Расход жидкости по диаметру и давлению. Скорость воды в трубопроводе формула. Факторы, оказывающие влияние на проходимость воды через трубу

На предприятиях, а также в квартирах и домах в целом расходуется большое количество воды. Цифры огромные, но могут ли они о чем-то сказать еще, кроме факта определенного расхода? Да, могут. А именно, расход воды может помочь рассчитать диаметр трубы. Это, казалось бы, не связанные друг с другом параметры, но на деле взаимосвязь очевидна.

Ведь пропускная способность системы водоснабжения зависит от множества факторов. Весомое место в этом списке как раз и занимает диаметр труб, а также давление в системе. Разберемся в этом вопросе глубже.

Факторы, оказывающие влияние на проходимость воды через трубу

Расход воды через трубу круглого сечения, имеющей отверстие, зависит от размеров этого отверстия. Таким образом, чем оно больше, тем больше воды пройдет через трубу за определенный отрезок времени. Однако не стоит забывать и о давлении. Ведь можно привести пример. Метровый столб продавит воды через сантиметровое отверстие гораздо меньше за единицу времени, нежели столб, имеющий высоту несколько десятков метров. Это очевидно. Поэтому расход воды достигнет своего максимума при максимальном внутреннем сечении изделия, а также при максимальном давлении.

Расчет диаметра

Если вам нужно получить определенный расход воды на выходе системы водоснабжения, тогда не обойтись без расчета диаметра трубы. Ведь этот показатель, наряду с остальными, оказывает влияние на показатель пропускной способности.

Безусловно, существуют специальные таблицы, которые есть в Сети и в специализированной литературе, которые позволяют обойти расчеты, ориентируясь на определенные параметры. Однако высокой точности от таких данных ждать не стоит, погрешность все равно будет присутствовать, даже если учесть все факторы. Поэтому лучший выход для получения точных результатов – самостоятельный расчет.

Для этого понадобятся такие данные:

• Расход потребления воды.
• Потери напора от исходной точки до точки потребления.

Расход потребления воды необязательно рассчитывать – есть цифровой стандарт. Можно взять данные по смесителю, которые гласят, что в секунду расходуется около 0,25 литров. Этой цифрой можно воспользоваться для расчетов.

Немаловажный параметр для получения точных данных – потери напора на участке. Как известно, давление напора в стандартных стояках водоснабжения находится в пределах от 1 до 0,6 атмосфер. Средний показатель – 1,5-3 атм. Параметр зависит от количества этажей в доме. Но это не значит, что, чем выше дом, тем выше давление в системе. В очень высоких домах (более 16 этажей) иногда используется разделение системы на этажи, чтобы нормализовать давление.

Что касается потери напора, этот показатель можно вычислить, используя манометры в исходной точке и перед точкой потребления.

Если все же знаний и терпения для самостоятельного расчета недостаточно, тогда можно воспользоваться и табличными данными. И пусть они будут обладать определенными погрешностями, данные будут достаточно точны для определенных условий. И тогда по расходу воды будет очень просто и быстро получить диаметр трубы. А значит, система водоснабжения будет рассчитана верно, что позволит получить такое количество жидкости, которое удовлетворит потребности.

Расчет объема трубы – задача, необходимая в строительстве, ремонте, замене трубопровода и не только. Существует несколько вариантов такого вычисления.

Онлайн

Онлайн-расчет включает в себя несколько доступных способов посчитать объем цилиндра – трубы любого типа из любого материала.

Самый простой – воспользоваться сайтом с уже готовым калькулятором – в него нужно внести только диаметр (внутренний и внешний) и общую длину трубопровода. Все указывается в миллиметрах. Остальное программа подставляет и вычитает самостоятельно.

Есть программы для расчета – их удобнее использовать, когда нужно узнать объем жидкости (не обязательно воды). В них к результату объема радиаторов (отопительного котла), указанного в паспортах изделий, прибавляется рассчитанный объем системы отопления. Результат – точный общий объем труб, площади поверхности, объема трубы на погонный метр. Данные можно использовать и для того, чтобы точно вычислить количество краски, необходимой для отделки трубопровода.

Также в Интернете есть таблицы, составленные на основе конкретного диаметра труб и внутреннего объема погонного метра трубы в литрах. Таблицы можно найти для любых видов трубопровода и материалов, всяческой жидкости (воды, антифриза или теплоносителя для изоляции).

Расчет по формуле объема трубы

Второй способ включает в себя использование формулы, применяемой многими инженерами.

Для расчетов понадобятся:

• калькулятор;
• штангенциркуль;
• линейка.

