Neste putkessa: kysymykset ja vastaukset

Tämän artikkelin aiheena on nestettä putkessa. Meidän täytyy tutustua fyysisiin lakeihin ja kaavoihin, jotka kuvaavat sen liikettä, nopeutta ja tilavuutta. Yritämme olla kiivetä monimutkaisten laskelmien viidakoon: tehtävämme on kuvata ne mallit, jotka ovat ymmärrettäviä ja helposti laskettavissa henkilöille, jotka ovat kaukana hydrodynamiikasta.

Joten aloitetaan.

mitat

halkaisija

Vesi- ja kaasuputkien osalta käsittelemme melko tavallista mittausjärjestelmää. Vastaaville putkilinjoille pääparametrina käytetään jonkin verran epätavallista käsitteen ehdollista kulkua tai nimellishalkaisijaa (DU). Se mitataan sekä tuumaa että millimetriä; yksi ja sama VGP-putki voidaan myydä 1 1/4 tuumaa tai DN32 mm.

Viite: tässä tapauksessa käytetään Britannian tuumaa, joka on 2,54 senttimetriä. Kun tuumaa muutetaan millimetreiksi, on otettava huomioon GOST: n edellyttämä nimellisläpimitta. näin ollen edellä mainitussa tapauksessa 1 1/4 tuuman yksinkertaiseksi laskemiseksi millimetreiksi ei saada 32, vaan 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Esitämme GOST 3262-75: n asettamat vesi- ja kaasuputkien mitat.

Koska seinämän paksuus vaihtelee yhden koon sisällä (putket tehdään kevyiksi, tavallisiksi ja vahvistetuiksi), voidaan todeta, että DU on yleensä lähellä sisäistä halkaisijaa, mutta ei yleensä ole sama.

jakso

Rakentamisessa käytetään vesiputkia, joissa on harvinaisia ​​poikkeuksia, pyöreitä putkia.

Tähän on kaksi erittäin hyvää syytä.

1. Pyöreällä putkella on minimiseinämä, jonka poikkipinta-ala on suurin.. Siksi putkilinjan, jonka kiinteä seinämänpaksuus on, metrin hinta on minimaalinen - yksinkertaisesti materiaalin pienemmän kulutuksen vuoksi.
2. Pyöreä lohko vetolujuuden saavuttamiseksi. Tosiasia on, että voima, jolla sisäinen ympäristö, jolla on liiallinen paine painaa seinää vasten, on suoraan verrannollinen niiden alueeseen; ja alue, kuten olemme jo todenneet, on vähäinen vain pyöreässä putkessa.

Sisäinen poikkipinta-ala lasketaan kaavalla S = Pi * R ^ 2, jossa S on vaadittu pinta-ala-arvo, Pi on pi-luku, suunnilleen yhtä suuri kuin 3.14159265, ja R on säde (puolet sisäisestä halkaisijasta). Esimerkiksi putkella, jonka sisähalkaisija on 200 mm, on lohko 3.14159265x (0.1 ^ 2) = 0,031 m2.

Koska nesteen virtaus pyöreässä putkessa ei aina liity koko tilavuutensa täyttämiseen, laskennassa käytetään usein elävän osan käsitettä. Niin kutsutaan virtausaluetta. Esimerkiksi kun putki täytetään täsmälleen puoliksi, se on (Pi * R ^ 2) / 2 (edellä olevassa esimerkissä 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

tilavuus

Selvitetään, mikä on nesteen määrä putkessa. Geometrian osalta mikä tahansa putki on sylinteri. Sen tilavuus lasketaan poikkipinta-alan ja pituuden tuloksena.

Näin ollen poikkileikkausalueella 0,031 m2 nesteen tilavuus täysin täytetyssä putkessa, jonka pituus on 8 metriä, on 0,031x8 = 0,248 m3.

