Væske i røret: spørsmål og svar

Emnet for denne artikkelen er væske i røret. Vi må kjenne til de fysiske lover og formler som beskriver bevegelsen, hastigheten og volumet. Vi vil prøve å ikke klatre inn i jungelen av komplekse beregninger: Vår oppgave er å beskrive de mønstrene som vil være forståelig og tilgjengelig for beregning til en person langt fra hydrodynamikk.

Så la oss komme i gang.

dimensjoner

diameter

Når det gjelder vann og gassrør, har vi å gjøre med et ikke helt vanlig målesystem. For de respektive rørledninger brukes det noe uvanlige konseptet med betinget passasje, eller nominell diameter (DU), som hovedparameter. Det måles både i inches og millimeter; Et og samme VGP-rør kan selges som 1 1/4 tommer eller DN32 mm.

Henvisning: Som et mål på lengden i dette tilfellet brukes den britiske tommelen, lik 2,54 centimeter. Når man konverterer tommer til millimeter, bør det tas hensyn til standardstrinnet med nominelle diametre gitt av GOST. så i det ovennevnte tilfellet vil en enkel omregning av 1 1/4 inches i millimeter gi ikke 32, men 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Vi presenterer dimensjonene for vann og gassrør som er fastsatt av GOST 3262-75.

Siden veggtykkelsen varierer i en størrelse (rørene er lette, vanlige og forsterkede), kan vi si at DU er generelt nær den indre diameteren, men er som regel ikke lik den.

seksjon

Ved bygging av vannrør brukes, med sjeldne unntak, runde rør.

Det er to gode grunner til dette.

1. Et rundrør har et minste veggområde med maksimalt tverrsnitt.. Derfor vil prisen per meter rørledning med fast veggtykkelse være minimal - bare på grunn av lavere forbruk av materiale.
2. Rundavsnitt for maksimal strekkfasthet. Faktum er at kraften som det indre miljøet med overdreven trykk presser mot veggene, er direkte proporsjonal med deres område; og området, som vi allerede har funnet ut, er minimal bare ved rundrøret.

Det indre tverrsnittsarealet beregnes ved hjelp av formelen S = Pi * R ^ 2, hvor S er den nødvendige arealverdien, Pi er pi-nummeret, omtrent lik 3,14159265, og R er radiusen (halvparten av den indre diameteren). For eksempel vil et rør med en innvendig diameter på 200 mm ha en del på 3,14159265x (0,1 ^ 2) = 0,031 m2.

Siden strømmen av en væske i et sirkulært rør ikke alltid er forbundet med fyllingen av hele volumet, blir begrepet en levende del ofte brukt i beregningene. Såkalt strømningsområdet. For eksempel, når røret er fylt nøyaktig halvt, vil det være (Pi * R ^ 2) / 2 (i eksemplet ovenfor, 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

volum

La oss finne ut hva som er volumet av væske i røret. Når det gjelder geometri, er ethvert rør en sylinder. Volumet er beregnet som produkt av tverrsnittsareal og lengde.

Med et tverrsnittsareal på 0,031 m2 vil volumet av væske i en fullfylt rørledning med en lengde på 8 meter være lik 0,031x8 = 0,248 m3.

For et delvis fylt rør brukes den gjennomsnittlige levende delen til beregningen. Med konstant skråning og flyt vil bevegelsen av væske gjennom rørene være jevn; Følgelig vil levestoffet være det samme i alle deler av rørledningen uten trykk.

forbruk

Vi vil forstå hva beregningen av væskestrømningshastigheten ser gjennom. Oppgaven har stor praktisk verdi: den er direkte relatert til beregningene av vannrørledninger med et kjent antall rørleggerarbeid.

Du må være trist av det faktum at det ikke finnes noen enkel og universell beregningsmetode. Hvorfor?

Bare fordi når du gjør en full hydrodynamisk beregning med egne hender, må du ta hensyn til et stort antall faktorer:

• Friksjonskoeffisient av rørets indre overflate. Tydeligvis vil grovt sedimentært stål gi mye mer motstand mot vannbevegelsen enn glatt polypropylen.

• Lengden på rørledningen. Jo større avstanden til å gå gjennom væsken, desto større fall i trykk på grunn av decelerasjonen av strømmen mot veggene, desto sterkere blir forbruket.
• Rørledningens diameter påvirker strømmen av viskøs væske gjennom rør på en mye mer komplisert måte enn det kan virke. Jo mindre tverrsnittet er, desto større er motstanden til røret for å strømme. Årsaken er at når diameteren minker, endres forholdet mellom det indre volumet og veggområdet.

Vær oppmerksom på! I en tykk rørledning virker delen av strømmen nærmest veggene som en slags smøremiddel for innsiden. I et tynt lag er tykkelsen på dette smøremiddelet utilstrekkelig.

• Til slutt påvirker hver omgang av rørledningen, overgangen til diameter, hvert element av avstengningsventilen også strømningshastigheten i den, noe som senker strømmen.

Det skal forstås at alle disse faktorene ikke påvirker resultatet i det hele tatt med noen få prosent. For eksempel, for et nytt stålrør med en polert indre overflate og for overgrodde forekomster (selv uten å ta hensyn til nedgang i lumen), varierer den hydrodynamiske motstanden med mer enn 200 ganger.

