных футах.

Площадь поперечного сечения трубы можно найти по формуле:

A = πr²

Площадь A равна π, умноженному на квадрат радиуса r .

Например, , давайте найдем скорость воды при скорости потока 35 кубических футов в секунду и трубе диаметром 1 дюйм.

Начните с определения площади поперечного сечения трубы.

Диаметр в футах = 1 ″ ÷ 12 = 0,0833333333 ′
Радиус = 0,0833333333 ′ ÷ 2 = 0,0416666667 ′
Площадь = π × 0,0416666667²
A = π × 0,001736111111111
A = 0,005454152777778 кв. Футов

Затем рассчитайте скорость.

v = 350,005454152777778
v = 6417,1 фут3 / с

Альтернативная формула

Приведенная выше формула отлично работает, когда расход измеряется в кубической форме стандартной единицы длины.Но когда расход измеряется в галлонах в минуту или литрах в минуту, все становится немного сложнее.

В этом случае начните с преобразования скорости потока в кубические футы в секунду или кубические метры в секунду.

В качестве альтернативы, если скорость потока измеряется в галлонах в минуту, для расчета скорости воды можно использовать следующую формулу.

v = 0,408 × QD²

Таким образом, скорость v в футах в секунду равна 0,408 скорости потока Q в галлонах в минуту, деленной на диаметр трубы D в дюймах в квадрате. [2]

Например, , давайте найдем скорость воды при скорости потока 15 галлонов в минуту и ​​трубе диаметром 0,75 дюйма.

Начните с определения площади поперечного сечения трубы.

v = 0,408 × 150,75²
v = 0,408 × 150,5625
v = 6,120,5625
v = 10,88

Таким образом, скорость воды внутри трубы диаметром 0,75 дюйма при расходе 15 галлонов в минуту равна 10,88 фут / с.

Расход и его отношение к скорости

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте расход.
  • Определите единицы объема.
  • Опишите несжимаемые жидкости.
  • Объясните последствия уравнения неразрывности.

Расход Q определяется как объем жидкости, проходящей через некоторое место через область в течение периода времени, как показано на рисунке 1. В символах это может быть записано как

[латекс] Q = \ frac {V} {t} \\ [/ latex],

, где V — объем, а t — прошедшее время.Единица СИ для расхода — м 3 / с, но обычно используются другие единицы для Q . Например, сердце взрослого человека в состоянии покоя перекачивает кровь со скоростью 5 литров в минуту (л / мин). Обратите внимание, что литровый (L) равен 1/1000 кубического метра или 1000 кубических сантиметров (10 -3 м 3 или 10 3 см 3 ). В этом тексте мы будем использовать любые метрические единицы, наиболее удобные для данной ситуации.

Рисунок 1.Скорость потока — это объем жидкости в единицу времени, проходящий мимо точки через область A, . Здесь заштрихованный цилиндр жидкости проходит через точку P по однородной трубе за время t . Объем цилиндра составляет Ad , а средняя скорость составляет [латекс] \ overline {v} = d / t \\ [/ latex], так что расход составляет [латекс] Q = \ text {Ad} / t. = A \ overline {v} \\ [/ latex].

Пример 1. Расчет объема по скорости потока: сердце накачивает много крови за всю жизнь

Сколько кубических метров крови перекачивает сердце за 75 лет жизни, если средняя скорость потока равна 5.00 л / мин?

Стратегия

Время и расход Q даны, поэтому объем V можно рассчитать из определения расхода.

Решение

Решение Q = V / т для объема дает

В = Qt. {3} \ text {L}} \ right) \ left (5.{3} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Это количество около 200 000 тонн крови. Для сравнения, это значение примерно в 200 раз превышает объем воды, содержащейся в 6-полосном 50-метровом бассейне с дорожками.

Расход и скорость связаны, но совершенно разными физическими величинами. Чтобы сделать различие ясным, подумайте о скорости течения реки. Чем больше скорость воды, тем больше скорость течения реки. Но скорость потока также зависит от размера реки.Стремительный горный ручей несет гораздо меньше воды, чем, например, река Амазонка в Бразилии. Точное соотношение между расходом Q и скоростью [латекс] \ bar {v} \\ [/ latex] составляет

[латекс] Q = A \ overline {v} \\ [/ latex],

, где A — площадь поперечного сечения, а [latex] \ bar {v} \\ [/ latex] — средняя скорость. Это уравнение кажется достаточно логичным. Это соотношение говорит нам, что скорость потока прямо пропорциональна величине средней скорости (далее называемой скоростью) и размеру реки, трубы или другого водовода.Чем больше размер трубы, тем больше площадь его поперечного сечения. На рисунке 1 показано, как получается это соотношение. Заштрихованный цилиндр имеет объем

.

V = Ad,

, который проходит через точку P за время t . Разделив обе стороны этого отношения на t , получим

[латекс] \ frac {V} {t} = \ frac {Ad} {t} \\ [/ latex].