Osittain täytetyn putken osalta laskennassa käytetään keskimääräistä suoraa osaa. Jatkuvalla kaltevuudella ja virtauksella nesteen liikkuminen putkien läpi on yhtenäinen; vastaavasti elävä osa on sama kuin paineputkiston kaikissa osissa.

kulutus

Ymmärrämme, mitä nesteen virtausnopeus putken läpi näyttää. Tehtävällä on suuri käytännön arvo: se liittyy suoraan vesijohtojen laskentaan, jossa on tunnettu määrä putkityökaluja.

Sinun täytyy olla surullinen siitä, että yksinkertaista ja yleistä laskentamenetelmää ei ole. Miksi?

Vain siksi, että kun teet täydellisen hydrodynaamisen laskelman omin käsin, sinun on otettava huomioon lukuisia tekijöitä:

• Putken sisäpinnan kitkakerroin. Luonnollisesti karkea, sedimenttiteräs antaa paljon enemmän vastustusta veden liikkumiselle kuin sileä polypropeeni.

• Putkilinjan pituus. Mitä suurempi etäisyys kulkee nesteen läpi, sitä suurempi on paineen lasku johtuen virtauksen hidastumisesta seinämiä vastaan, sitä voimakkaampi kulutus vähenee.
• Putkilinjan halkaisija vaikuttaa viskoosin nesteen virtaukseen putkien läpi paljon monimutkaisemmalla tavalla kuin näyttää. Mitä pienempi poikkileikkaus on, sitä suurempi on putken virtausvirta. Syynä on se, että halkaisijan pienentyessä sen sisäisen tilavuuden ja seinän alueen suhde muuttuu.

Kiinnitä huomiota! Paksussa putkistossa seinäosan lähin virtausosa toimii eräänlaisena voiteluaineena sen sisäpuolelle. Ohuessa kerroksessa tämän voiteluaineen paksuus on riittämätön.

• Lopuksi, jokainen putkilinjan kierros, halkaisijan siirtyminen, sulkuventtiilin jokainen elementti vaikuttaa myös sen virtausnopeuteen ja hidastaa virtausta.

On ymmärrettävä, että kaikki nämä tekijät vaikuttavat tulokseen lainkaan muutamalla prosentilla: esimerkiksi uudessa teräsputkessa, jossa on kiillotettu sisäpinta ja kasvanut sedimentti (vaikka ei oteta huomioon valon lasku), hydrodynaaminen vastus vaihtelee yli 200 kertaa.

Ammattilaisille kaikki putken hydraulisen laskennan kannalta välttämättömät, ottaen huomioon sen koko kokoonpano, materiaali ja ikä, esitetään taulukoissa F.A. Sheveleva. Näiden taulukkojen perusteella on luotu monia online-laskimia, joiden avulla voit suorittaa laskelmia vaihtelevalla luottamustasolla.

On kuitenkin olemassa yksi porsaanreikä, joka mahdollistaa huomattavien riippumattomien laskelmien yksinkertaistamisen. Kun nestevirtaus aukon läpi on vähäpätöinen verrattuna nesteen syöttöputkeen (joka itse asiassa havaitaan työskennellessäsi useimpien LVI-laitteiden kanssa), sovelletaan Torricellin lakia.

Tämän lain mukaan kuvatussa tapauksessa kaava V ^ 2 = 2gH, jossa V on virtausnopeus reiässä, g on painovoiman kiihtyvyys (9,78 m * s ^ 2), ja H on pylvään korkeus reiän yläpuolella tai jotain sama asia, paine hänen edessään.

Viite: 1 ilmakehä (1 kgf / cm2) vastaa 10 metrin vesipylvään painetta.

Miten aukon virtausnopeus korreloi virtauksen kanssa? Meidän tapauksessamme laskentaohje on yksinkertainen: nesteen tilavuus on yhtä suuri kuin tuote S ja virtausnopeus V kulkee reiän läpi, jonka poikkipinta-ala on S

Laske esimerkiksi laskea veden virtaus reiän läpi, jonka halkaisija on 2 senttimetriä, 10 metrin paineessa, joka vastaa yhtä ylipaineen ilmakehää.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 * 10 = 195,6
2. V on neliöjuuri 195,6. Tulos (13,985706 m / s) laskennan helpottamiseksi pyöristetään 14 m / s: iin.
3. Edellä mainitun kaavan mukainen kahden senttimetrin läpimittaisen reiän poikkipinta-ala on 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 m2.
4. Kulutus on siis 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s. Mukavuuden vuoksi se käännetään litroiksi: koska 1 kuutiometri on 1000 litraa, kuivassa jäännöksessä saadaan 4,4 litraa sekunnissa.

