Расчет диаметра трубопровода по расходу, зависимость расхода от давления
Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.
От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.
В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.
Содержание
- 1 Как рассчитать необходимый диаметр трубы
- 2 Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода
- 3 Скорость воды в трубопроводе формула
- 4 Формула расхода воды
- 5 Зависимость расхода от давления
Как рассчитать необходимый диаметр трубы
Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.
Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными.
Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.
Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.
Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.
С помощью формул ниже можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода жидкости.
Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:
- Диаметр трубы;
- Скорость потока.
Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами.
В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.
Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:
d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с
Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода
Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.
При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.
Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.
Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.
Такое увеличение связано с несколькими показателями:
- Скорость жидкости;
- Плотность;
- Исходное давление (напор).
Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.
К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.
Скорость воды в трубопроводе формула
Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.
5/λ/L)/4, SQRT — квадратный корень.
Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg — десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.
Похожие статьи:
Гидравлический расчет трубопроводов водоснабжения | AboutDC.ru
Расчет трубопроводов водоснабжения подразумевает определение диаметра трубы и удельного гидравлического сопротивления на единицу длины.
Подобные расчеты могут быть выполнены на базе гидравлических таблиц, формул, а также с помощью онлайн-программы расчета на нашем сайте.
Наш онлайн-калькулятор для расчета трубопроводов позволяет подобрать диаметр трубы как по расходу и скорости движения жидкости, так и исходя из холодильной мощности установки (в этом случае расход определяется автоматически).
| Хочу такой же калькулятор себе на сайт | |||
| Расчет по скорости и расходу | |||
|---|---|---|---|
| Расход жидкости: | л/с | ||
| Скорость жидкости: | м/с | ||
| Тип жидкости: | ВодаЭтиленгликоль 10%Этиленгликоль 20%Этиленгликоль 30%Этиленгликоль 40%Этиленгликоль 50%Этиленгликоль 60% | ||
| Результаты расчета | |||
| Диаметр трубопровода, мм |
Скорость жидкости |
Потери давления на 1 м трубы |
|
| Расчет по мощности | |||
| Холодильная/тепловая мощность: | кВт | ||
| Скорость жидкости: | м/с | ||
| Тип жидкости: | ВодаЭтиленгликоль 10%Этиленгликоль 20%Этиленгликоль 30%Этиленгликоль 40%Этиленгликоль 50%Этиленгликоль 60% | ||
| Температура прямого потока: | °C | ||
| Температура обратного потока: | °C | ||
| Расход жидкости: | л/с | ||
| Результаты расчета | |||
| Диаметр трубопровода, мм |
Скорость жидкости |
Потери давления на 1 м трубы |
|
| Хочу такой же калькулятор себе на сайт | |||
| Ссылка на этот расчет: | |||
Для удобства пользователей в большинстве случаев приводится два соседних диаметра трубы, которые могут подойти под указанный расход.
Кроме того, программа сразу рассчитывает фактическую скорость движения жидкости и потери давления на 1 метр трубы – в линейных единицах (миллиметрах столба данной жидкости; в случае воды – миллиметрах водяного столба) и в Паскалях. Потери рассчитаны исходя из турбулентного режима движения жидкости.
Чтобы определить диаметр трубопровода, нужно знать тип и расход жидкости, который будет через него прокачиваться и ориентировочную скорость её движения. Рекомендуемый диапазон скоростей составляет 1-2,5м/с, причем меньшее значение следует принимать для малых трубопроводов (диаметром до 50мм), а большее значение – для больших.
Формула расчета диаметра водопроводной трубы:
( mathbf{D = sqrt{ 4 · G / (π · v)}} ), где
- D – диаметр водопроводной трубы, мм
- G – расход жидкости, м3/с
- v – скорость движения жидкости в трубе, м/с.
После подстановки плотности, перевода D в мм и проведения вычислений данная формула примет следующий вид:
- ( mathbf{D = 1,13 · sqrt{ G [м3/с] / v}} )
- ( mathbf{D = 35,7 · sqrt{ G [л/с] / v}} )
Наконец, оценочный расчет диаметра труб проводят для v = 1,5 м/с, и тогда формула примет ещё более простой вид:
- ( mathbf{D = 0,92 · sqrt{ G [м3/с]}} )
- ( mathbf{D = 29 · sqrt{ G [л/с]}} )
На практике часто возникает задача подобрать трубу, зная холодильную или тепловую мощность системы.