В первую очередь нужно определить радиус трубы (обозначается буквой R). Есть радиус внутренний и внешний – для внутреннего и внешнего объема. Внутренний – позволяет рассчитать количество жидкости, которое может вместить цилиндр. Внешний – чтобы определить, сколько места будет занимать труба. Кроме радиуса может также

Расчет диаметра трубопровода по расходу, зависимость расхода от давления

Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.

От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.

В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.

Как рассчитать необходимый диаметр трубы

Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.

Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.

Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.

Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.

С помощью формул ниже можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода жидкости.

Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:

•  Диаметр трубы;
• Скорость потока.

Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.

Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:

d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м

w – скорость потока, м/с

Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода

Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.

При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.

На габариты трубопровода влияют также возможные скачки давления.

Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.

Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.

Такое увеличение связано с несколькими показателями:

• Скорость жидкости;
• Плотность;
• Исходное давление (напор).

Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.

К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.

Скорость воды в трубопроводе формула

Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Отсюда получаем w = 4V/(3.14 d²). Не забудьте перевести диаметр из миллиметров в метры, то есть диаметр будет 0.159 м.

Формула расхода воды

В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:

Расход воды через трубу таблица

Зависимость расхода от давления

Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть — от перепада давления. Формула выводится просто. Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость. С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT — квадратный корень.

Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg — десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.

Похожие статьи:

Расчет скорости движения воды в трубопроводе

Автоматизированный расчет скорости движения потока в трубопроводе нашим калькулятором будет необходим в том случае, если Вы решили провести канализацию, отопительную или водопроводную систему своими руками в частном доме. Расчет поможет определиться в выборе диаметра трубы, его протяженности или количестве поворотов трубопровода.

Онлайн калькулятор для подсчета скорости воды и газа в трубопроводе

Рассчитать все параметры перемещения жидкости в водопроводной системе, вопреки кажущейся простоте, представляет собой сложную задачу, поскольку на поток воды действует одновременно множество разноречивых факторов.

Зачем нужен расчет

Каковы основные направления использования воды в здании? Их несколько:

1. Потребление для санитарных, а также бытовых нужд.
2. Устройство отопления с водяным теплоносителем.
3. Водопровод системы пожаротушения.
4. Система канализации стоков.

Каждое направление имеет свои особенности и характеристики по условиям эксплуатации. При недостаточной мощности трубопроводной системы возможно критично резкое снижение давления, а вероятность получения слабой струйки из пожарного шланга испортит настроение любому.

Скорость течения стоков по системе канализации также имеет особое значение, поскольку малейший просчет в угле наклона отрицательно сказывается на работе такого водопровода и его долговечности. Недостаточный угол предполагает возможность остановки действия, а излишний приводит к ускоренному засорению канала.

Влияние различных факторов на работу водопроводной сети

На первый взгляд механизм простой – есть магистраль с определенным диаметром и чем большего оно размера, тем больше пройдет по ней жидкости при определенном давлении.

Безусловно, это действенные факторы, влияющие на расход воды и интенсивность ее перемещения по водопроводной сети. Но это только начало длинного перечня, поскольку кроме них существуют и другие воздействия:

1. Длина трубы. По мере перемещения жидкость испытывает обратное направлению потока воздействие от трения о стенки трубы. Величина сопротивления такова, что пренебречь ею невозможно. Разумеется, на консоли через сливное отверстие скорость истечения зависит только от давления. Но вытекшую жидкость нужно заместить, а быстрота ввиду сопротивления недостаточна.
2. Прямое воздействие на скорость течения жидкости оказывает диаметр внутреннего сечения трубопровода. Чем он меньше, тем более сильное сопротивление потоку оказывается, поскольку площадь контакта по отношению к объему протекающей воды увеличивается. То есть, между этими параметрами существует обратно пропорциональная зависимость.
3. Материал, из которого изготовлена круглая труба, также оказывает существенное влияние. Внутренняя поверхность пластиковых изделий, изготовленных из сшитого полиэтилена, более гладкая, чем у аналогичных из металла. Она оказывает гораздо меньшее сопротивление потоку. Более того, при расчете скорости жидкости в трубопроводе, изготовленном из металла, следует понимать, что он справедлив только для новой системы. Такие системы очень быстро засоряются известковыми отложениями на внутренних стенках и продуктами окисления металла. Учесть такие воздействия невозможно, поскольку интенсивность их накопления во многом зависит от качества воды. Величина сопротивления в новой трубе и засоренной может возрастать до 200 раз.
4. Скорость движения жидкости в трубопроводной системе во многом зависит от ее сложность. Каждый поворот, каждый фитинг – это потеря скорости, причем степень влияния не ограничивается статистической погрешностью, а снижает проходимость многократно.