Отметим, что Q = V / t и средняя скорость [латекс] \ overline {v} = d / t \\ [/ latex].Таким образом, уравнение принимает вид [латекс] Q = A \ overline {v} \\ [/ latex]. На рис. 2 показана несжимаемая жидкость, текущая по трубе с уменьшающимся радиусом. Поскольку жидкость несжимаема, одно и то же количество жидкости должно пройти через любую точку трубы за заданное время, чтобы обеспечить непрерывность потока. В этом случае, поскольку площадь поперечного сечения трубы уменьшается, скорость обязательно должна увеличиваться. Эту логику можно расширить, чтобы сказать, что скорость потока должна быть одинаковой во всех точках трубы. В частности, для точек 1 и 2,

[латекс] \ begin {case} Q_ {1} & = & Q_ {2} \\ A_ {1} v_ {1} & = & A_ {2} v_ {2} \ end {cases} \\ [/ latex ]

Это называется уравнением неразрывности и справедливо для любой несжимаемой жидкости.Следствия уравнения неразрывности можно наблюдать, когда вода течет из шланга в узкую форсунку: она выходит с большой скоростью — это и есть назначение форсунки. И наоборот, когда река впадает в один конец водохранилища, вода значительно замедляется, возможно, снова набирая скорость, когда она покидает другой конец водохранилища. Другими словами, скорость увеличивается, когда площадь поперечного сечения уменьшается, и скорость уменьшается, когда увеличивается площадь поперечного сечения.

Рисунок 2.Когда трубка сужается, тот же объем занимает большую длину. Для того, чтобы тот же объем проходил через точки 1 и 2 за заданное время, скорость должна быть больше в точке 2. Процесс в точности обратим. Если жидкость течет в обратном направлении, ее скорость будет уменьшаться при расширении трубки. (Обратите внимание, что относительные объемы двух цилиндров и соответствующие стрелки вектора скорости не масштабированы.)

Поскольку жидкости по существу несжимаемы, уравнение неразрывности справедливо для всех жидкостей.Однако газы сжимаемы, поэтому уравнение следует применять с осторожностью к газам, если они подвергаются сжатию или расширению.

Пример 2. Расчет скорости жидкости: скорость увеличивается, когда труба сужается

Насадка радиусом 0,250 см присоединяется к садовому шлангу радиусом 0,900 см. Расход через шланг и насадку составляет 0,500 л / с. Рассчитайте скорость воды (а) в шланге и (б) в форсунке.

Стратегия

Мы можем использовать соотношение между расходом и скоростью, чтобы найти обе скорости.{2}} = 1,96 \ text {m / s} \\ [/ latex].

Решение для (b)

Мы могли бы повторить этот расчет, чтобы найти скорость в сопле [латекс] \ bar {v} _ {2} \\ [/ latex], но мы воспользуемся уравнением непрерывности, чтобы получить несколько иное представление. {2}} \ bar {v} _ {1} \\ [/ latex].{2}} 1,96 \ text {m / s} = 25,5 \ text {m / s} \\ [/ latex].

Обсуждение

Скорость 1,96 м / с примерно подходит для воды, выходящей из шланга без сопел. Сопло создает значительно более быстрый поток, просто сужая поток до более узкой трубки.

Решение последней части примера показывает, что скорость обратно пропорциональна квадрату радиуса трубы, что дает большие эффекты при изменении радиуса. Мы можем задуть свечу на большом расстоянии, например, поджав губы, тогда как задувание свечи с широко открытым ртом совершенно неэффективно.Во многих ситуациях, в том числе в сердечно-сосудистой системе, происходит разветвление потока. Кровь перекачивается из сердца в артерии, которые подразделяются на более мелкие артерии (артериолы), которые разветвляются на очень тонкие сосуды, называемые капиллярами. В этой ситуации непрерывность потока сохраняется, но сохраняется сумма скоростей потока в каждом из ответвлений на любом участке вдоль трубы. Уравнение неразрывности в более общем виде принимает вид

[латекс] {n} _ {1} {A} _ {1} {\ overline {v}} _ {1} = {n} _ {2} {A} _ {2} {\ overline {v} } _ {2} \\ [/ latex],

, где n 1 и n 2 — количество ответвлений в каждой из секций вдоль трубы.

Пример 3. Расчет скорости потока и диаметра сосуда: разветвление сердечно-сосудистой системы

Аорта — это главный кровеносный сосуд, по которому кровь покидает сердце и циркулирует по телу. (а) Рассчитайте среднюю скорость кровотока в аорте, если скорость потока составляет 5,0 л / мин. Аорта имеет радиус 10 мм. (б) Кровь также течет через более мелкие кровеносные сосуды, известные как капилляры. Когда скорость кровотока в аорте составляет 5,0 л / мин, скорость кровотока в капиллярах составляет около 0.33 мм / с. Учитывая, что средний диаметр капилляра составляет 8,0 мкм м, рассчитайте количество капилляров в системе кровообращения.

Стратегия

Мы можем использовать [latex] Q = A \ overline {v} \\ [/ latex] для расчета скорости потока в аорте, а затем использовать общую форму уравнения непрерывности для расчета количества капилляров как всех другие переменные известны. {2} \ left (0.{9} \ text {capillaries} \\ [/ latex].