Например, по холодильной мощности чиллера или по мощности драйкулера, предназначенного для охлаждения водяного конденсата.
Такой расчет выполняется в два этапа. Сначала по заданной мощности и температурному графику теплоносителя определяется его расход, а потом по расходу и скорости рассчитывается необходимый диаметр трубы.
G = Q / [ c · ρ · (TГ – TХ) ], где
- G – расход жидкости, м3/с
- Q – холодильная или тепловая мощность установки, кВт
-
с – теплоемкость жидкости, кДж/(кг·°С)
- с = 4.2 кДж/(кг·°С) – для чистой воды
-
ρ – плотность жидкости, кг/м3
- ρ = 1000 кг/м3 – для чистой воды
- ρ = 1070 кг/м3 – для 40% раствора этиленгликоля в воде
- ТГ и ТХ – температуры горячего и холодного потоков теплоносителя, °С
Для систем холодоснабжения со стандартным перепадом температур между теплым и холодным потоком 5°С формула примет вид:
- G = Q/21 – для чистой воды при ΔT = 5°С
-
G = Q/18.
7 – для 40% гликоля при ΔT = 5°С
7 – для 40% гликоля при ΔT = 5°СЧтобы определить диаметр трубы по мощности системы нужно общую формулу для G подставить в общую формулу для D. Получим:
[ mathbf{D = sqrt{ (4 · Q / (π · v · c · ρ · (T_Г – T_Х))}} ]
В подавляющем большинстве систем холодоснабжения применяется вода или 40% раствор гликоля в воде со стандартным перепадом температур между теплым и холодным потоком 5°С, а скорость движения жидкости принимается порядка 1,5м/с. В этом случае формула принимает гораздо более простой вид:
- ( mathbf{D = 6,36 ·sqrt Q} )– для чистой воды
- ( mathbf{D = 6,73 ·sqrt Q} )– для 40% раствора этиленгликоля в воде
Например, для системы холодоснабжения мощностью 700кВт на 40% гликоле диаметр магистральной трубы составит
( D = 6,73 ·sqrt Q= 6,73 · sqrt{ 700 } = 178 )мм. Ближайший больший трубопровод имеет диаметр 200мм.
Расчет диаметра трубопровода даёт точное значение. Но на практике трубы выпускаются с типовыми диаметрами (типоразмерами, стандартные диаметры труб). Поэтому «в жизнь» идет ближайший больший диаметр трубы из ряда стандартных диаметров.
Таблица 1. Стандартный ряд диаметров трубопроводов, толщина стенок
| Условный проход | Наружный диаметр | Толщина стенки труб | ||
| легких | обыкновенных | усиленных | ||
| 6 | 10,2 | 1,8 | 2,0 | 2,5 |
| 8 | 13,5 | 2,0 | 2,2 | 2,8 |
| 10 | 17,0 | 2,0 | 2,2 | 2,8 |
| 16 | 21,3 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 20 | 26,8 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 25 | 33,5 | 2,8 | 3,2 | 4,0 |
| 32 | 38 | 2,8 | 3,2 | 4,0 |
| 40 | 46 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
| 50 | 57 | 3,0 | 3,5 | 4,5 |
| 65 | 73 | 3,2 | 4,0 | 4,5 |
| 80 | 87 | 3,5 | 4,0 | 4,5 |
| 100 | 108 | 4,0 | 4,5 | 5,0 |
| 125 | 133 | 4,0 | 4,5 | 5,5 |
| 150 | 159 | 4,0 | 4,5 | 5,5 |
После того, как выбран стандартный диаметр трубы определяют актуальную скорость жидкости в трубе по формуле:
v = G / S, где
- G – расход жидкости, м3/с
- S – площадь сечения трубопровода, м2 (для круглых труб S = πD2/4)
После подстановки площади и вычисления констант, для круглых труб получим:
- v = 1,27 · G / D2 (G в м3/с, D в метрах)
- v = 1270 · G / D2 (G в л/с, D в мм)
Полученная скорость участвует в гидравлическом расчете трубопроводов.