Учитывая сказанное, очевидно, что достоверно определить основные параметры действия водопровода гидравлическим расчетом практически невозможно. Тем не менее, расчет скорости воды в трубопроводе необходим для определения первичных данных по его основным характеристикам и делать его нужно с использованием калькулятора, используя режим online.

Расход Q и средняя скорость V течения потока трубе круглого сечения диаметром D связаны зависимостью:

Для проведения вычислений в автоматическом режиме выберите подходящую форму (расчет расхода или расчет скорости) и укажите в соответствующих полях известные величины.

Расчет средней по сечению скорости потока при известном расходе

Введите данные, необходимые для расчета скорости, укажите единицы измерения.

Расчет расхода по известной скорости

Для расчета расхода нужно в соответствующих полях указать расход жидкости и диаметр сечения трубы.

Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.

Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:

1. Расход теплоносителя (воды) в трубе. 2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины.

Вот необходимые формулы, которые нужно знать:

S-Площадь сечения м 2 внутреннего просвета трубы π-3,14-константа — отношение длины окружности к ее диаметру. r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м Q-расход воды м 3 /с D-Внутренний диаметр трубы, м V-скорость течения теплоносителя, м/с

Сопротивление движению теплоносителя.

Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение. Та сила, которая приложена к тому, чтобы остановить движение теплоносителя — является силой сопротивления.

Это сопротивление, называют — потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.

Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.

Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.

В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.

Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:

1. Находим сечение 2. Находим расход

D=12мм=0,012 м п=3,14

S=3.14•0,012 2 /4=0,000113 м 2

Q=0,000113•1=0,000113 м 3 /с = 0,4 м 3 /ч.

Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.

Q=40л/мин=0,000666666 м 3 /с

Из выше указанных формул получил такую формулу.

Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:

Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.

Чем длиннее труба, тем больше потеря напора. Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора. Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора. Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора.

Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:

А теперь рассмотрим задачу из реального примера.

Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

D=100 мм = 0,1м L=376м Геометрическая высота=17м Отводов 21 шт Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба) Максимальный расход=90м 3 /ч Температура воды 16°С. Труба стальная железная

Найти максимальный расход = ?

Решение на видео:

Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.

В нашем случае будет такой график:

Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.

По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).

Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).

Поэтому решаем задачу ступенчато.

Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.

Находим скорость движения воды

Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.

V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с

Находим число рейнольдса

ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на вторую область при условии

10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.

Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:

Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час

Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.

V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.

Отмечаем на графике:

Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).

Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

Для проверки проверим:

Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

Итог: Мы попали на Н_пот=14,89=15м.

А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:

Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах. ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда]. g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.

Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

Скорость 1,91 м/с

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.

Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.

Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.

Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.

При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.

Отмечаем на графике:

Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч

Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.

Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м

Рисуем на графике:

Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.

В итоге, на размер диаметра влияют:

1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами 2. Необходимый расход 3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой

Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса. Увеличивать мощность насоса не экономично.

Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel

Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 56 комментариев

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных…

… — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице «О блоге».

Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода  t_вх в °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода  t_вых в °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода  d в мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода  L в м записываем

в ячейку D8: 100,000

6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб  ∆ в мм вносим

в ячейку D9:  1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений  Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10:  1,89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

Результаты расчетов:

8. Среднюю температуру воды t_ср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

t_ср=(t_вх+t_вых)/2

9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм²/с при температуре t_ср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*t_ср+0,000221*t_ср²)

10. Среднюю плотность воды ρ в т/м³ при температуре t_ср вычисляем

в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970

ρ=(-0,003*t_ср²-0,1511*t_ср+1003, 1)/1000

11. Расход воды через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

12. Скорость воды в трубопроводе v в м/с вычисляем

в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640

v=4*G/(ρ*π*(d/1000)²*3600)

К ячейке D16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.

Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

13. Число Рейнольдса Re определяем

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4

Re=v*d*10/n

14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17<=2320;64/D17;ЕСЛИ(D17<=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17+D9/D7)^0,25)) =0,035

λ=64/Re                              при Re≤2320

λ=0,0000147*Re                при 2320≤Re≤4000

λ=0,11*(68/Re+∆/d)^0,25  при Re≥4000

15. Удельные потери давления на трение R в кг/(см²*м) вычисляем

в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100 =0,004645

R=λ*v²*ρ*100/(2*9,81*d)

16. Потери давления на трение dP_тр в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485

dP_тр=R*L

и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9

dP_тр=dP_тр*9,81*10000

17. Потери давления в местных сопротивлениях dP_мс в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150

dP_мс=Σ(ξ)*v²*ρ/(2*9,81*10)

и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2

dP_тр=dP_мс*9,81*10000

18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634

dP=dP_тр+dP_мс

и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1

dP=dP*9,81*10000

19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч)² вычисляем

в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720

S=dP/G²

Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Исходные данные:

Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L, а также рассчитанное значение скорости движения воды v.