Täydellisyyden vuoksi esitämme joitakin vertailutietoja.

Virtausnopeus

Mikä on nesteen virtausnopeuden laskenta putkessa? Jos virtaus tapahtuu pienen läpimitan läpi, sovelletaan edellä mainittua Torricelli-lakia.

Useimmissa tapauksissa nesteen virtausnopeus putkessa lasketaan pitkälle putkilinjalle, jonka hydraulista vastusta ei voida jättää huomiotta. Jos näin on - kohdatamme samat ongelmat: liian monet tekijät vaikuttavat nopeuteen ja jatkuvassa erossa jaksossa.

Tilanne yksinkertaistuu huomattavasti, jos tiedämme kustannukset. Kokoonpuristumattomien nesteiden osalta toimii jatkuvuusyhtälön yksinkertaistettu kaava: Q = Av, jossa Q on veden virtaus metreinä sekunnissa, A on täyden tai elävän osan alue, v on nesteen keskinopeus pyöreän osan putkessa tai muussa muodossa.

Tietäen edellä mainitut viitetiedot saniteettilaitteiden veden kulutuksesta, on helppo laskea virtausnopeus tunnetussa halkaisijaltaan vesiputkessa.

Esimerkiksi selvitetään, kuinka nopeasti vesi liikkuu kylmävesijohtoputkessa, jonka sisähalkaisija on 15 mm (0,015 m) täyttäessään tyhjennyssäiliötä astianpesukoneella ja pesualtaalla.

1. Edellä esitetyn taulukon mukaan laitteiden kokonaisvesikulutus on 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s tai 0,00052 m3 / s.
2. Putken poikkipinta-ala on 3,14159265 x 0,0075 m ^ 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Virtausnopeus metreinä sekunnissa on 0.00052 / 0.000176714865625 = 2.96.

Viitaten, annamme joitakin arvoja veden nopeudesta putkilinjoissa eri tarkoituksiin.

Hyödyllinen: Virtausnopeus jopa 1,5 m / s katsotaan mukavaksi eikä aiheuta putkilinjojen seinämien hankaavan eroosion kiihtymistä. Tilapäinen nopeuden nousu jopa 2,5 m / s on hyväksyttävä.

Halkaisija ja paine

Toinen mielenkiintoinen näkökohta nesteen käyttäytymisessä putkessa on virtausnopeuden ja siinä olevan staattisen paineen välinen suhde. Bernoulli-laki kuvaa sitä: staattinen paine on kääntäen verrannollinen virtausnopeuteen.

Tämän lain käytännön soveltaminen sisältyy moniin nykyaikaisiin mekanismeihin.

Tässä on vain muutama esimerkki:

• Pneumaattinen ruiskutuspistooli toimii juuri ilmavirrassa syntyneen harvinaisuuden vuoksi, joka kirjaimellisesti imee väriaineen säiliöstä ja muuttaa sen kannettavaksi aerosolisuihkuksi maalattavalle pinnalle.
• Lämmityslaitteeseen kytketyn talon hissilaitteessa suuttimen syöttöputkesta muodostaman vesisuihkun tyhjiö vetää veden imuosan läpi paluusta toistuvaan kiertoon.

johtopäätös

Toivomme, että lukija ei löytänyt pientä retkiä fysiikan, geometrian ja hydrodynamiikan perusteisiin liian väsyttäväksi. Kuten tavallista, tämän artikkelin videosta löytyy lisää teemakohtaisia ​​tietoja (katso myös Savuputket: Asennus ja huolto).

Onnea!