Вадкасць у трубе: пытанні і адказы

Тэма гэтага артыкула - вадкасць у трубе. Нам трэба будзе знаёмства з фізічнымі законамі і формуламі, якія апісваюць яе рух, хуткасць і аб'ём. Мы пастараемся не лезці ў нетры складаных разлікаў: наша задача - апісаць тыя заканамернасці, якія будуць зразумелыя і даступныя для вылічэнні чалавеку, далёкаму ад гідрадынамікі.

Такім чынам, непасрэдна да справы.

памеры

дыяметр

У выпадку водаправодных і газавых труб мы маем справу з не цалкам звычайнай сістэмай вымярэнняў. Для адпаведных трубаправодаў у якасці асноўнага параметру выкарыстоўваецца некалькі нязвыклае паняцце ўмоўнага праходу, або ўмоўнага дыяметра (ДК). Ён вымяраецца як у цалях, так і ў міліметрах; адна і тая ж ВГП труба можа прадавацца як 1 1/4 цалі або ДУ32 мм.

Даведка: у якасці меры даўжыні ў гэтым выпадку выкарыстоўваецца брытанскі цаля, роўны 2,54 сантыметра. Пры пераліку цаляў у міліметры варта ўлічваць прадугледжаны ДАСТ крок умоўных дыяметраў; так, у прыведзеным вышэй выпадку просты пералік 1 1/4 цалі у міліметры дасць не 32, а 1,25х2,54 = 31,75 мм.

Прывядзём прадугледжаныя ДАСТ 3262-75 памеры вадагазаправодныя труб.

Паколькі таўшчыня сценак вар'іруецца ў межах аднаго тыпаразмеру (трубы вырабляюцца лёгкімі, звычайнымі і ўзмоцненымі), можна сказаць, што ДК увогуле выпадку блізкі да ўнутранага дыяметры, але, як правіла, не роўны яму.

перасек

Пры будаўніцтве вадаправодаў выкарыстоўваюцца, за рэдкім выключэннем, трубы круглага перасеку.

Таму ёсць дзве вельмі важкіх прычыны.

1. У круглай трубы мінімальная плошчу сценак пры максімальнай плошчы сячэння. Стала быць, цана пагоннага метра трубаправода пры фіксаванай таўшчыні сценкі будзе мінімальнай - проста з-за меншага расходу матэрыялу.
2. Круглы перасек забяспечвае максімальную трываласць на разрыў. Справа ў тым, што сіла, з якой ўнутраная серада з залішнім ціскам цісне на сценкі, прама прапарцыйная іх плошчы; а плошча, як мы ўжо высветлілі, мінімальная менавіта ў круглай трубы.

Плошчу ўнутранага перасеку вылічаецца па формуле S = Pi * R ^ 2, дзе S - шуканае значэнне плошчы, Pi - лік пі, прыблізна роўнае 3,14159265, а R - радыус (палова ўнутранага дыяметра). Скажам, у трубы з унутраным дыяметрам 200 мм сячэнне будзе роўна 3,14159265х (0,1 ^ 2) = 0,031 м2.

Паколькі працягу вадкасці ў круглай трубе не заўсёды звязана з запаўненнем усяго яе аб'ёму, пры разліках нярэдка выкарыстоўваецца паняцце жывога перасеку. Так называюць плошчу перасеку патоку. Скажам, пры запаўненні трубы роўна напалову яна будзе роўная (Pi * R ^ 2) / 2 (у прыведзеным вышэй прыкладзе - 0,031 / 2 = 0,00155 м2).

аб'ём

Давайце высветлім, чаму роўны аб'ём вадкасці ў трубе. З пункту гледжання геаметрыі любая труба ўяўляе сабой цыліндр. Яго аб'ём разлічваецца як твор плошчы сячэння і даўжыні.

Так, пры плошчы перасеку 0,031 м2 аб'ём вадкасці ў цалкам запоўненым трубаправодзе даўжынёй 8 метраў будзе роўны 0,031х8 = 0,248 м3.

