Fluid u cevi: pitanja i odgovori

Tema ovog članka je tečnost u cevi. Moramo se upoznati sa fizičkim zakonima i formulama koje opisuju njen pokret, brzinu i volumen. Trudićemo se da ne ulazimo u divljine složenih proračuna: naš zadatak je opisati one obrasce koji će biti razumljivi i dostupni za računanje osobi daleko od hidrodinamike.

Pa, hajde da započnemo.

Moramo se upoznati sa hidrodinamikom, mada donekle površnim.

Dimenzije

Prečnik

U slučaju vodovoda i gasnih cevi, imamo posla s ne sasvim običnim sistemom merenja. Za odgovarajuće cevovode, kao neobični koncept uslovnog prolaza ili nominalnog prečnika (DU), koristi se kao glavni parametar. Izmeren je u inčima i milimetrima; iste VGP cijevi mogu se prodati kao 1 1/4 inča ili DU32 mm.

Referenca: kao mera dužine u ovom slučaju koristi se britanski inč, jednak 2.54 cm. Prilikom pretvaranja inča na milimetre, treba uzeti u obzir stepen nominalnih prečnika predviđenih GOST-om; tako da, u gornjem slučaju, jednostavan ponovni izračun od 1 1/4 inča u milimetre neće dati 32, već 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Dati dimenzije vodovoda i gasnih cevi propisane GOST 3262-75.

Uslovno prolaz (DU), mm Stvarni spoljašnji prečnik, mm
15 21.3
20 26,8
25 33.5
32 42.3
40 48.0
50 60.0
65 75.5
80 88.5
90 101.3
100 114.0
125 140.0
150 165.0

Pošto se debljina zida razlikuje u istoj veličini (cevi su lagane, obične i ojačane), možemo reći da je DU uglavnom blizu unutrašnjeg prečnika, ali, po pravilu, nije jednako.

Uslovni prolaz je blizu unutrašnjeg prečnika cevi.

Sekcija

U izgradnji vodovodnih cevi koriste se, uz retke izuzetke, okrugle cijevi.

Postoje dva dobra razloga za ovo.

  1. Okrugla cev ima minimalnu zidnu površinu sa maksimalnim poprečnim presekom.. Zbog toga će cena po metru cevovoda sa fiksnom debljinom zida biti minimalna - jednostavno zbog manje potrošnje materijala.
  2. Okrugli dio za maksimalnu zateznu čvrstoću. Činjenica je da je sila sa kojom unutrašnje okruženje sa prekomernim pritiskom pritiska na zidove direktno proporcionalno njihovom području; i područje, kao što smo već otkrili, je minimalno samo kod okrugle cevi.
Linije visokog pritiska uvek imaju kružni presek.

Unutrašnji poprečni presek izračunava se pomoću formule S = Pi * R ^ 2, gde je S željena površina, Pi je pi broj, približno jednak 3.14159265, a R je poluprečnik (polovina unutrašnjeg prečnika). Na primjer, za cijev sa unutrašnjim prečnikom od 200 mm, dio će biti 3.14159265x (0.1 ^ 2) = 0.031 m2.

Pošto protok tečnosti u kružnoj cevi nije uvek povezan sa punjenjem čitavog volumena, koncept žive se često koristi u proračunima. Zove se oblast protoka. Na primjer, prilikom punjenja cijevi tačno pola, to će biti jednako (Pi * R ^ 2) / 2 (u gore navedenom primeru, 0.031 / 2 = 0.00155 m2).

Živi deo za pritisak, gravitacionu drenažu i za ležište.

Volumen

Hajde da saznamo koliko je zapremina tečnosti u cevi. U smislu geometrije, svaka cijev je cilindar. Njegova zapremina se računa kao proizvod površine poprečnog preseka i dužine.

Dakle, sa površinom poprečnog presjeka od 0,031 m2, zapremina tečnosti u potpuno napunjenom cjevovodi dužine 8 metara biće jednaka 0.031x8 = 0.248 m3.

Za delimično napunjenu cijev, za izračunavanje se koristi prosečan žive sekcije. Sa konstantnim nagibom i protokom, kretanje tečnosti kroz cevi će biti ravnomerno; U skladu s tim, životni deo će biti isti u svim dijelovima cevovoda bez pritiska.