For fagfolk er alt nødvendig for den hydrauliske beregningen av rørledningen tatt i betraktning av sin fulle konfigurasjon, materiale og alder, gitt i tabellene F.A. Sheveleva. På grunnlag av disse tabellene har mange nettkalkulatorer blitt opprettet som gjør det mulig å utføre beregninger med varierende grad av selvtillit.

Det er imidlertid et smutthull, som gjør det mulig å forenkle uavhengige beregninger betydelig. Med strømmen av væske gjennom hullet, ubetydelig i forhold til det flytende tilførselsrøret (som vi faktisk ser når du arbeider med de fleste rørleggerarbeid), gjelder Torricellis lov.

I henhold til denne loven, i det beskrevne tilfellet, er formelen V ^ 2 = 2gH, hvor V er strømningshastigheten i hullet, g er akselerasjonen av tyngdekraften (9,78 m * s ^ 2) og H er høyden av polen over hullet eller noe Det samme, trykket foran ham.

Henvisning: 1 atmosfære (1 kgf / cm2) tilsvarer trykket på en vannkolonne på 10 meter.

Hvordan er strømningshastigheten i hullet korrelert med strømmen? I vårt tilfelle er beregningsinstruksjonen enkel: Et væskevolum som er lik produktet S og strømningshastigheten V vil passere gjennom hullet med tverrsnittsarealet S

La oss eksempelvis beregne strømmen av vann gjennom et hull med en diameter på 2 centimeter ved et trykk på 10 meter, tilsvarende en atmosfære av overflødig trykk.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 * 10 = 195,6
2. V er kvadratroten på 195,6. Resultatet (13.985706 m / s) for enkel beregning er avrundet til 14 m / s.
3. Tverrsnittet av hullet med en diameter på to centimeter i henhold til formelen ovenfor er 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 m2.
4. Forbruket vil derfor være lik 0,000314159265 * 14 = 0.00439822971 m3 / s. For enkelhets skyld oversetter vi det til liter: siden 1 kubikkmeter er lik 1000 liter, vil det være et resultat av 4,4 liter per sekund i det tørre resten.

For fullstendighet presenterer vi noen referansedata.

Strømningshastighet

Hva er beregningen av væskestrømningshastigheten i røret? I tilfelle det strømmer ut gjennom et hull med liten diameter gjelder ovennevnte Torricelli-lov.

I de fleste tilfeller beregnes imidlertid strømningshastigheten til væsken i røret for en lang rørledning hvis hydraulisk motstand ikke kan forsømmes. I så fall står vi overfor de samme problemene: For mange faktorer påvirker hastigheten med en konstant forskjell i seksjonen.

Situasjonen er sterkt forenklet hvis vi vet utgiften. For komprimerbare væsker virker en forenklet formel for kontinuitetslikningen: Q = Av, hvor Q er vannstrømmen i meter per sekund, A er området for en full eller levende del, v er gjennomsnittshastigheten til en væske i et rør med sirkelformet eller annen form.

Å vite de ovennevnte referansedataene for vannforbruk ved hjelp av sanitærutstyr, er det enkelt å beregne strømningshastigheten i et vannrør av kjent diameter.

For eksempel, la oss finne ut hvor raskt vannet vil bevege seg i kaldvannsforsyningsrøret med en innvendig diameter på 0,015 m (15 mm) mens du fyller avløpsbeholderen med en oppvaskmaskin og en servant.

1. Det totale vannforbruket til enhetene, i henhold til tabellen ovenfor, vil være 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s eller 0,00052 m3 / s.
2. Tverrsnittet av røret er 3,14159265 x 0,0075 m ^ 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Strømningshastigheten i meter per sekund er 0,00052 / 0,000176714865625 = 2,96.

Til referanse gir vi noen verdier av vannhastigheten i rørledninger til forskjellige formål.

Nyttig: Flowhastigheten opptil 1,5 m / s regnes som komfortabel og forårsaker ikke akselerasjon av slitende erosjon av rørledningens vegger. En midlertidig økning i hastighet på opptil 2,5 m / s er akseptabelt.

Diameter og trykk

Et annet interessant aspekt av oppførelsen av et fluid i et rør er forholdet mellom strømningshastigheten og det statiske trykket i det. Det er beskrevet av Bernoulli-loven: Statisk trykk er omvendt proporsjonalt med strømningshastigheten.

Den praktiske anvendelsen av denne loven er gjengitt i mange moderne mekanismer.

Her er bare et par eksempler:

• Den pneumatiske sprøytepistolen fungerer nøyaktig på grunn av den sjeldne oppløsningen som er opprettet i luftstrømmen, som bokstavelig talt suger fargestoffet fra tanken og gjør det til en bærbar aerosolspray på overflaten som blir malt.
• I heisenheten til et hus som er koblet til varmeledningen, trekker vakuumet i vannstrålen som dannes av dysen fra tilførselsrørledningen gjennom sugedelen av vannet fra returet til en gjentatt sirkulasjonssyklus.

konklusjon

Vi håper at leseren ikke fant vår lille ekskursjon i grunnleggende fysikk, geometri og hydrodynamikk for kjedelig. Som vanlig kan du finne flere tematiske opplysninger i videoen i denne artikkelen (se også Chimney Tubes: Installasjon og vedlikehold).

Lykke til!