Tekućina u cijevi: pitanja i odgovori

Tema ovog članka je tekućina u cijevi. Moramo se upoznati sa fizičkim zakonima i formulama koje opisuju njegovo kretanje, brzinu i volumen. Pokušat ćemo ne otići u divlje složene izračune: naš zadatak je opisati one uzorke koji će biti razumljivi i dostupni za izračunavanje osobi daleko od hidrodinamike.

Započnimo.

veličina

dijametar

U slučaju vodoopskrbnih i plinskih cijevi, radimo s ne sasvim običnim mjernim sustavom. Za odgovarajuće cjevovode, kao glavni parametar, koristi se pomalo neobičan pojam uvjetnog prolaza ili nazivnog promjera (DU). Mjeren je u oba inča i milimetara; istu VGP cijev može se prodati kao 1 1/4 inča ili DU32 mm.

Referenca: kao mjera duljine u ovom slučaju koristi se britanski inč, jednak 2,54 centimetra. Prilikom pretvorbe inča u milimetre treba uzeti u obzir korak nominalnih promjera koje je predvidio GOST; tako, u gore navedenom slučaju, jednostavna rekalkulacija od 1 1/4 inča u milimetrima neće dati 32, već 1.25x2.54 = 31.75 mm.

Dajemo dimenzije vodoopskrbnih i plinskih cijevi koje je predvidio GOST 3262-75.

Budući da debljina stijenke varira u istoj veličini (cijevi su lagane, obične i pojačane), možemo reći da je DU općenito blizak unutarnjem promjeru, ali, u pravilu, nije jednak.

odjeljak

U izgradnji vodovodnih cijevi se koriste, uz rijetke iznimke, okrugle cijevi.

Postoje dva vrlo dobra razloga za to.

1. Okrugla cijev ima minimalni zidni prostor s maksimalnom površinom poprečnog presjeka.. Stoga će cijena po metru cjevovoda s fiksnom debljinom stijenke biti minimalna - jednostavno zbog manje potrošnje materijala.
2. Okrugli dio za maksimalnu vlačnu čvrstoću. Činjenica je da je sila s kojom unutarnji okoliš s prekomjernim pritiskom na zidove izravno proporcionalno njihovom području; i područje, kao što smo već saznali, minimalno je samo na okrugloj cijevi.

Interna površina poprečnog presjeka izračunava se pomoću formule S = Pi * R ^ 2, gdje je S željena vrijednost površine, Pi je pi broj, približno jednak 3,14159265, a R je polumjer (polovina unutarnjeg promjera). Na primjer, za cijev s unutarnjim promjerom od 200 mm, sekcija će biti 3,14159265x (0,1 ^ 2) = 0,031 m2.

Budući da protok tekućine u kružnoj cijevi nije uvijek povezan s punjenjem čitavog volumena, koncept živog dijela često se koristi u izračunima. Tzv. Područje protoka. Primjerice, kod punjenja cijevi točno polovice, ona će biti jednaka (Pi * R ^ 2) / 2 (u primjeru iznad, 0.031 / 2 = 0.00155 m2).

volumen

Otkrijmo što je volumen tekućine u cijevi. Što se tiče geometrije, svaka cijev je cilindar. Njegov volumen izračunava se kao proizvod područja poprečnog presjeka i dužine.

Dakle, s površinom presjeka od 0,031 m2, volumen tekućine u potpuno napunjenom cjevovodu duljine 8 metara jednak će 0,031x8 = 0,248 m3.

Za djelomično ispunjenu cijev, za izračun se koristi prosječni udio uživo. Uz konstantan pad i protok, kretanje tekućine kroz cijevi bit će jednolike; u skladu s tim, životni odjeljak bit će isti u svim dijelovima nenaplačnog plinovoda.

potrošnja

Razumjet ćemo kako izgleda izračun protoka tekućine kroz cijev. Zadatak ima veliku praktičnu vrijednost: izravno se odnosi na izračune vodovoda s poznatim brojem vodovodnih instalacija.

Morate biti tužan činjenicom da nema jednostavne i univerzalne metode izračuna. Zašto?

Samo zato što kada radite puni hidrodinamički izračun vlastitim rukama, morate uzeti u obzir ogroman broj čimbenika:

• Koeficijent trenja unutarnje površine cijevi. Očito je da grubo čelik od sedimenta daje mnogo veću otpornost na kretanje vode nego glatki polipropilen.

• Duljina cjevovoda. Što je veća udaljenost koja prolazi kroz tekućinu, što je veći pad tlaka uslijed usporavanja protoka prema zidovima, to je jači pad potrošnje.
• Promjer cjevovoda utječe na protok viskozne tekućine kroz cijevi na mnogo složeniji način nego što se čini. Što je manji presjek, to je veća otpornost cijevi da teče. Razlog je što se promjer smanjuje, mijenja se njezin unutarnji volumen i zidna površina.

Obratite pažnju! U debelom cjevovodu, dio potoka koji je najbliži zidu služi kao vrsta maziva za unutrašnjost. U tankom sloju debljina ovog maziva nije dovoljna.

• Konačno, svaki zavoj cjevovoda, prijelaz promjera, svaki element ventila za zatvaranje također utječe na brzinu protoka u njoj, usporavajući protok.