Обсуждение

Обратите внимание, что скорость потока в капиллярах значительно снижена по сравнению со скоростью в аорте из-за значительного увеличения общей площади поперечного сечения капилляров. Эта низкая скорость предназначена для того, чтобы дать достаточно времени для эффективного обмена, хотя не менее важно, чтобы поток не становился стационарным, чтобы избежать возможности свертывания. Кажется ли разумным такое большое количество капилляров в организме? В активной мышце можно найти около 200 капилляров на 3 мм, или около 200 × 10 6 на 1 кг мышцы.На 20 кг мышц это составляет примерно 4 × 10 9 капилляров.

Сводка раздела

  • Расход Q определяется как объем V , протекающий через момент времени t , или [латекс] Q = \ frac {V} {t} \\ [/ latex], где V объем и т время.
  • Единица объема в системе СИ — м 3 .
  • Другой распространенной единицей измерения является литр (л), который равен 10 -3 м 3 .
  • Расход и скорость связаны соотношением [латекс] Q = A \ overline {v} \\ [/ latex], где A — площадь поперечного сечения потока, а [латекс] \ overline {v} \\ [ / латекс] — его средняя скорость.
  • Для несжимаемых жидкостей скорость потока в различных точках постоянна. То есть

[латекс] \ begin {case} Q_ {1} & = & Q_ {2} \\ A_ {1} v_ {1} & = & A_ {2} v_ {2} \\ n_ {1} A_ {1 } \ bar {v} _ {1} & = & n_ {2} A_ {2} \ bar {v} _ {2} \ end {case} \\ [/ latex].

Концептуальные вопросы

1. В чем разница между расходом и скоростью жидкости? Как они связаны?

2. На многих рисунках в тексте показаны линии тока. Объясните, почему скорость жидкости максимальна там, где линии тока находятся ближе всего друг к другу.(Подсказка: рассмотрите связь между скоростью жидкости и площадью поперечного сечения, через которую она течет.)

3. Определите некоторые вещества, которые несжимаемы, а некоторые — нет.

Задачи и упражнения

1. Каков средний расход бензина в см 3 / с на двигатель автомобиля, движущегося со скоростью 100 км / ч, если он составляет в среднем 10,0 км / л?

2. Сердце взрослого человека в состоянии покоя перекачивает кровь со скоростью 5,00 л / мин. (a) Преобразуйте это в см 3 / с.(b) Какова эта скорость в м 3 / с?

3. Кровь перекачивается из сердца со скоростью 5,0 л / мин в аорту (радиусом 1,0 см). Определите скорость кровотока по аорте.

4. Кровь течет по артерии радиусом 2 мм со скоростью 40 см / с. Определите скорость потока и объем, который проходит через артерию за 30 с.

5. Водопад Хука на реке Вайкато — одна из самых посещаемых природных достопримечательностей Новой Зеландии (см. Рис. 3).В среднем река имеет скорость потока около 300 000 л / с. В ущелье река сужается до 20 м в ширину и в среднем 20 м в глубину. а) Какова средняя скорость реки в ущелье? b) Какова средняя скорость воды в реке ниже водопада, когда она расширяется до 60 м, а глубина увеличивается в среднем до 40 м?

Рис. 3. Водопад Хука в Таупо, Новая Зеландия, демонстрирует скорость потока. (Источник: RaviGogna, Flickr)

6. Основная артерия с площадью поперечного сечения 1.00 см 2 разветвляется на 18 артерий меньшего размера, каждая со средней площадью поперечного сечения 0,400 см 2 . Во сколько раз снижается средняя скорость крови при переходе в эти ветви?

7. (a) Когда кровь проходит через капиллярное русло в органе, капилляры соединяются, образуя венулы (маленькие вены). Если скорость кровотока увеличивается в 4 раза, а общая площадь поперечного сечения венул составляет 10,0 см 2 , какова общая площадь поперечного сечения капилляров, питающих эти венулы? (б) Сколько вовлечено капилляров, если их средний диаметр равен 10.0 мкм м?

8. Система кровообращения человека насчитывает примерно 1 × 10 9 капиллярных сосудов. Каждый сосуд имеет диаметр около 8 мкм м. Предполагая, что сердечный выброс составляет 5 л / мин, определите среднюю скорость кровотока через каждый капиллярный сосуд.

9. (a) Оцените время, которое потребуется для наполнения частного бассейна емкостью 80 000 л с использованием садового шланга со скоростью 60 л / мин. (b) Сколько времени потребуется для заполнения, если вы сможете перенаправить в него реку среднего размера, текущую на высоте 5000 м 3 / с?

10.Скорость потока крови через капилляр с радиусом 2,00 × 10 -6 составляет 3,80 × 10 9 . а) Какова скорость кровотока? (Эта небольшая скорость дает время для диффузии материалов в кровь и из нее.) (B) Если предположить, что вся кровь в организме проходит через капилляры, сколько их должно быть, чтобы обеспечить общий поток 90,0 см 3 / с? (Полученное большое количество является завышенной оценкой, но все же разумно.)

11. (a) Какова скорость жидкости в пожарном шланге с 9.Диаметр 00 см, пропускающий 80,0 л воды в секунду? б) Какая скорость потока в кубических метрах в секунду? (c) Вы бы ответили иначе, если бы соленая вода заменила пресную воду в пожарном шланге?

