Vätska i röret: frågor och svar

Ämnet i denna artikel är flytande i röret. Vi måste bekanta oss med de fysiska lagar och formler som beskriver sin rörelse, hastighet och volym. Vi kommer att försöka att inte klättra in i djungeln av komplexa beräkningar: Vår uppgift är att beskriva de mönster som är begripliga och tillgängliga för beräkning till en person långt ifrån hydrodynamik.

Så låt oss börja.

dimensioner

diameter

När det gäller vatten och gasrör har vi att göra med ett inte helt vanligt mätningssystem. För respektive rörledning används det något ovanliga konceptet med villkorlig passage eller nominell diameter (DU) som huvudparameter. Det mäts i både inches och millimeter; ett och samma VGP-rör kan säljas som 1 1/4 tum eller DN32 mm.

Referens: Som ett mått på längden i detta fall används den brittiska tummen, lika med 2,54 centimeter. Vid omvandling av tum till millimeter bör standardsteget med nominella diametrar som anges i GOST beaktas; så, i det ovanstående fallet kommer en enkel omräkning av 1 1/4 tum i millimeter att ge inte 32, men 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Vi presenterar dimensionerna för vatten och gasrör enligt GOST 3262-75.

Eftersom väggtjockleken varierar inom en storlek (rören är lätta, vanliga och förstärkta) kan vi säga att DU är i allmänhet nära den inre diametern, men är i regel inte lika med den.

avsnitt

Vid konstruktion av vattenrör används, med sällsynta undantag, runda rör.

Det finns två mycket bra skäl till detta.

1. Ett runt rör har ett minsta väggområde med en maximal tvärsnittsarea.. Därför är priset per meter av rörledning med en fast väggtjocklek minimal - helt enkelt på grund av den lägre materialkonsumtionen.
2. Rundavsnitt för maximal draghållfasthet. Faktum är att den kraft med vilken den inre miljön med alltför högt tryck pressar mot väggarna är direkt proportionellt mot deras område; och området, som vi redan har funnit, är minimal bara vid runda röret.

Den interna tvärsnittsarean beräknas med hjälp av formeln S = Pi * R ^ 2, där S är det önskade områdesvärdet, Pi är pi-talet, ungefär lika med 3,14159265 och R är radie (hälften av den inre diametern). Exempelvis kommer ett rör med en inre diameter på 200 mm att ha en sektion av 3,14159265x (0,1 ^ 2) = 0,031 m2.

Eftersom flödet av en fluid i ett cirkulärt rör inte alltid är förknippat med fyllningen av hela dess volym används ofta begreppet levande sektion i beräkningarna. Så kallade flödesområdet. Till exempel, när röret fylls exakt hälften blir det (Pi * R ^ 2) / 2 (i exemplet ovan, 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

volym

Låt oss ta reda på vad som är volymen av vätska i röret. När det gäller geometri är varje rör en cylinder. Volymen beräknas som produkt av tvärsnittsarean och längden.

Med en tvärsnittsarea på 0,031 m2 kommer volymen vätska i en fullfylld rörledning med en längd av 8 meter att vara lika med 0,031x8 = 0,248 m3.

För ett delvis fyllt rör används den genomsnittliga levande sektionen för beräkningen. Med konstant lutning och flöde kommer rörelsen av vätska genom rören att vara likformig; Följaktligen kommer levnadsdelen att vara densamma i alla delar av icke-tryckrörledningen.

konsumtion

Vi kommer att förstå vad beräkningen av flödeshastigheten för vätska genom röret ser ut. Uppgiften har stort praktiskt värde: det är direkt relaterat till beräkningarna av vattenledningar med ett känt antal rörsystem.

Du måste vara ledsen av det faktum att det inte finns någon enkel och universell beräkningsmetod. Varför?

Bara för att när man gör en fullständig hydrodynamisk beräkning med egna händer måste man ta hänsyn till ett stort antal faktorer:

• Friktionskoefficient på rörets inre yta. Självklart kommer grovt sedimentärt stål att ge mycket mer motståndskraft mot vattenrörelsen än slät polypropen.

• Ledningens längd. Ju större avståndet att gå genom vätskan desto större minskning av trycket på grund av avmattningen av flödet mot väggarna desto starkare minskar konsumtionen.
• Rörledningens diameter påverkar flödet av viskös vätska genom rör på ett mycket mer komplicerat sätt än det kan tyckas. Ju mindre tvärsnittet desto större är rörets motstånd att flöda. Anledningen är att när diametern minskar förändras förhållandet mellan sin inre volym och väggarea.

Var uppmärksam! I en tjock rörledning fungerar den del av strömmen som är närmast väggarna som ett slags smörjmedel för insidan. I ett tunt lager är tjockleken på detta smörjmedel otillräcklig.

• Slutligen påverkar varje ledning av rörledningen, övergången av diametern, varje element av avstängningsventilen också flödeshastigheten i den, vilket saktar flödet.

Det bör förstås att alla dessa faktorer inte påverkar resultatet alls med några procent: till exempel för ett nytt stålrör med en polerad inre yta och för övervuxna sediment (även utan att ta hänsyn till droppe i lumen), skiljer sig det hydrodynamiska motståndet mer än 200 gånger.