Пры часткова запоўненай трубе для разліку выкарыстоўваецца сярэдняе жывое сячэнне. Пры сталым ухіле і расходзе рух вадкасці па трубах будзе раўнамерным; адпаведна, жывое сячэнне будзе аднолькавым на ўсіх участках безнапорныя трубаправода.

выдатак

Разбярэмся, як выглядае разлік расходу вадкасці праз трубу. Задача мае вялікую практычную каштоўнасць: яна непасрэдна звязана з разлікамі вадаправодаў пры вядомым колькасці сантэхнічных прыбораў.

Павінны засмуціць вас: просты і універсальнай методыкі разліку не існуе. Чаму?

Проста таму, што пры выкананні поўнага гідрадынамічнага разліку сваімі рукамі трэба ўлічваць велізарны шэраг фактараў:

• Каэфіцыент трэння ўнутранай паверхні трубы. Відавочна, што шурпатая, пакрытая адкладамі сталь будзе аказваць руху вады куды большы супраціў, чым гладкі поліпрапілен.

• Даўжыня трубаправода. Чым большае адлегласць трэба прайсці вадкасці, тым большым будзе падзенне напору з-за тармажэння патоку аб сценкі, тым мацней паменшыцца расход.
• Дыяметр трубаправода ўплывае на працягу вязкай вадкасці па трубах куды больш складаным чынам, чым гэта можа здацца. Чым менш перасек, тым большы супраціў труба аказвае патоку. Прычына - у тым, што з памяншэннем дыяметра змяняецца суадносіны яе ўнутранага аб'ёму і плошчы сценак.

Звярніце ўвагу! У тоўстым трубаправодзе блізкая да сценак частка патоку выконвае ролю своеасаблівай змазкі для яго ўнутранай часткі. У тонкім ж таўшчыня пласта гэтай змазкі аказваецца недастатковай.

• Нарэшце, кожны паварот трубаправода, пераход дыяметра, кожны элемент запорной арматуры таксама ўплывае на расход вадкасці ў ім, тармозячы струмень.

Трэба разумець, што ўсе пералічаныя фактары ўплываюць на вынік зусім не на адзінкі адсоткаў: скажам, для новай сталёвай трубы з паліраванай ўнутранай паверхняй і для зарослай адкладамі (нават без уліку падзення прасвету) гідрадынамічнае супраціў адрозніваецца больш чым у 200 разоў.

Для прафесіяналаў ўсе неабходныя для гідраўлічнага разліку трубаправода з улікам яго поўнай канфігурацыі, матэрыялу і ўзросту дадзеныя прыводзяцца ў табліцах Ф.А. Шевелева. На аснове гэтых табліц створана шмат онлайн-калькулятараў, якія дазваляюць выканаць разлік з той ці іншай ступенню пэўнасці.

Ёсць, аднак, адна шчыліна, якая дазваляе істотна спрасціць самастойныя разлікі. Пры расходзе вадкасці праз адтуліну, занядбана малая ў параўнанні з якая падводзіць вадкасць трубой (што, уласна, мы і назіраем пры працы большасці сантэхнічных прыбораў), дзейнічае закон Тарычэлі.

Паводле гэтага закона, у апісаным выпадку дзейнічае формула V ^ 2 = 2gH, дзе V - хуткасць патоку ў адтуліне, g - паскарэнне вольнага падзення (9,78 м * з ^ 2), а H - вышыня слупа над адтулінай або, што тое ж самае, напор перад ім.

Даведка: 1 атмасфера (1 кгс / см2) адпавядае напору вадзянога слупа ў 10 метраў.

Як хуткасць патоку ў адтуліне ўвязваецца з выдаткам? У нашым выпадку інструкцыя па разліку простая: праз адтуліну з плошчай перасеку S пройдзе аб'ём вадкасці, роўны твору S на хуткасць патоку V.

Давайце ў якасці прыкладу разлічым расход вады праз адтуліну дыяметрам 2 сантыметры пры напоры ў 10 метраў, адпаведным адной атмасферы залішняга ціску.