12. Диаметр главного всасывающего воздуховода воздухонагревателя составляет 0,300 м. Какова средняя скорость воздуха в воздуховоде, если его объем равен объему внутри дома каждые 15 минут? Внутренний объем дома эквивалентен прямоугольному массиву шириной 13,0 м на 20.0 м в длину на 2,75 м в высоту.

13. Вода движется со скоростью 2,00 м / с по шлангу с внутренним диаметром 1,60 см. а) Какая скорость потока в литрах в секунду? (b) Скорость жидкости в сопле этого шланга составляет 15,0 м / с. Каков внутренний диаметр сопла?

14. Докажите, что скорость несжимаемой жидкости через сужение, например, в трубке Вентури, увеличивается в раз, равный квадрату коэффициента уменьшения диаметра. (Обратное применимо к потоку из сужения в область большего диаметра.)

15. Вода выходит прямо из крана диаметром 1,80 см со скоростью 0,500 м / с. (Из-за конструкции крана скорость потока не меняется.) (A) Какова скорость потока в см 3 / с? (б) Каков диаметр ручья на 0,200 м ниже крана? Пренебрегайте эффектами поверхностного натяжения.

16. Необоснованные результаты Горный ручей имеет ширину 10,0 м и среднюю глубину 2,00 м. Во время весеннего стока сток в ручье достигает 100 000 м 3 / с.а) Какова средняя скорость потока в этих условиях? б) Что неразумного в этой скорости? (c) Что неразумно или непоследовательно в помещениях?

Глоссарий

расход:
сокращенно Q , это объем V , который проходит мимо определенной точки в течение времени t , или Q = V / t
литр:
единица объема, равная 10 −3 м 3

Избранные решения проблем и упражнения

1.2,78 см 3 / с

3. 27 см / с

5. (а) 0,75 м / с (б) 0,13 м / с

7. (а) 40.0 см 2 (б) 5.09 × 10 7

9. (а) 22 ч (б) 0,016 с

11. (а) 12,6 м / с (б) 0,0800 м 3 / с (в) Нет, не зависит от плотности.

13. (а) 0,402 л / с (б) 0,584 см

15. (а) 128 см 3 / с (б) 0,890 см

Как рассчитать скорость воды в трубах

Обновлено 5 декабря 2020 г.

Крис Дезиель

Физики и инженеры используют закон Пуазейля для предсказания скорости воды в трубе.Это соотношение основано на предположении, что поток является ламинарным, что является идеализацией, которая больше применима к маленьким капиллярам, ​​чем к водопроводным трубам. Турбулентность почти всегда является фактором в трубах большего размера, так же как и трение, вызванное взаимодействием жидкости со стенками трубы. Эти факторы трудно определить количественно, особенно турбулентность, и закон Пуазейля не всегда дает точное приближение. Однако, если вы поддерживаете постоянное давление, этот закон может дать вам хорошее представление о том, как изменяется скорость потока при изменении размеров трубы.4

Сравнение скоростей потока

Если вы поддерживаете в водяной системе постоянное давление, вы можете рассчитать значение постоянной K, посмотрев вязкость воды при температуре окружающей среды и выразив ее в единицах, совместимых с вашими измерениями. Поддерживая постоянную длину трубы, теперь у вас есть пропорциональность между четвертой степенью радиуса и скоростью потока, и вы можете рассчитать, как скорость изменится при изменении радиуса. Также можно поддерживать постоянным радиус и изменять длину трубы, хотя для этого потребуется другая константа.Сравнение прогнозируемых и измеренных значений расхода показывает, насколько турбулентность и трение влияют на результаты, и вы можете учесть эту информацию в прогнозных расчетах, чтобы сделать их более точными.

Формула расхода

Расход жидкости — это мера объема жидкости, которая движется за определенный промежуток времени. Скорость потока зависит от площади трубы или канала, по которому движется жидкость, и скорости жидкости. Если жидкость течет по трубе, площадь равна A = πr 2 , где r — радиус трубы.Для прямоугольника площадь равна A = wh , где w — ширина, а h — высота. Расход может быть измерен в метрах в кубе в секунду ( м 3 / с ) или в литрах в секунду ( л / с ). Литры чаще используются для измерения объема жидкости, и 1 м 3 / с = 1000 л / с .

расход жидкости = площадь трубы или канала × скорость жидкости

Q = Av

Q = расход жидкости ( м 3 / с или л / с )

A = площадь трубы или канала ( м 2 )

v = скорость жидкости ( м / с )

Формула расхода Вопросы:

1) Вода течет по круглой трубе с радиусом 0.0800 м . Скорость воды 3,30 м / с . Какой расход воды в литрах в секунду ( л / с, )?

Ответ: Расход зависит от площади круглой трубы:

A = πr 2

A = π (0,0800 м) 2

A = π (0,00640 м 2 )

A = 0,0201 м 2

Площадь трубы 0,0201 м 2 .Расход можно найти в м 3 / с по формуле:

Q = Av

Q = (0,0201 м 2 ) (3,30 м / с)

Q = 0,0663 м 3 / с

Расход можно преобразовать в литры в секунду с помощью: 1 м 3 / с = 1000 л / с.

Q = 66,3 л / с

Расход воды по круглой трубе 66,3 л / с.