КАЛЬКУЛЯТОР РАСХОДА
| |||
Этот калькулятор ultra уникален тем, что позволяет вам выбирать между большое разнообразие единиц (6 для диаметра и 24 каждый для скорости и расхода). В отличие от других калькуляторов, вы НЕ ограничивается вводом диаметра в дюймах, скорости в милях в час и т. д., что делает этот калькулятор довольно универсальный. 1) Вода течет со скоростью 36 дюймов в секунду и со скоростью
1,0472 кубических фута в секунду. Какой диаметр трубы? НАЖМИТЕ ПЕРВЫМ НА ТО, ЧТО ВЫ РЕШАЕТЕ – СКОРОСТЬ Введите 10 в поле диаметра трубы и выберите сантиметры в его меню. Введите 9 в поле скорости потока и выберите литры в секунду в его меню. Нажмите кнопку ВЫЧИСЛИТЬ, и ответ будет равен 114,59 сантиметрам в секунду И ответ будет в 23 других единицах измерения!! 3) Вода течет по трубе диаметром 2 фута со скоростью 20 дюймов в секунду. Какова скорость потока? Числа больше чем 1000 будет отображаться в экспоненциальном представлении и с таким же количеством указаны значащие цифры. Вы можете изменить значащие цифры, отображаемые с помощью изменение числа в поле выше. Internet Explorer и большинство других браузеров будут правильно отображать ответы, но есть несколько браузеров, которые вообще не отображают вывод . Если да, введите ноль в поле выше. Это устраняет все форматирование, но это лучше, чем отсутствие выход вообще. |
Авторское право © 1999 – 1728 программных систем
Калькулятор скорости потока — расчет скорости потока в трубе
Быстрая навигация:
- с использованием калькулятора расхода
- Формула расхода
- Скорость потока. Использование калькулятора расхода
Этот калькулятор расхода трубы вычисляет объемный расход ( расход нагнетания ) газ или текучая среда (жидкость), проходящая через круглую или прямоугольную трубу известных размеров. Если вещество является жидкостью и известна его объемная плотность, калькулятор также выводит массовый расход (для расчета этого показателя для газов требуется дополнительная информация, и в настоящее время он не поддерживается).
В режиме разность давлений калькулятор требует ввода давления перед трубой (или трубкой Вентури, соплом или отверстием), а также на ее конце, а также ее поперечное сечение, напр. давление и диаметр для круглой трубы. Поддерживаемые единицы ввода включают паскали (Па), бары, атмосферы, фунты на квадратный дюйм (psi) и другие для давления и кг/м·с, Н·с/м2, Па·с и сП (сантипуаз) для динамической вязкости. .
В режиме скорость потока необходимо знать скорость потока газа или жидкости (допускаются футы в секунду, метры в секунду, км/ч и т.
д.), чтобы рассчитать расход.Вывод в британских или метрических единицах, в зависимости от вашего выбора. Некоторые из выходных единиц включают: м 3 /ч, м 3 /мин, м 3 /с, л/ч, л/мин, л/с, фут 3 /ч, фут 3 /мин, фут 3 /с, ярд 3 /ч, ярд 3 /мин, ярд 3 /с, галлонов в час, галлонов в минуту. Выходные единицы для массового расхода включают: кг/ч, кг/мин, кг/с, тонны/ч, фунт/ч, фунт/мин, фунт/с, тонн/ч. Выходные показатели автоматически настраиваются для вашего удобства.
Формула расходаСуществует два основных подхода к расчету расхода Q, который эквивалентен разнице в объеме, деленной на разницу во времени (Δv / Δt). Первый — если мы знаем перепад давления (падение давления) между двумя точками, для которых мы хотим оценить расход. Второй – если мы знаем скорость жидкости. Оба описаны ниже.
Формула расхода через перепад давленияРасчет расхода с использованием давления выполняется с помощью уравнения Хагена–Пуазейля, которое описывает падение давления из-за вязкости жидкости [3] .
Для расчета расхода по давлению формула выражается следующим образом:В уравнении Пуазейля (p 1 – p 2 ) = Δp – разница давлений между концами трубы (падение давления) , μ — динамическая вязкость жидкости, L и R — длина и радиус рассматриваемого сегмента трубы, а π — постоянная Pi &приблизительно; 3,14159 до пятой значащей цифры.