Treba razumjeti da svi ti čimbenici ne utječu na rezultat za nekoliko postotaka: na primjer, za novu čeličnu cijev s poliranom unutarnjom površinom i za obrastajuće naslage (čak i bez uzimanja u obzir pad lumena), hidrodinamički otpor razlikuje se više od 200 puta.

Za stručnjake, sve što je potrebno za hidrauličko proračun cjevovoda, uzimajući u obzir njegovu punu konfiguraciju, materijal i dob, dani su u tablicama F.A. Sheveleva. Na temelju ovih tablica stvoreni su mnogi online kalkulatori koji omogućuju izračunavanje s različitim stupnjevima pouzdanosti.

Postoji, međutim, jedna praznina koja vam omogućuje značajno pojednostavljenje neovisnih izračuna. Kod strujanja tekućine kroz rupu, zanemarivo u usporedbi s vodovodnom cijevi (što zapravo promatramo kada radimo s većinom vodovodnih uređaja), vrijedi Torricellijev zakon.

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

Referenca: 1 atmosfera (1 kgf / cm2) odgovara tlaku vodenog stupca od 10 metara.

Kako brzina protoka u rupi korelira s protokom? U našem slučaju jednostavna je metoda proračuna: volumen tekućine jednaka proizvodu S i brzina protoka V proći će kroz otvor s presjekom S

Neka nam, primjerice, izračunavamo protok vode kroz rupu promjera 2 centimetara pri tlaku od 10 metara, što odgovara jednoj atmosferi višak tlaka.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 x 10 = 195,6
2. V je jednak kvadratnom korijenu od 195,6. Rezultat (13.985706 m / s) radi lakšeg proračuna zaokružuje se do 14 m / s.
3. Prostor presjeka otvora s promjerom od dva centimetra prema gornjoj formuli iznosi 3.14159265 * 0.01 ^ 2 = 0.000314159265 m2.
4. Rashoda će stoga biti 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s. Zbog praktičnosti, prevodit ćemo ga u litrama: budući da je 1 kubični metar jednak 1000 litara, u suhom ostatku bit će rezultat od 4,4 litara u sekundi.

Za cjelovitost prikazujemo neke referentne podatke.

Brzina protoka

Što je proračun protoka tekućine u cijevi? U slučaju istjecanja kroz rupu malog promjera primjenjuje se gore navedeni Torricellijev zakon.

Međutim, u većini slučajeva brzina protoka tekućine u cijevi izračunava se za duge cjevovode čiji hidraulički otpor ne može se zanemariti. Ako je tako - suočavamo se s istim problemima: previše čimbenika utječe na brzinu s konstantnom razlikom u odjeljku.

Situacija se znatno pojednostavljuje ako znamo trošak. Za nestlačive tekućine valja primijeniti pojednostavljenu formulu za jednadžbu kontinuiteta: Q = Av, gdje Q predstavlja protok vode u metrima po sekundi, A je područje punog ili živog dijela, v prosječna brzina tekućine u cijevi kružnog dijela ili u bilo kojem drugom obliku.

Poznavajući gore navedene referentne podatke o potrošnji vode sanitarnom opremom, lako je izračunati brzinu strujanja u vodovodnoj cijevi poznatog promjera.

Kao primjer, doznajemo koliko će se voda voditi u cijevi hladne vode s unutarnjim promjerom od 15 mm (0.015 m) dok puni spremnik za odvod, pomoću perilice posuđa i umivaonika.

1. Ukupna potrošnja vode uređaja, prema gornjoj tablici, bit će 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s ili 0,00052 m3 / s.
2. Područje presjeka cijevi je 3.14159265 x 0.0075 m ^ 2 = 0.000176714865625 m2.
3. Brzina protoka u metrima u sekundi je 0.00052 / 0.000176714865625 = 2.96.

Za usporedbu, dajemo neke vrijednosti brzine vode u cjevovodima za različite svrhe.

Korisno: brzina protoka do 1,5 m / s smatra se udobnom i ne uzrokuje ubrzanje abrazivne erozije zidova cjevovoda. Prihvatljivo je privremeno povećanje brzine do 2,5 m / s.

Promjer i tlak

Drugi zanimljiv aspekt ponašanja tekućine u cijevi je odnos brzine protoka i statičkog pritiska u njemu. Opisan je Bernoullijevim zakonom: statički pritisak je obrnuto proporcionalan brzini protoka.

Praktična primjena ovog zakona utjelovljena je u mnogim suvremenim mehanizmima.

Evo samo nekoliko primjera:

• Pneumatski pištolj za raspršivanje radi upravo zbog rascjepa stvorenog u mlazu zraka, koji doslovno sisanja boju iz spremnika i pretvara ga u prijenosni aerosol na oslikanu površinu.
• U liftskoj jedinici kuće povezanoj s glavnim grijačem, vakuum u mlazu vode koji stvara mlaznica iz opskrbnog cjevovoda izvlači usisni dio vode od povratka u ponovljeni cirkulacijski ciklus.

zaključak

Nadamo se da čitatelj nije naš mali izlet u temelje fizike, geometrije i hidrodinamike previše zamoran. Kao i obično, dodatne tematske informacije mogu se naći u videu u ovom članku (vidi također Dimovodne cijevi: instalacija i održavanje).

Sretno!