2) Вода стекает по открытому прямоугольному желобу. Желоб 1,20 м шириной , глубина протекающей по нему воды 0,200 м . Скорость воды идет по круглой трубе с радиусом 0,0800 м . Скорость воды 5,00 м / с . Какой расход воды через желоб в литрах в секунду ( л / с) ?

Ответ: Скорость потока зависит от площади желоба, через которую протекает вода:

A = wh

А = (1.20 м) (0,200 м )

A = 0,240 м 2

Площадь воды, протекающей по желобу, составляет 0,240 м 2 . Расход можно найти в м 3 / с по формуле:

Q = Av

Q = (0,240 м 2 ) (5,00 м / с)

Q = 1,20 м 3 / с

Расход можно преобразовать в литры в секунду с помощью: 1 м 3 / с = 1000 л / с.

Q = 1200 л / с

Расход воды в желобе 1200 л / с .

Полезная информация о скорости в трубе

Тщательный дизайн и выбор трубопроводов в системе снижает потери на трение и улучшает производительность насосов и другого оборудования.

При низких скоростях жидкости текут равномерно с постоянной скоростью и без вертикального перемешивания по фронту волны.Это называется ламинарным потоком. При высоких скоростях жидкости образуются завихрения (потоки), которые приводят к случайному перемешиванию по всему поперечному сечению потока. Это называется турбулентным потоком. При промежуточных расходах всегда существует область ламинарного потока вблизи стенок трубы, толщина которой может варьироваться в зависимости от шероховатости материала трубы и общей скорости потока. Точка, в которой поток перестает быть ламинарным и становится турбулентным, называется критической скоростью.

Насосы, и особенно центробежные насосы, работают наиболее эффективно, когда жидкость подается без скачков, плавным, ламинарным потоком.Любая форма турбулентности снижает эффективность, увеличивает потерю напора и усугубляет износ подшипников, уплотнений и других компонентов насоса.

Как рассчитывается скорость трубы?

Скорость в трубе — это усредненная по площади характеристика, которая не зависит от распределения потока в поперечном сечении трубы и от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Например, вдоль центральной оси жидкость может двигаться со скоростью, вдвое превышающей расчетную скорость трубы.

Что такое потеря напора?

Внутри трубы фрикционный контакт со стенками означает, что поток жидкости максимален на оси трубы и фактически равен нулю на стенке трубы.Фрикционный контакт вызывает потерю давления и энергии вдоль трубы, и это намного больше при турбулентном потоке. В то время как при ламинарном потоке потеря давления пропорциональна скорости трубы, в турбулентном потоке она пропорциональна ее квадрату.

Что такое число Рейнольдса?

Переход от ламинарного течения к турбулентному можно оценить, вычислив число Рейнольдса. Это безразмерное число, определяемое по диаметру трубы, плотности и вязкости текущей жидкости и скорости потока:

Число Рейнольдса — это фактически соотношение сил массового потока и напряжения сдвига, обусловленное вязкостью жидкости.Течение в трубе можно считать ламинарным, если число Рейнольдса меньше 2000, и полностью турбулентным, если оно больше 4000. Характеристики потока непредсказуемы, если значение находится между этими двумя значениями.

Что такое «хорошая» скорость в трубе?

Инженер-монтажник выбирает насосы и размеры трубопроводов для достижения удовлетворительной скорости трубы. Для водоподобных жидкостей без уноса твердых частиц (например: химикаты, краски, бензин, напитки) приемлемым значением считается скорость в трубопроводе около 1-2 м / с.Если в системе есть узкие трубы или другие сужения, скорость трубы в этих точках будет намного выше.

Если жидкость чувствительна к сдвигу, может вспениваться или изменять свойства, более низкая скорость в трубе может быть достигнута при использовании трубопроводов большего диаметра. С другой стороны, если жидкость содержит твердые частицы, которые могут оседать и образовывать засоры при низких расходах, может потребоваться более высокая скорость трубы (5-6 м / с).

В следующей таблице перечислены некоторые типичные скорости трубопровода для ряда общепромышленных материалов:

Жидкость Типичная скорость трубы (м / с)
Вода 0.9 — 2,4
Тетрахлорметан 1,8
Хлор жидкий 1,5
Этиленгликоль 1,8
Соляная кислота 1,5
Масло смазочное 1,5
Серная кислота 1,2

Сводка

Насосы, и особенно центробежные насосы, работают наиболее эффективно, когда жидкость подается без скачков, плавным, ламинарным потоком.Любая форма турбулентности снижает эффективность, увеличивает потерю напора и усугубляет износ подшипников, уплотнений и других компонентов насоса.

Размер трубы и, следовательно, скорость в трубе могут иметь значительное влияние на производительность системы как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания насоса. Для водных жидкостей без уноса твердых частиц (например, химикатов, бензина, напитков) подходящей считается скорость в трубопроводе около 1-2 м / с. Однако при использовании сырья, содержащего увлеченные твердые частицы, может потребоваться увеличение потока в трубе, чтобы исключить риски осаждения отложений.Такие фитинги, как колена и переходники, следует выбирать так, чтобы избежать ограничений, которые могут способствовать засорению. И наоборот, с жидкостями, содержащими растворенные газы или чувствительными к сдвигу, турбулентность может вызвать дегазацию жидкостей и вспенивание, поэтому может быть рекомендован меньший поток и / или больший размер трубы.