1. V ^ 2 = 2 х 9,78 * 10 = 195,6
2. V роўна квадратнага пні з 195,6. Вынік (13,985706 м / с) для прастаты разлікаў акругляць да 14 м / с.
3. Плошчу перасеку адтуліны з дыяметрам у два сантыметры згодна прыведзенай вышэй формуле роўная 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 м2.
4. Выдатак, стала быць, будзе роўным 0,000314159265 * 14 = ,00439822971 м3 / с. Для зручнасці перавядзем яго ў літры: паколькі 1 кубаметр роўны 1000 літраў, у сухім астатку будзе вынік у 4,4 літра ў секунду.

Для паўнаты карціны прывядзем некаторыя даведачныя дадзеныя.

хуткасць патоку

Як выглядае разлік хуткасці патоку вадкасці ў трубе? У выпадку яе выцякання праз адтуліну невялікага дыяметра дзейнічае прыведзены вышэй закон Тарычэлі.

Аднак у большасці выпадкаў хуткасць патоку вадкасці ў трубе разлічваецца для трубаправода вялікай працягласці, гідраўлічным супрацівам якога нельга занядбаць. Раз так - мы сутыкаемся з тымі ж праблемамі: на хуткасць пры сталым перападзе на ўчастку ўплывае занадта вялікая колькасць фактараў.

Сітуацыя рэзка спрашчаецца, калі нам вядомы выдатак. Для несжимаемых вадкасцяў дзейнічае спрошчаная формула ўраўненні бесперапыннасці: Q = Av, дзе Q - расход вады ў метрах у секунду, А - плошча поўнага або жывога перасеку, v - сярэдняя хуткасць вадкасці ў трубе круглага перасеку або любой іншай формы.

Ведаючы прыведзеныя вышэй даведачныя дадзеныя расходу вады сантехприборами, няцяжка разлічыць хуткасць руху плыні ў вадаправоднай трубе вядомага дыяметра.

У якасці прыкладу давайце высвятлім, з якой хуткасцю будзе рухацца вада ў падводцы ХВС з унутраным дыяметрам 15 мм (0,015 м) пры адначасовым напаўненні зліўнога бачка, выкарыстанні посудамыйнай машыны і рукамыйніцы.

1. Сумарны расход вады прыборамі, згодна з прыведзенай вышэй табліцы, складзе 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 л / с, або 0,00052 м3 / с.
2. Плошчу перасеку трубы роўная 3,14159265 х 0,0075 м ^ 2 = ,000176714865625 м2.
3. Хуткасць патоку ў метрах у секунду роўная 0,00052 / ,000176714865625 = 2,96.

Для даведкі прывядзем некаторыя значэння хуткасці руху вады ў трубаправодах рознага прызначэння.

Карысна: хуткасць патоку да 1,5 м / с лічыцца камфортнай і не выклікалай паскарэння абразіўнай эрозіі сценак трубаправода. Прымальна часовае павышэнне хуткасці да 2,5 м / с.

Дыяметр і ціск

Яшчэ адзін цікавы аспект паводзін вадкасці ў трубе - ўзаемасувязь паміж хуткасцю патоку і статычным ціскам ў ім. Яна апісваецца законам Бярнулі: статычнае ціск зваротна прапарцыйна хуткасці патоку.

Практычнае прымяненне гэтага закона знайшло ўвасабленне ў шматлікіх сучасных механізмах.

Прывядзём толькі пару прыкладаў:

• Пнеўматычны фарбапульт працуе менавіта за кошт стваранага ў бруі паветра разрэджання, якое літаральна высмоктвае фарбавальнік з бачка і ператварае яго ў пераносны на якая афарбоўваецца паверхню аэразоль.
• У элеваторный вузле дома, падлучанага да цеплатрасе, разрэджанне ў стваранай соплам бруі вады з які падае трубаправода залучае праз падсмоктванне частка вады з обратку у паўторны цыкл цыркуляцыі.

заключэнне

Спадзяемся, што чытач не знайшоў наш невялікі экскурс у асновы фізікі, геаметрыі і гідрадынамікі занадта стомным. Як звычайна, дадатковую тэматычную інфармацыю можна выявіць у відэа ў гэтым артыкуле (см.также артыкул Дымоходная трубы: мантаж і абслугоўванне).

Поспехаў!