1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

Результаты расчетов:

По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

2. Коэффициент m извлекается

в ячейку D32: =ИНДЕКС(h41:h52;h39) =0,300

3. Коэффициент A₀ извлекается

в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

4. Коэффициент 1000A₁ извлекается

в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

5. Коэффициент 1000A₁/(2g) извлекается

в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

6. Коэффициент С извлекается

в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

7. Коэффициент  гидравлического сопротивления i  в м.вод.ст./м рассчитываем

в ячейке D37: =D35/1000*((D33+D36/D16)^D32)/((D7/1000)^(D32+1))*D16^2 =0,057

i=((1000A1/(2g))/1000)*(((A0+C/v)^m)/((d/1000)^(m+1)))*v²

8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

dP=dP/9,81/10000

и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

dP=i*9,81*1000*L

Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

Итоги.

Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2.04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.

В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.

При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см².

Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»)!!!

Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).

Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Расчет скорости теплоносителя в трубопроводе

Расчет скорости теплоносителя в системах отопления и теплоснабжения

Исходные данные:

Скорость теплоносителя в трубопроводе при: G = 0 кг/ч; ρ = 1000.54 кг/м³

Проходы условные (размеры номинальные) по ГОСТ 28338-89
Dn (Ду)	10х2.2	15х2.8	20х2.8	25х3.2	32х3.2	40х3.5	50х3.5	65х4.0	80х4.0	90х4.0	100х4.5	Условные обозначения
v , м/с	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	Труба 20 x 2.8 ГОСТ 3262-75
Oventrop Металлопластиковая труба «Copipe HS» PN 10 (при 95oC), PN 16 (для ХВС)
Copipe HS (Oventrop)	14×2.0	16×2.0	20×2.5	26×3.0	32×3.0	40×3.5	50×4.5	63×6.0	—	—	—	Условные обозначения
v , м/с	0	0	0	0	0	0	0	0	—	—	—	«Copipe HS» Ø20 x 2.5
Rehau Молекулярно сшитый полиэтилен PN 10, t = 90oC
RAUTITAN flex, his, pink (Rehau)	—	16×2.2	20×2.8	25×3.5	32×4.4	40×5.5	50×6.9	63×8.6	—	—	—	Условные обозначения
v , м/с	—	0	0	0	0	0	0	0	—	—	—	RAUTITAN flex Ø20 x 2.8
Uponor Из сшитого полиэтилена PE-Xa, eval PE-Xa, PN 10, t = 95oC
Uponor PEX серии S3.2 (Uponor)	—	16×2.2	20×2.8	25×3.5	32×4.4	40×5.5	50×6.9	63×8.7	75×10.3	90×12.3	110×15.1	Условные обозначения
v , м/с	—	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	Uponor PEX серии S3.2 Ø20 x 2.8
Valtec труба полипропиленовая, армированная стекловолокном, PP-FIBER PN 9, t = 95oC
Valtec PP-FIBER PN 25 (Valtec)	—	—	20×3.4	25×4.2	32×5.4	40×6.7	50×8.3	63×10.5	—	—	—	Условные обозначения
v , м/с	—	—	0	0	0	0	0	0	—	—	—	Valtec PP-FIBER Ø20 x 3.4

* Условное обозначение:
стальных труб — условный проход х толщину стенки;
полимерных труб — наружный диаметр х толщину стенки.
** Рабочее давление PN указано при соответствующей температуре