Расход в трубе

Средняя скорость потока жидкости и диаметр трубы для известного расхода

Скорость жидкости в трубе неравномерна по площади сечения.Поэтому используется средняя скорость, которая рассчитывается по методу уравнение неразрывности для установившегося потока в виде:

Калькулятор диаметра трубы

Рассчитайте диаметр трубы для известного расхода и скорости. Рассчитайте скорость потока для известного диаметра трубы и расхода. Преобразование объемного расхода в массовый. Рассчитайте объемный расход идеального газа при различных условиях давления и температуры.

Диаметр трубы можно рассчитать, если объемный расход и скорость известны как:

где: D — внутренний диаметр трубы; q — объемный расход; v — скорость; А — площадь поперечного сечения трубы.

Если известен массовый расход, то диаметр можно рассчитать как:

где: D — внутренний диаметр трубы; w — массовый расход; ρ — плотность жидкости; v — скорость.

Простой расчет диаметра трубы

Взгляните на эти три простых примера и узнайте, как с помощью калькулятора рассчитать диаметр трубы для известного расхода жидкости и желаемого расхода жидкости.

Ламинарный и турбулентный режим течения жидкости в трубе, критическая скорость

Если скорость жидкости внутри трубы мала, линии тока будут прямыми параллельными линиями.Поскольку скорость жидкости внутри труба постепенно увеличивается, линии тока будут оставаться прямыми и параллельными стенке трубы, пока не будет достигнута скорость когда линии тока колеблются и внезапно превращаются в размытые узоры. Скорость, с которой это происходит, называется «критическая скорость». При скоростях выше «критической» линии тока случайным образом рассредоточиваются по трубе.

Режим обтекания, когда скорость ниже «критической», называется ламинарным потоком (вязким или обтекаемым потоком).В ламинарном режиме потока скорость наибольшая на оси трубы, а на стенке скорость равна нулю.

Когда скорость больше «критической», режим течения является турбулентным. В турбулентном режиме течения наблюдается нерегулярный случайное движение частиц жидкости в направлениях, поперечных направлению основного потока. Изменение скорости турбулентного потока составляет более однородный, чем в ламинарном.

В турбулентном режиме потока у стенки трубы всегда имеется тонкий слой жидкости, который движется ламинарным потоком. Этот слой известен как пограничный слой или ламинарный подслой. Для определения режима потока используйте калькулятор числа Рейнольдса.

Число Рейнольдса, турбулентный и ламинарный поток, скорость потока в трубе и вязкость

Характер потока в трубе, согласно работе Осборна Рейнольдса, зависит от диаметра трубы, плотности и вязкости. текущей жидкости и скорости потока.Используется безразмерное число Рейнольдса, которое представляет собой комбинацию этих четырех переменные и могут рассматриваться как отношение динамических сил массового потока к напряжению сдвига из-за вязкости. Число Рейнольдса:

где: D — внутренний диаметр трубы; v — скорость; ρ — плотность; ν — кинематическая вязкость; μ — динамическая вязкость;

Калькулятор числа Рейнольдса

Рассчитайте число Рейнольдса с помощью этого простого в использовании калькулятора.Определите, является ли поток ламинарным или турбулентный. Применимо для жидкостей и газов.

Это уравнение можно решить с помощью и калькулятор режима течения жидкости.

Течение в трубах считается ламинарным, если число Рейнольдса меньше 2320, и турбулентным, если число Рейнольдса больше 4000.Между этими двумя значениями находится «критическая» зона, где поток может быть ламинарным, турбулентным или в процесс изменений и в основном непредсказуем.

При расчете числа Рейнольдса для эквивалентного диаметра некруглого поперечного сечения (четырехкратный гидравлический радиус d = 4xRh) используется, а гидравлический радиус можно рассчитать как:

Rh = площадь проходного сечения / периметр смачивания

Это относится к квадратному, прямоугольному, овальному или круглому каналу, если поток не имеет полного сечения.Из-за большого разнообразия жидкостей, используемых в современных промышленных процессах, одно уравнение который может использоваться для потока любой жидкости в трубе, дает большие преимущества. Это уравнение — формула Дарси, но один фактор — коэффициент трения нужно определять экспериментально. Эта формула имеет широкое применение в области механики жидкости и широко используется на этом веб-сайте.

Уравнение Бернулли — сохранение напора жидкости

Если потерями на трение пренебречь и энергия не добавляется или не берется из системы трубопроводов, общий напор H, который является суммой подъемного напора, напора и скоростного напора, будет постоянным для любой точки. линии тока жидкости.

Это выражение закона сохранения напора для потока жидкости в трубопроводе или линии тока, известное как Уравнение Бернулли:

где: Z 1,2 — отметка над отметкой; p 1,2 — абсолютное давление; v 1,2 — скорость; ρ 1,2 — плотность; г — ускорение свободного падения

Уравнение Бернулли используется в нескольких калькуляторах на этом сайте, например калькулятор перепада давления и расхода, Измеритель расхода трубки Вентури и вычислитель эффекта Вентури и Калькулятор размеров диафрагмы и расхода.