Potrošnja

Mi ćemo razumeti kako izgleda tekućina tečnosti kroz cev. Zadatak ima veliku praktičnu vrijednost: direktno je povezan s proračunima vodovoda sa poznatim brojem vodoinstalatera.

Morate biti ožalošćeni činjenicom da ne postoji jednostavan i univerzalni način izračunavanja. Zašto?

Samo zato što prilikom pune hidrodinamičke proračuna s vlastitim rukama morate uzeti u obzir veliki broj faktora:

  • Koeficijent trenja unutrašnje površine cevi. Očigledno je da će čvrsti čelik obložen sedimentom pružiti mnogo veću otpornost na kretanje vode nego gladak polipropilen.
Ova slika vam omogućava da procenite prekomerni rast čelične cevi.
  • Dužina cjevovoda. Što je veća prolaznost kroz tečnost, to je veći pad pritiska usled usporavanja protoka prema zidovima, veći je pad potrošnje.
  • Prečnik cjevovoda utiče na tok viskozne tečnosti kroz cevi na mnogo komplikovaniji način nego što bi se moglo činiti. Što je manji poprečni presek, veći je otpor cevi za protok. Razlog je u tome što se promjer smanjuje, odnos unutrašnjeg volumena i površine zida se mijenja.

Obratite pažnju! U gustoj cevovodi, deo potoka najbližim zidovima deluje kao neka vrsta maziva za unutrašnjost. U tankom sloju, debljina ovog maziva je nedovoljna.

  • Na kraju, svaki prelaz cevovoda, prelaz promjera, svaki element zatvarača takođe utiče na protok u njemu, usporavajući protok.
Obrtovi i elementi ventila uzrokuju pad pritiska.

Treba imati u vidu da svi ovi faktori ne utiču na rezultat za nekoliko procenata: na primer, za novu čeličnu cijev s poliranom unutrašnjom površinom i za zarasle naslage (čak i bez uzimanja u obzir pad lumena), hidrodinamička otpornost se razlikuje za više od 200 puta.

Za stručnjake, sve potrebne za hidraulički proračun cjevovoda, uzimajući u obzir njegovu potpunu konfiguraciju, materijal i starost, date su u tabelama F.A. Sheveleva. Na osnovu ovih tabela stvoreni su mnogi online kalkulatori koji vam omogućavaju da izvršite obračune sa različitim stepenom pouzdanosti.

Međutim, postoji jedna praznina koja vam omogućava da značajno pojednostavite nezavisne proračune. Prilikom protoka tečnosti kroz rupu, zanemarljiv je u odnosu na cev za dovod tečnosti (što zapravo posmatramo kada radimo sa većinom vodovoda), primenjuje se Torricelliov zakon.

Evangelista Torricelli, jedan od osnivača hidrodinamike.

Prema ovom zakonu, u opisanom slučaju formula V ^ 2 = 2gH, gde je V brzina protoka u rupi, g je ubrzanje gravitacije (9,78 m * s ^ 2), a H je visina kolone iznad rupe ili nešto isti, pritisak ispred njega.

Referenca: 1 atmosfera (1 kgf / cm2) odgovara pritisku vodene kolone od 10 metara.

Kako je protok u rupi u korelaciji sa protokom? U našem slučaju, instrukcija proračunavanja je jednostavna: zapremina fluida jednaka proizvodu S, a protok V će proći kroz otvor sa površinom poprečnog preseka S

Da, kao primer, izračunamo protok vode kroz rupu sa prečnikom od 2 centimetra pri pritisku od 10 metara, što odgovara atmosferi viška pritiska.

  1. V ^ 2 = 2 x 9,78 * 10 = 195,6
  2. V je jednak kvadratnom korenu od 195.6. Rezultat (13,985706 m / s) za lakoću izračunavanja je zaokružen do 14 m / s.
  3. Površina preseka rupe sa prečnikom od dva centimetra prema gornjoj formuli je 3.14159265 * 0.01 ^ 2 = 0.000314159265 m2.
  4. Stoga će trošak iznositi 0.000314159265 * 14 = 0.00439822971 m3 / s. Zbog pogodnosti, prevedemo ga u litre: pošto je 1 kubni metar jednak 1000 litara, u suvom ostatku će biti rezultat od 4,4 litre u sekundi.

Za kompletnost predstavljamo neke referentne podatke.