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

	Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Инженерное ремесло / / Падение давления, потери давления на трение.  / / Типичные скорости (практические скорости) потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях. Поделиться:    Типичные скорости (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 — скорость потока 0,2-0,5 Теплоснабжение с принудительной циркуляцией основная «прямая труба» — скорость потока 0,5-3 (выше — не стоит подключать новые нагрузки) Теплоснабжение с принудительной циркуляцией — отводы на батареи = радиаторы — скорость потока 0,2-0,5 Водоснабжение магистральное — скорость потока 0,5-4 (выше — не стоит подключать новые нагрузки) Водоснабжение ХВС и ГВС (разбор воды) — скорость потока 0,5-1 (выше — потребители не оценят фонтан…) Циркуляция в системе ГВС — скорость потока 0,2-0,5 ( выше никому не нужно) Промышленное холодоснабжение основная «прямая труба» — скорость потока 0,5-3 (до 5 м/с) Промышленное холодоснабжение отводы на холодильные радиаторы камер — скорость потока 0,2-0,5 Канализация, безнапорная, в том числе ливневая — скорость потока 0,5-1 (до 3 м/с) Дополнительная информация: «… Скорость потока учитывается только для определения диаметра трубопровода. При неправильном выборе диаметра (скорость потока для: жидкой среды от 3 до 10 м/с; газообразной — свыше 20 м/с) будет наблюдаться повышенная вибрация трубопровода и образование статического электричества. Кавитация от скорости не зависит, а только от перепада давления и давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости.» ТПА номер 5(86) 2016 г — Якименко В.К. ЗАО «ТюменьВНИПИнефть» Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Онлайн калькулятор расчета скорости воды и газа в трубе

Автоматизированный расчет скорости движения потока в трубопроводе нашим калькулятором будет необходим в том случае, если Вы решили провести канализацию, отопительную или водопроводную систему своими руками в частном доме. Расчет поможет определиться в выборе диаметра трубы, его протяженности или количестве поворотов трубопровода.

Онлайн калькулятор для подсчета скорости воды и газа в трубопроводе

Рассчитать все параметры перемещения жидкости в водопроводной системе, вопреки кажущейся простоте, представляет собой сложную задачу, поскольку на поток воды действует одновременно множество разноречивых факторов.

Зачем нужен расчет

Каковы основные направления использования воды в здании? Их несколько:

1. Потребление для санитарных, а также бытовых нужд.
2. Устройство отопления с водяным теплоносителем.
3. Водопровод системы пожаротушения.
4. Система канализации стоков.

Каждое направление имеет свои особенности и характеристики по условиям эксплуатации. При недостаточной мощности трубопроводной системы возможно критично резкое снижение давления, а вероятность получения слабой струйки из пожарного шланга испортит настроение любому.

Скорость течения стоков по системе канализации также имеет особое значение, поскольку малейший просчет в угле наклона отрицательно сказывается  на работе такого водопровода и его долговечности. Недостаточный угол предполагает возможность остановки действия, а излишний приводит к ускоренному засорению канала.

Влияние различных факторов на работу водопроводной сети

На первый взгляд механизм простой – есть магистраль с определенным диаметром и чем большего оно размера, тем больше пройдет по ней жидкости при определенном давлении.

Безусловно, это действенные факторы, влияющие на расход воды и интенсивность ее перемещения по водопроводной сети. Но это только начало длинного перечня, поскольку кроме них существуют и другие воздействия:

1. Длина трубы. По мере перемещения жидкость испытывает обратное направлению потока воздействие от трения о стенки трубы. Величина сопротивления такова, что пренебречь ею невозможно. Разумеется, на консоли через сливное отверстие скорость истечения зависит только от давления. Но вытекшую жидкость нужно заместить, а быстрота ввиду сопротивления недостаточна.
2. Прямое воздействие на скорость течения жидкости оказывает диаметр внутреннего сечения трубопровода. Чем он меньше, тем более сильное сопротивление потоку оказывается, поскольку площадь контакта по отношению к объему протекающей воды увеличивается. То есть, между этими параметрами существует обратно пропорциональная зависимость.
3. Материал, из которого изготовлена круглая труба, также оказывает существенное влияние. Внутренняя поверхность пластиковых изделий, изготовленных из сшитого полиэтилена, более гладкая, чем у аналогичных из металла. Она оказывает гораздо меньшее сопротивление потоку. Более того, при расчете скорости жидкости в трубопроводе, изготовленном из металла, следует понимать, что он справедлив только для новой системы. Такие системы очень быстро засоряются известковыми отложениями на внутренних стенках и продуктами окисления металла. Учесть такие воздействия невозможно, поскольку интенсивность их накопления во многом зависит от качества воды. Величина сопротивления в новой трубе и засоренной может возрастать до 200 раз.
4. Скорость движения жидкости в трубопроводной системе во многом зависит от ее сложность. Каждый поворот, каждый фитинг – это потеря скорости, причем степень влияния не ограничивается статистической погрешностью, а снижает проходимость многократно.

Учитывая сказанное, очевидно, что достоверно определить основные параметры действия водопровода гидравлическим расчетом практически невозможно. Тем не менее, расчет скорости воды в трубопроводе необходим для определения первичных данных по его основным характеристикам и делать его нужно с использованием калькулятора, используя  режим online.