Поток трубы и падение давления на трение, потеря энергии напора | Формула Дарси

Из уравнения Бернулли выводятся все другие практические формулы с изменениями, связанными с потерями и выигрышем энергии.

Как и в реальной системе трубопроводов, существуют потери энергии, и энергия добавляется или забирается из жидкости. (с использованием насосов и турбин) они должны быть включены в уравнение Бернулли.

Для двух точек одной линии тока в потоке жидкости уравнение можно записать следующим образом:

где: Z 1,2 — отметка над отметкой; p 1,2 — абсолютное давление; v 1,2 — скорость; ρ 1,2 — плотность; ч L — потеря напора из-за трения в трубе; H p — головка насоса; H T — головка турбины; г — ускорение свободного падения;

Поток в трубе всегда вызывает потерю энергии из-за трения.Потери энергии можно измерить как падение статического давления. по направлению потока жидкости двумя манометрами. Общее уравнение падения давления, известное как формула Дарси, выражается в метрах жидкости составляет:

где: ч L — потеря напора из-за трения в трубе; f — коэффициент трения; L — длина трубы; v — скорость; D — внутренний диаметр трубы; г — ускорение свободного падения;

Чтобы выразить это уравнение как падение давления в ньютонах на квадратный метр (Паскали), замена соответствующих единиц приводит к:

Калькулятор падения давления

Калькулятор на основе уравнения Дарси.Рассчитайте падение давления для известного расхода или рассчитать расход при известном падении давления. Включен расчет коэффициента трения. Применяется для ламинарных и турбулентных потоков, круглых или прямоугольных труб.

где: Δ p — падение давления из-за трения в трубе; ρ — плотность; f — коэффициент трения; L — длина трубы; v — скорость; D — внутренний диаметр трубы; Q — объемный расход;

Уравнение Дарси может использоваться как для ламинарного, так и для турбулентного режима течения и для любой жидкости в трубе.С некоторыми ограничениями, Уравнение Дарси можно использовать для газов и паров. Формула Дарси применяется, когда диаметр трубы и плотность жидкости постоянны и труба относительно прямая.

Коэффициент трения для шероховатости трубы и число Рейнольдса в ламинарном и турбулентном потоках

Физические значения в формуле Дарси очень очевидны и могут быть легко получены, если известны такие свойства трубы, как D — внутренняя часть трубы. диаметр, L — длина трубы, а когда известен расход, скорость легко вычисляется с помощью уравнения неразрывности.Единственная ценность что необходимо определить экспериментально, так это коэффициент трения. Для режима ламинарного течения Re <2000 коэффициент трения можно рассчитать: но для турбулентного режима течения, где Re> 4000, используются экспериментально полученные результаты. В критической зоне, где находится Рейнольдс число от 2000 до 4000, может иметь место как ламинарный, так и турбулентный режим потока, поэтому коэффициент трения неопределен и имеет более низкий пределы для ламинарного потока и верхние пределы, основанные на условиях турбулентного потока.

Если поток ламинарный и число Рейнольдса меньше 2000, коэффициент трения можно определить из уравнения:

где: f — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса;

Когда поток турбулентный и число Рейнольдса превышает 4000, коэффициент трения зависит от относительной шероховатости трубы. а также от числа Рейнольдса.Относительная шероховатость трубы — это шероховатость стенки трубы по сравнению с диаметром трубы e / D . Поскольку внутренняя шероховатость трубы фактически не зависит от диаметра трубы, трубы с меньшим диаметром трубы будут иметь более высокую относительная шероховатость, чем у труб большего диаметра, поэтому трубы меньшего диаметра будут иметь более высокий коэффициент трения чем трубы большего диаметра из того же материала.

Наиболее широко принятыми и используемыми данными для коэффициента трения в формуле Дарси является диаграмма Муди.На диаграмме Муди коэффициент трения можно определить исходя из значения числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Падение давления является функцией внутреннего диаметра в пятой степени. Со временем в эксплуатации внутренняя часть трубы покрывается коркой грязи и окалины, и часто бывает целесообразно сделать поправку на ожидаемые изменения диаметра. Также можно ожидать увеличения шероховатости при использовании из-за коррозии или накипи со скоростью, определяемой материалом трубы. и природа жидкости.

Когда толщина ламинарного подслоя (ламинарный пограничный слой δ ) больше, чем шероховатость трубы e , поток называется потоком в гидравлически гладкой трубе, и можно использовать уравнение Блазиуса:

где: f — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса;

Толщина пограничного слоя может быть рассчитана на основе уравнения Прандтля как:

где: δ — толщина пограничного слоя; D — внутренний диаметр трубы; Re — число Рейнольдса;

Для турбулентного течения с Re <100 000 (уравнение Прандтля) можно использовать:

Для турбулентного течения с Re> 100 000 (уравнение Кармана) можно использовать:

Наиболее распространенным уравнением, используемым для расчета коэффициента трения, является формула Колебрука-Уайта и он используется для турбулентного потока в калькуляторе падения давления:

где: f — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса; D — внутренний диаметр трубы; к r — шероховатость трубы;

Статическое, динамическое и полное давление, скорость потока и число Маха

Статическое давление — это давление жидкости в потоке.Общее давление — это давление жидкости, когда она находится в состоянии покоя, т.е. скорость снижается до 0.