Существуют два основных требования для использования приведенной выше формулы:
- Рассматриваемый поток должен быть ламинарным. Это можно установить по числу Рейнольдса. Как правило, сечение трубы не должно быть слишком широким или слишком коротким, иначе возникнут турбулентные потоки.
- Жидкость должна быть несжимаемой или примерно так. Хорошим примером несжимаемой жидкости является вода, как и любая гидравлическая жидкость. Минеральные масла, однако, в некоторой степени поддаются сжатию, поэтому остерегайтесь использовать формулу для таких случаев.
Примером применения является наличие манометров, измеряющих давление жидкости или газа в начале и в конце участка трубопровода, для которого необходимо рассчитать расход. График иллюстрирует общий случай, когда это применимо.
Следует отметить, что формула Пуазейля для расчета расхода трубы через давление не так хорошо работает для газов, где для точного расчета требуется дополнительная информация.
Формула расхода через скорость жидкостиОбъемный расход потока жидкости или газа равен скорости потока, умноженной на площадь его поперечного сечения. Следовательно, формула для расхода ( Q ), также известная как «расход», выраженная через площадь проходного сечения ( A ), а его скорость ( v ) представляет собой так называемое уравнение расхода :
Полученное значение Q представляет собой объемный расход. В случае круглой трубы площадь поперечного сечения равна внутреннему диаметру, деленному на 2, умноженному на π, а в случае прямоугольной трубы площадь равна внутренней ширине, умноженной на внутреннюю высоту.
Формула массового расхода Уравнение можно преобразовать простым способом, чтобы учесть площадь поперечного сечения или скорость.Массовый расход ṁ представляет собой поток массы m через поверхность в единицу времени t, поэтому формула для массового расхода, учитывая объемный расход, будет следующей: ṁ = Q * ρ , где ρ (строчные греческие буквы буква ро) — объемная плотность вещества. Это уравнение применимо к жидкостям, тогда как для газообразных веществ для выполнения расчетов требуется дополнительная информация.
Примеры расчетаПример 1: 92 · 3,1416 ~= 490,875 мм 2 по формуле площади круга. Мы можем преобразовать это в m 2 , разделив на 1 000 000 для более удобного результата, получив 0,000490875 m 2 . Используя вышеприведенное уравнение скорости потока, мы заменим значения для A и v и получим Q = 0,000490875 м 2 · 10 м/с) = 0,00490875 м 3 /с.
Чтобы преобразовать это в м 3 /ч, нам нужно умножить на 3600, чтобы получить скорость сброса 17,6715 м 3 в час.Если мы далее узнаем, что плотность воды составляет 1000 кг/м 3 мы можем рассчитать массовый расход как 17,6715 м 3 /ч · 1000 кг/м 3 = 17671,5 кг/ч (= 17,6715 тонн в час, м 3 отменяется).
Пример 2: Прямоугольная труба высотой 2 см и шириной 4 см, по которой движется газ со скоростью 15 м/с. Какой расход у этой трубы? Во-первых, мы находим площадь поперечного сечения по формуле площади прямоугольника, которая просто 2 · 4 = 8 см 2 или 0,0008 м 2 . Чтобы найти скорость потока Q, мы умножаем 0,0008 на 15, чтобы получить 0,012 кубических метра в секунду. Чтобы получить литры в секунду, нам просто нужно умножить на 1000, чтобы получить 12 л/с. Если мы хотим получить литры в час, мы можем еще умножить на 3600, чтобы получить 43 200 литров в час.
Наш калькулятор особенно полезен, если единицы ввода для расчета отличаются от желаемых единиц вывода, и в этом случае он выполнит эти преобразования единиц за вас.
Использование калькулятора расхода
д.), чтобы рассчитать расход.
Для расчета расхода по давлению формула выражается следующим образом:
Уравнение можно преобразовать простым способом, чтобы учесть площадь поперечного сечения или скорость.
Чтобы преобразовать это в м 3 /ч, нам нужно умножить на 3600, чтобы получить скорость сброса 17,6715 м 3 в час.