Vodoinstalateri Prosečna potrošnja vode, l / s
Umivaonik sa slavinom za vodu 0.1
Umivaonik sa mikserom 0.12
Sudoper sa mikserom 0.12
Kada sa mikserom 0.25
Bide sa mikserom i aeratorom 0.08
WC školjka 0.1
Mašina za pranje sudova (set vode) 0.3
Automatska veš mašina 0.25
Napomena: kada su serijski povezani, svi uključeni uređaji stavljaju opterećenje na ukupnu vezu.

Protok

Šta je izračunavanje brzine protoka tečnosti u cevi? U slučaju da izlazi kroz rupu malenog prečnika, primenjuje se gore navedeni Torricelli zakon.

Međutim, u većini slučajeva, protok tečnosti u cevi se izračunava za dugačak cjevovod čiji hidraulički otpor ne može biti zanemaren. Ako jeste - mi se suočavamo sa istim problemima: previše faktora utiču na brzinu uz konstantnu razliku u sekciji.

Situacija je u velikoj mjeri pojednostavljena ako znamo trošak. Za nestisnute tekućine važe jedna formula za kontinuitetnu jednačinu: Q = Av, gde je Q proticaj vode u metrima u sekundi, A je oblast punog ili žive sekcije, v je prosečna brzina tečnosti u cevi kružnog odeljka ili bilo koje druge forme.

Poznavajući gore navedene referentne podatke o potrošnji vode od strane sanitarne opreme, lako je izračunati brzinu protoka u vodovodnoj cevi poznatog prečnika.

Kao primer, hajde da saznamo koliko će se voda brzo premjestiti u dovodu cijevi za hladno vodu sa unutrašnjim prečnikom od 15 mm (0,015 m) dok punite rezervoar za odvod, koristeći mašinu za pranje sudova i umivaonik.

Na fotografiji - snabdevanje vodom u stanu. 15 mm je najčešće korišteni prečnik.
  1. Ukupna potrošnja vode uređaja, prema gornjoj tabeli, iznosiće 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s, odnosno 0,00052 m3 / s.
  2. Površina preseka cevi je 3.14159265 x 0.0075 m ^ 2 = 0.000176714865625 m2.
  3. Protok u metrima u sekundi je 0.00052 / 0.000176714865625 = 2.96.

Za referencu, dati smo neke vrednosti brzine vode u cevovodima u različite svrhe.

Sistem Raspon brzine, m / s
Grejni sistem grejanja 0,2 - 0,5
Sistem grijanja sa prisilnom cirkulacijom, flaširanje 0,5 - 3
Grejni sistem sa prisilnom cirkulacijom, priključci na grejne uređaje 0,2 - 0,5
Vodovod 0,5 - 4
Snabdevanje vodom 0,5 - 1
Cirkulacija u sistemu tople vode 0,2 - 0,5
Slobodna protočna kanalizacija (uključujući kanalizaciju) 0,35 - 1

Korisno: protok do 1,5 m / s smatra se udobnim i ne uzrokuje ubrzanje abrazivne erozije zidova cevovoda. Prihvatljivo je privremeno povećanje brzine do 2,5 m / s.

Promjer i pritisak

Još jedan interesantan aspekt ponašanja tečnosti u cevi je odnos između brzine protoka i statičkog pritiska u njemu. Opisuje ga Bernoulijev zakon: statički pritisak je obratno proporcionalan brzini protoka.

Vizuelna demonstracija zakona.

Praktična primena ovog zakona uključena je u mnoge savremene mehanizme.

Evo nekoliko primera:

  • Pneumatski pištolj za pištanje funkcioniše upravo zbog retka dejstva stvorenog u vazdušnom mlazu, koja bukvalno isušuje boju iz rezervoara i pretvara ga u prenosivi aerosol na farbanu površinu.
  • U jedinici lifta ku} e povezane sa grejnom vodom, vakuum u mlazu vode koju stvara mlaznica iz dovodnog cevovoda izvlaci se kroz usisni dio vode od povratka u ciklus ponovnog cirkulacije.
Šema lifta.

Zaključak

Nadamo se da čitalac nije pronašao naš mali izlet u osnove fizike, geometrije i hidrodinamike previše zamornih. Kao i obično, dodatni tematski podaci mogu se naći u video snimku ovog članka (pogledajte i Dimnjaci: Instalacija i održavanje).

Successes!

Dodajte komentar