För yrkesverksamma är alla nödvändiga för den hydrauliska beräkningen av rörledningen, med hänsyn till sin fulla konfiguration, material och ålder, angivna i tabellerna F.A. Sheveleva. På grundval av dessa tabeller har många onlinekalkylatorer skapats som gör att du kan utföra beräkningar med varierande grad av förtroende.

Det finns emellertid ett smutthål, vilket gör det möjligt att avsevärt förenkla oberoende beräkningar. Med flödet av vätska genom hålet, försumbar jämfört med vätsketillförselröret (vilket vi faktiskt observerar vid arbete med de flesta VVS-enheter) gäller Torricellis lag.

Enligt denna lag, i det beskrivna fallet, är formeln V ^ 2 = 2gH, där V är flödeshastigheten i hålet, g är gravitationsaccelerationen (9,78 m * s ^ 2) och H är höjden på polen ovanför hålet eller något Samma sak, trycket framför honom.

Referens: 1 atmosfär (1 kgf / cm2) motsvarar trycket på en vattenkolonn på 10 meter.

Hur korrelerar flödeshastigheten i hålet med flödet? I vårt fall är beräkningsinstruktionen enkel: en vätskevolym som är lika med produkten S och flödeshastigheten V kommer att passera genom hålet med tvärsnittsarean S

Låt oss som exempel beräkna flödet av vatten genom ett hål med en diameter av 2 centimeter vid ett tryck på 10 meter, vilket motsvarar en atmosfär av övertryck.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 * 10 = 195,6
2. V är kvadratroten av 195.6. Resultatet (13.985706 m / s) för enkel beräkning avrundas upp till 14 m / s.
3. Hålets tvärsnittsarea med en diameter av två centimeter enligt ovanstående formel är 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 m2.
4. Konsumtionen kommer därför att vara lika med 0,000314159265 * 14 = 0.00439822971 m3 / s. För enkelhetens skull översätter vi den till liter: Eftersom 1 kubikmeter är lika med 1000 liter, kommer det i resultatet att vara 4,4 liter per sekund.

För fullständighet presenterar vi några referensdata.

Flödeshastighet

Vad är beräkningen av flödeshastigheten för vätska i röret? I händelse av att den strömmar ut genom ett hål med liten diameter gäller ovannämnda Torricelli-lag.

I de flesta fall beräknas flödeshastigheten för vätskan i röret för en lång rörledning vars hydrauliska motstånd inte kan försummas. Om så är fallet står vi inför samma problem: För många faktorer påverkar hastigheten med en konstant skillnad i avsnittet.

Situationen är mycket förenklad om vi vet utgiften. För komprimerbara vätskor fungerar en förenklad formel för kontinuitetsekvationen: Q = Av, där Q är vattenflödet i meter per sekund, A är området för en hel eller levande sektion, v är medelhastigheten hos en vätska i ett rör med cirkulär sektion eller någon annan form.

Genom att känna till ovanstående referensdata för vattenförbrukning med sanitetsutrustning är det enkelt att beräkna flödeshastigheten i ett vattenrör av känd diameter.

Låt oss ta reda på hur snabbt vattnet kommer att röra sig i kylvattentillförselröret med en innerdiameter på 15 mm (0,015 m) medan du fyller avloppstanken med en diskmaskin och ett handfat.

1. Den totala vattenförbrukningen för anordningarna enligt tabellen ovan kommer att vara 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s eller 0,00052 m3 / s.
2. Rörets tvärsnittsarea är 3,14159265 x 0,0075 m ^ 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Flödeshastigheten i meter per sekund är 0,00052 / 0,000176714865625 = 2,96.

Som referens ger vi några värden på vattnets hastighet i rörledningar för olika ändamål.

Användbar: Flödeshastigheten upp till 1,5 m / s betraktas som bekväm och orsakar inte acceleration av abrasiv erosion av rörledningens väggar. En tillfällig ökning av hastigheten upp till 2,5 m / s är acceptabel.

Diameter och tryck

En annan intressant aspekt av beteendet hos en fluid i ett rör är förhållandet mellan flödeshastigheten och det statiska trycket i det. Det beskrivs av Bernoulli-lagen: Statiskt tryck är omvänd proportionellt mot flödeshastigheten.

Den praktiska tillämpningen av denna lag är belägen i många moderna mekanismer.

Här är några exempel:

• Den pneumatiska sprutpistolen fungerar exakt på grund av den sällsynta orsaken som skapats i luftströmmen, som bokstavligen suger färgen från tanken och förvandlar den till en bärbar aerosolspray på ytan som målas.
• I hissenheten hos ett hus som är anslutet till värmehuvudet drar vakuumet i vattenstrålen som skapas av munstycket från tillförselrörledningen genom sugdelen av vattnet från returet till en upprepad cirkulationscykel.

slutsats

Vi hoppas att läsaren inte hittade vår lilla utflykt till grunden för fysik, geometri och hydrodynamik för tröttsamt. Som vanligt finns ytterligare tematiska uppgifter i videon i den här artikeln (se även skorstensrör: Installation och underhåll).

Lycka till!