Общее давление можно рассчитать с помощью теоремы Бернулли. Представьте, что поток остановлен в одной точке линии потока. без потери энергии теорему Бернулли можно записать как:

Если скорость в точке 2 v 2 = 0, давление в точке 2 больше, чем общее p 2 = p t :

где: р — напор; p t — полное давление; v — скорость; ρ — плотность;

Разница между общим и статическим давлением представляет собой кинетическую энергию жидкости и называется динамическим давлением.

Динамическое давление для жидкостей и несжимаемого потока при постоянной плотности можно рассчитать как:

где: р — напор; p t — полное давление; p d — динамическое давление; v — скорость; ρ — плотность;

Если динамическое давление измеряется с помощью таких инструментов, как зонд Прандтля или трубка Пито, скорость может быть рассчитана в одна точка линии потока как:

где: р — напор; p t — полное давление; p d — динамическое давление; v — скорость; ρ — плотность;

Для газов и чисел Маха больше 0.1 эффектами сжимаемости нельзя пренебречь.

Для расчета сжимаемого потока можно использовать уравнение состояния газа. Для идеальных газов скорость при числе Маха M <1 рассчитывается по следующему уравнению:

где: M — число Маха M = v / c — соотношение между локальной скоростью жидкости и локальной скоростью звука; γ — коэффициент изоэнтропии;

Следует сказать, что при M> 0.7 данное уравнение не совсем точное.

Если число Маха M> 1, возникнет нормальная ударная волна. Уравнение скорости перед волной приведено ниже:

где: р — напор; p ti — полное давление; v — скорость; M — число Маха; γ — коэффициент изоэнтропии;

Приведенные выше уравнения используются для Зонд Прандтля и калькулятор скорости потока трубки Пито.

Примечание: вы можете скачать полный вывод данных уравнений

Расход жидкости для теплопередачи, мощность и температура котла

Калькулятор тепловой энергии

Рассчитайте тепловую энергию и тепловую мощность для известного расхода.Рассчитайте расход для известной тепловой энергии или тепловой мощности. Применяется для котлов, теплообменников, радиаторов, чиллеров, воздухонагревателей.

Расход жидкости, необходимый для передачи тепловой энергии и тепловой энергии, можно рассчитать как:

где: q — расход [ 3 м3 / ч]; ρ — плотность жидкости [кг / м 3 ]; c — удельная теплоемкость жидкости [кДж / кг · К]; Δ T — разность температур [К]; P — мощность [кВт];

Это соотношение можно использовать для расчета необходимого расхода, например, воды, нагреваемой в котле, если мощность бойлер известен.В этом случае разница температур в приведенном выше уравнении представляет собой изменение температуры жидкости впереди и после котла. Следует сказать, что коэффициент полезного действия должен быть включен в приведенное выше уравнение для точного расчета.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСХОДА

И Н С Т Р У К Т И Я

Этот калькулятор ultra отличается тем, что позволяет выбирать между большое разнообразие единиц (6 для диаметра и 24 для каждого для скорости и расхода).В отличие от других калькуляторов, вы НЕ ограничен вводом диаметра в дюймах, скорости в милях в час и т. д., что делает этот калькулятор довольно универсален.

1) Вода течет со скоростью 36 дюймов в секунду и со скоростью 1,0472 кубических футов в секунду. Какой диаметр трубы?
Самый важный шаг в использовании этого калькулятора:
ПЕРВЫЙ ВЫБЕРИТЕ, ЧТО ВЫ РЕШАЕТЕ ДЛЯ
В этом случае мы решаем ДИАМЕТР ТРУБЫ, поэтому нажмите эту кнопку.
Введите 36 в поле скорости и выберите в соответствующем меню дюймы в секунду.
Введите 1,0472 в поле скорости потока и выберите в соответствующем меню кубические футы в секунду.
Нажмите кнопку РАССЧИТАТЬ, и вы увидите, что это равно 8 дюймам.
И вы увидите ответ в 5 других единицах !! 2) Вода течет по трубе диаметром 10 см со скоростью 9 литров в секунду. Какая скорость воды?
ПЕРВЫЙ НАЖМИТЕ НА ТО, ЧТО ВЫ РЕШАЕТЕ — СКОРОСТЬ
Введите 10 в поле диаметра трубы и выберите сантиметры в его меню.
Введите 9 в поле расхода и выберите в соответствующем меню литры в секунду.
Нажмите кнопку РАССЧИТАТЬ, и ответ будет 114,59 сантиметров в секунду И ответ будет в 23 других единицах измерения !!

3) Вода течет по трубе диаметром 2 фута со скоростью 20 дюймов в секунду. Какая скорость потока?
ПЕРВЫЙ НАЖМИТЕ НА ТО, ЧТО ВЫ РЕШАЕТЕ — СКОРОСТЬ ПОТОКА
Введите 2 в поле диаметра трубы и выберите футы в его меню.
Введите 20 в поле скорости и выберите в соответствующем меню дюймы в секунду.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *