Folyadék a csőben: kérdések és válaszok

A cikk témája folyékony a csőben. Meg kell ismerkednünk a fizikai törvényekkel és képletekkel, amelyek leírják mozgását, sebességét és mennyiségét. Megpróbáljuk elkerülni a komplex számítások vadászatát: feladatunk leírni azokat a mintákat, amelyek érthetőek és hozzáférhetőek a számításhoz egy olyan személy számára, aki távol áll a hidrodinamikától.

Szóval induljunk el.

méretek

átmérő

A víz- és gázvezetékek esetében egy nem rendes mérési rendszerrel foglalkozunk. A megfelelő csővezetékekhez a fő paraméterként a feltételes átjáró vagy a névleges átmérő (DU) némileg szokatlan fogalmát használjuk. Mindkét hüvelykben és milliméterben mérik; ugyanaz a VGP cső 1 1/4 hüvelyk vagy DU32 mm értékben értékesíthető.

Hivatkozás: ebben az esetben a hosszúságmérésnél a brit hüvelyt 2,54 centiméterrel kell használni. A milliméteres hüvelyk átszámításakor figyelembe kell venni a GOST által előírt hagyományos átmérők lépését; így a fenti esetben egy 1 1/4 hüvelyk milliméteres újratervezése nem 32, hanem 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Adunk a GOST 3262-75 által előírt víz- és gázvezetékek méreteit.

Mivel a falvastagság belül változhat azonos méretű (cső könnyen, szokásos és a fokozott), azt mondhatjuk, hogy a vezérlő egység lényegében hasonló a belső átmérője, de az általában nem egyenlő vele.

rész

A vízvezetékek építésénél ritka kivételek mellett kerek csöveket használnak.

Ennek két nagyon jó oka van.

1. A kerek csőnek van egy minimális falfelülete, amelynek keresztmetszete maximális.. Ezért a rögzített falvastagságú csővezeték méterenkénti ára minimális - egyszerűen az alacsonyabb anyagfelhasználás miatt.
2. Kerek szakasz a maximális szakítószilárdság érdekében. Az a tény, hogy az erő, amellyel a túlzott nyomással rendelkező belső környezet a falak felé nyomódik, közvetlenül arányos a területükhöz; és a terület, amint már rájöttünk, minimális a kerek csőben.

A belső keresztmetszeti területet az S = Pi * R ^ 2 képlet segítségével számítjuk ki, ahol S a kívánt területérték, Pi a pi szám, megközelítőleg 3,14159265, és R a sugár (a belső átmérő fele). Például 200 mm belső átmérőjű cső esetében a szakasz 3.14159265x (0.1 ^ 2) = 0.031 m2.

Mivel egy kör alakú csőben lévő folyadék áramlása nem mindig kapcsolódik teljes térfogatának kitöltéséhez, az élő szakasz fogalmát gyakran használják a számításokban. Az úgynevezett áramlási terület. Például, ha egy cső pontosan felét töltjük fel, akkor egyenlő lesz (Pi * R ^ 2) / 2 (a fenti példában 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

kötet

Lássuk, mi a folyadék mennyisége a csőben. A geometria szempontjából bármely cső henger. A térfogatot a keresztmetszet és a hosszúság terméke alapján számítják ki.

Így 0,031 m2 keresztmetszet mellett a folyadék teljes térfogatú, 8 méter hosszú csővezeték térfogata 0,031x8 = 0,248 m3.

Egy részlegesen töltött cső esetében a számításhoz az átlagos élő rész kerül felhasználásra. Egy állandó lejtés és áramlás esetén a folyadéknak a csöveken keresztüli mozgása egységes lesz; ennek megfelelően az élő szakasz azonos lesz a nem nyomásos csővezeték minden szakaszában.

fogyasztás

Meg fogjuk érteni, hogy milyen a folyadék áramlási sebességének a kiszámítása. A feladat nagy gyakorlati értékkel bír: közvetlenül kapcsolódik a vízvezetékek számának számozásához, ismert számú vízvezeték szerelvénnyel.

Önnek sajnálnia kell, hogy nincs egyszerű és univerzális számítási módszer. Miért?

Csak azért, mert a saját kezével teljes hidrodinamikai számítással nagyszámú tényezőt kell figyelembe venni:

• A cső belső felületének súrlódási együtthatója. Nyilvánvaló, hogy a durva, üledékes bevonatú acél sokkal ellenáll a víz mozgásának, mint a sima polipropilén.

• A csővezeték hosszúsága. Minél nagyobb a folyadék áthaladása, annál nagyobb a nyomáscsökkenés az áramlás lelassulása miatt, annál erősebb a fogyasztás csökkenése.
• A csővezeték átmérője a viszkózus folyadék áramlását a csöveken keresztül sokkal bonyolultabb módon befolyásolja, mint amilyennek tűnhet. Minél kisebb a keresztmetszet, annál nagyobb a cső áramlási ellenállása. Ennek oka az, hogy az átmérő csökkenése esetén a belső térfogat és a falfelület aránya megváltozik.

Figyelj! Egy vastag csővezetékben a falhoz legközelebb eső patakrész egyfajta kenőanyagként működik belsejében. Vékony rétegben a kenőanyag vastagsága nem elegendő.

• Végül a csővezeték minden fordulója, az átmérő átmenete, az elzárószelep minden eleme szintén befolyásolja az áramlási sebességet, lassítja az áramlást.

Meg kell érteni, hogy az összes ilyen tényező befolyásolja a kimenetelét egyáltalán néhány százalék: például az új acélcsövek polírozott belső és benőtt betétek (akár anélkül, hogy figyelembe véve a csökkenés a lumen) hidrodinamikai ellenállás az több mint 200-szor.

A csővezeték hidraulikus számításához szükséges minden szakember számára, figyelembe véve annak teljes konfigurációját, anyagát és életkorát, az F.A. Sheveleva. Ezen táblák alapján számos online számológépet hoztak létre, amelyek lehetővé teszik számítások elvégzését különböző bizalmi magatartással.

Van azonban egy olyan kiskaput, amely lehetővé teszi számodra a független számítások egyszerűsítését. A folyadékon átfolyó folyadék áramlása elhanyagolható a folyadékvezetékhez képest (ami a legtöbb vízvezetékszerkezettel való munkavégzés során megfigyelhetõ) Torricelli törvénye érvényes.

E törvény szerint, a leírt esetben működik V általános képletű ^ 2 = 2gH, ahol V - áramlási sebesség a nyitó, g - szabadesés gyorsulás (9,78 m * s ^ 2), és a H - magassága az oszlop a nyílás felett, vagy, ugyanaz, a nyomás előtte.

Hivatkozás: 1 atmoszféra (1 kgf / cm2) megfelel a 10 méteres vízoszlop nyomásának.

Hogyan viszonyul az áramlás áramlásához a lyukban? Esetünkben a számítási utasítás egyszerű: az S terméknek és az V. áramlási sebességnek megfelelő folyadéktérfogat a nyíláson keresztül halad át az S keresztmetszeti terület

Példaként számítsuk ki a víz áramlását egy 10 cm átmérőjű, 2 centiméteres átmérőjű lyukon keresztül, ami egy légkör túlnyomásának felel meg.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 * 10 = 195,6
2. V egyenlő a 195,6 négyzetgyökével. Az eredmény (13,985706 m / s) a számítás egyszerűségét 14 m / s-ig kerekítik.
3. A fenti képlet szerint a két centiméter átmérőjű furat keresztmetszete 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 m2.
4. A költség tehát 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s lesz. A kényelem érdekében literekké alakítjuk: mivel 1 köbméter 1000 liternyi, a száraz maradéknál 4,4 liter másodpercenként.

A teljesség érdekében bemutatunk néhány referenciaadatot.

Áramlási sebesség

Mi a számítás a folyadék áramlási sebességéről a csőben? Abban az esetben, ha kis átmérőjű lyukon keresztül áramlik, a fenti Torricelli törvény alkalmazandó.

Azonban a legtöbb esetben a folyadék áramlási sebessége a csőben egy hosszú csővezetékre van kiszámítva, amelynek hidraulikus ellenállása nem elhanyagolható. Ha igen - ugyanazokkal a problémákkal szembesülünk: túl sok tényező befolyásolja a sebességet, állandó különbséggel a szakaszban.

A helyzet nagymértékben leegyszerűsödik, ha ismerjük a költségeket. A felbonthatatlan folyadékok esetében a folytonossági egyenletre vonatkozó egyszerűsített képlet érvényes: Q = Av, ahol Q a víz áramlása méterben másodpercenként, A teljes vagy élő szakasz területe, v egy kör keresztmetszetű vagy bármely más formában lévő folyadék átlagsebessége.

A vízfelhasználás fent említett referenciadatai ismeretében szaniter berendezések segítségével könnyen kiszámítható az áramlás sebessége egy ismert átmérőjű vízcsőben.

Példaként nézzük meg, milyen gyorsan a víz mozog podvodke HVS egy belső átmérője 15 mm (0,015 m), míg a WC-tartály tele van, az a mosogatógép használatával és mosdó.

1. Az eszközök teljes vízfogyasztása a fenti táblázat szerint 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s vagy 0,00052 m3 / s.
2. A cső keresztmetszete 3,14159265 x 0,0075 m ^ 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Az áramlási sebesség méterben másodpercenként 0,00052 / 0,000176714865625 = 2,96.

Referenciaként néhány értéket adunk a csővezetékek vízsebességének különböző célokra.

Hasznos: az 1,5 m / s-ig terjedő áramlási sebesség kényelmesnek és nem okozza a csővezeték falainak csiszoló eróziójának gyorsítását. A 2,5 m / s-os sebesség ideiglenes növelése elfogadható.

Átmérő és nyomás

A csőben lévő folyadék viselkedésének másik érdekes aspektusa az áramlási sebesség és a benne lévő statikus nyomás közötti kapcsolat. Ezt a Bernoulli-törvény írja le: a statikus nyomás fordítottan arányos az áramlási sebességgel.

E törvény gyakorlati alkalmazását számos modern mechanizmus testesíti meg.

Íme néhány példa:

• A pneumatikus szórópisztoly pontosan működik a légsugárban keletkező ritkítás miatt, amely szó szerint a tartályból beszívja a festéket, és hordozható aeroszolra forgatja a festett felületet.
• A fűtési főfedélhez csatlakozó ház lifttel ellátott egységében a fúvóka által a vízvezeték-vezetékből létrehozott vákuum a víztartályon át jut vissza az ismételt keringési ciklusba.

következtetés

Reméljük, hogy az olvasó nem találja meg a fizika, a geometria és a hidrodinamika alapjait, hogy túlságosan fárasztó legyen a kis kirándulásunk. A szokásos módon további tematikus információkat talál a videóban ebben a cikkben (lásd még: Kéménycsövek: Telepítés és karbantartás).

Sok szerencsét!