Как рассчитать расчетное давление. Расчет потерь напора воды в трубопроводе

Каждый человек, решивший самостоятельно обустроить водоснабжения своего дома, должен быть готов к такой проблеме, как уменьшение напора внутри системы. Как правило, причина кроется в том, что падает общее давление воды в трубе: именно поэтому подбор мощности скважинного насоса должен осуществляться с особой тщательностью.

Почему падает напор в водопроводе

Когда жидкость двигается по трубопроводу, она встречает определенные препятствия на своем пути.

На внутреннее сопротивление водопровода оказывают влияние такие факторы:

1. Внутренний диаметр трубы. Его уменьшение прямо пропорционально увеличению сопротивления.
2. Скорость движения воды в системе. Чем она больше, тем сопротивление сильнее.
3. Особенности покрытия трубы, которое находится в непосредственном контакте с водой. Потери давления в трубопроводе могут возникать по причине излишней шероховатости внутренней поверхности.

Следует сказать, что даже если речь идет о транспортировке воды по прямой трубе, все равно определенное торможение ее потока наблюдается. Чем более увеличивается протяженность водовода, тем более возрастает показатель суммарного сопротивления.

Потеря давления в прямых трубопроводах

Чтобы точно произвести необходимые расчеты, удобнее всего применить особые таблицы и формулы: они позволят получить наиболее точные параметры. Следует также взять во внимание, что питающие водопроводы в последнее время в основном монтируются из полимерных труб. Падение давления в трубопроводе данного типа наблюдается в заметно меньших масштабах.

Для данных изделий характерны следующие эксплуатационные преимущества:

• Небольшой вес и удобная установка.
• Антикоррозийная безопасность.
• Отличные показатели гладкости используемых для изготовления данных труб полимеров. Благодаря этому удается заметно снизить внутреннее сопротивление системы. По этому параметру пластиковые водоводы примерно в 1,5 раза выгоднее металлических аналогов.

Как учитывать местные сопротивление

Наряду с линейными потерями внутри трубопроводов могут иметься так называемые «местные» сопротивления. Речь идет прежде всего об элементах, обеспечивающих разветвление и управление мощностью потока – тройниках, кранах, вентилях, угловых коленах, клапанах и т.п. На параметры потери внутри этих изделий влияет скорость потока жидкости и их конфигурация.

Формула, по которой рассчитывается внутреннее сопротивление

Как определить потери напора в трубопроводе? Расход воды определяется такой формулой: Q = V×S. Расход воды здесь обозначается, как «Q» (м3/сек), площадь сечения трубы – как «S». Для обозначения скорости здесь используется буква «V» (м/сек). Для вычисления площади сечения используется классическая формула S = π×D2/4, где под «D» понимается диаметр водопроводной трубы.

Когда расчеты искомых величин будут закончены, можно прийти к выводу о мизерности показателей местного сопротивления, при сравнении с общими (суммарными) потерями, вне зависимости от того, какие именно образцы используются. Сопротивление воды в трубах может немного возрасти, если повысить скорость потока: это происходит из-за того, что водный канал по своей узкой части начинает пропускать большой объем воды.

Потери воды в трубопроводах могу возрасти до значительных показателей. Чтобы этого не происходило, рекомендуется изначально комплектовать водопроводы изделиями с большим диаметром: впоследствии некоторые дополнительные финансовые траты с лихвой компенсируются. Это даст возможность вообще отказаться от учета местного сопротивления. Если же говорить об общих ситуациях, то параметры потери в водопроводной системе вычисляются с учетом расхода 2-4 м3 жидкости для местных сопротивлений. Когда приходится учитывать потери при прохождении прямолинейных участков, то уровень суммарных потерь может достигать примерно 5 м3.

А одна из частей определения потребного напора – это расчёт потерь напора в трубопроводе. Именно этой части вопроса посвящена данная статья.

Потеря напора в трубопроводе связана с тем, что поток воды, протекающий внутри трубы, испытывает сопротивление. Его величина зависит от:

1. диаметра трубы – чем меньше диаметр, тем больше сопротивление
2. скорости потока – чем больше скорость потока, тем больше сопротивление
3. гладкости внутренней поверхности трубы.

Даже двигаясь по прямой, горизонтальной трубе, поток воды испытывает сопротивление, пусть и небольшое. При большой протяженности трубопровода суммарное сопротивление может оказаться значительным.

Расчёт потерь напора на прямых участках трубопровода

Чтобы не вдаваться в глубокие теоретические расчеты, можно воспользоваться уже готовыми таблицами с вычисленными данными для всех основных диаметров труб и расходов воды. Сейчас повсеместно используются полимерные трубопроводы – из полипропилена, полиэтилена низкого или высокого давления и других полимеров. Такие трубы имеют массу преимуществ перед стальными трубами: они легче, проще в монтаже, не подвержены коррозии, дешевле, более гладкие, и как следствие в них меньше потери напора.

В этой таблице приведены значения потери напора на 100 м трубопровода. Потеря напора указана в метрах водного столба.

Для стальных труб можно использовать эти же значения, умножив их на коэффициент 1,5.

Например, при расходе воды 0,5 м 3 /ч в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм и длиной 100 м потеря напора составляет 2,1 м.

Расчёт потери напора на местных сопротивлениях

Кроме того, потеря напора происходит в местных сопротивлениях: поворотах, изгибах, вентилях, заслонках, в разветвлениях трубопровода и в местах его сужения или расширения. Потери напора воды в них зависят от скорости потока и формы местного сопротивления.

Ниже в таблице приведены потери напора в основных местных сопротивлениях:

Потеря местного сопротивления указана в сантиметрах водного столба.

Скорость потока, м/с
0,4	1,2	0,11	31
0,5	1,9	0,18	32
0,6	2,8	0,25	32
0,7	3,9	0,34	32
0,8	4,8	0,45	33
0,9	6,2	0,57	34
1	7,6	0,7	35
1,5	17	1,6	40
2	31	2,8	48
2,5	48	4,4	58
3	70	6,3	71
3,5	93	8,5	85
4	120	11	100
4,5	160	14	120
5	190	18	140

Расход воды соотносится со скоростью потока так:

где Q – это расход воды (в м 3 /с), S – площадь поперечного сечения (в м 2), v – скорость потока (в м/с). Площадь поперечного сечения для трубы S = π*D2/4, где D – внутренний диаметр трубы.

Например, при расходе воды 0,5 м 3 /ч (0,000138889 м 3 /с) в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм (S = 0,000283385 м 2), скорость потока составит

v = Q / S = 0,000138889 / 0,000283385 = 0,49 м/с

Местное сопротивление колена при этом будет 1,9 см, а клапана 32 см.

Как видно, потери напора на местных сопротивлениях – это самая малая часть потерь во всём трубопроводе. Они могут быть значительными только при больших скоростях потока, т.е. когда через тонкую трубу проходит большой объем воды. Использования более толстых труб, диаметр, которых, соответствует расходу воды, практически снимает проблему местных сопротивлений. При расчете потерь напора воды (и дальнейшем выборе насоса для скважины) достаточно заложить на местные сопротивления несколько метров напора, с небольшим запасом для верности – от 2 до 4 м.

Вместе с потерями напора воды в прямых участках трубопровода, эта цифра для небольшого загородного дома может уложиться в 5 м.

Читайте так же:

• Для того, чтобы правильно выбрать насос для своей скважины, необходимо знать, потребный напор – т.е. напор, который необходим для водопроводной системы дома. В этой статье речь пойдёт о расчете потребного напора и расчете потерь напора в трубах водопровода на примере небольшого загородного дома.
• В этой статье речь пойдет о характеристиках насосов и скважин, и о том, как правильно выбрать для своей скважины насос, исходя из имеющихся нужд.

В каждом современном доме одним из главных условий комфорта является . А с появлением новой техники, требующей подключения к водопроводу, его роль в доме стала очень важной. Многие люди уже не представляют, как можно обойтись без стиральной машины, бойлера, посудомоечной машины и т.д. Но каждый из этих аппаратов для правильной работы требует определенного давления воды, поступающей из водопровода. И вот человек, решивший установить новый , задумывается о том, как рассчитать давление в трубе , чтобы все сантехнические приборы хорошо работали.
Требования современного водопровода

Современный должен отвечать всем требованиям и характеристикам. На выходе из крана вода должна литься плавно, без рывков. Следовательно, в системе не должно быть перепадов давления при разборе воды. Идущая по трубам вода не должна создавать шума, иметь примеси воздуха и других посторонних накоплений, которые пагубно влияют на керамические краны и другую сантехнику. Чтобы не было этих неприятных казусов, давление воды в трубе не должно падать ниже своего минимума при разборе воды.

Обратите внимание! Минимальное давление водопровода должно составлять 1,5 атмосферы. Такого давления достаточно для работы посудомоечной и стиральной машины.

Надо учитывать еще одну важную характеристику водопровода, связанную с расходом воды. В любом жилом помещении находится не одна точка разбора воды. Поэтому расчет водопровода должен полностью обеспечивать потребность воды всех сантехнических приборов при одновременном включении. Этот параметр достигается не только давлением, но и объемом поступающей воды, которую может пропустить труба определенного сечения. Говоря простым языком, перед монтажом требуется выполнить некий гидравлический расчет водопровода, с учетом расхода и давления воды.

Перед расчетом давайте поближе ознакомимся с двумя такими понятиями, как давление и расход, чтобы понять их сущность.
Давление воды в трубопроводе

Как известно, центральный водопровод в прошлом подключали к водонапорной башне. Именно эта башня создает в сети водопровода давление. Единицей измерения давления является атмосфера. Причем, давление не зависит от размера емкости, расположенной наверху башни, а только от высоты.

Обратите внимание! Если залить воду в трубу десятиметровой высоты, то она в нижней точке создаст давление – 1 атмосферу.

Давление приравнивается к метрам. Одна атмосфера равняется 10 м водяного столба. Рассмотрим пример с пятиэтажным домом. Высота дома – 15 м. Следовательно, высота одного этажа – 3 метра. Пятнадцатиметровая башня создаст давление на первом этаже 1,5 атмосферы. Вычислим давление на втором этаже: 15-3=12 метров водяного столба или 1.2 атмосферы. Проделав дальнейший расчет, мы увидим, что на 5 этаже давления воды не будет. Значит, чтобы обеспечить водой пятый этаж, необходимо построить башню больше 15 метров. А если это, к примеру – 25 этажный дом? Никто такие башни строить не будет. В современных водопроводах используют насосы.

Давайте высчитаем давление на выходе глубинного насоса. Имеется глубинный насос, поднимающий воду на 30 метров водяного столба. Значит, он создает давление – 3 атмосферы на своем выходе. После погружения насоса в скважину на 10 метров, он создаст давление на уровне земли – 2 атмосферы, или 20 метров водяного столба.

Расход воды

Рассмотрим следующий фактор – расход воды. Он напрямую зависит от давления, и чем оно больше, тем быстрее вода будет двигаться по трубам. То есть будет больший расход. Но все дело в том, что на скорость воды влияет сечение трубы, по которой она двигается. И если уменьшать сечение трубы, то будет расти сопротивление воды. Следовательно, уменьшится ее количество на выходе из трубы за тот же промежуток времени.

Уравнение Бернулли для гидравлического расчета водопровода

На производстве, при строительстве водопроводов составляются проекты, в которых высчитывается гидравлический расчет водопровода по уравнению Бернулли:

Где h1-2 – показывает потерю напора на выходе, после преодоления сопротивления на всем участке водопровода.
Рассчитываем домашний водопровод

Но это, как говорится, сложные вычисления. Для домашнего водопровода применяем вычисления попроще.

Исходя из паспортных данных машин потребляемых воду в доме, суммируем общий расход. Добавляем к этой цифре расход всех водоразборных кранов находящихся в доме. Один водоразборный кран пропускает через себя около 5–6 литров воды в минуту. Суммируем все цифры и получаем общий расход воды в доме. Вот теперь руководствуясь общим расходом, покупаем трубу с таким сечением, которое обеспечит нужным количеством и давлением воды все одновременно работающие водоразборные приборы.

Когда домашний водопровод будет подключаться к городской сети, то будете пользоваться тем, что дадут. Ну, а если у вас дома скважина, покупайте насос, который полностью обеспечит вашу сеть нужным давлением, соответствующим расходам. При покупке руководствуйтесь паспортными данными насоса.

Для выбора сечения трубы, руководствуемся этими таблицами:

В этих таблицах предоставлены более востребованные параметры трубы. Для полного ознакомления в интернете можно найти более полные таблицы с расчетами труб разного диаметра.

Вот, исходя из этих расчетов, и при правильном монтаже, вы обеспечите всеми требуемыми параметрами. Если что-то не понятно, лучше обратиться к специалистам.

Напомним, что этот вопрос вкратце уже упоминался в разделе 18 "Проблема внезапного вскипания хладагента в жидкостной магистрали ". Чтобы пополнить наши знания в этой области, проведем небольшой мысленный опыт с помощью схем на рис. 75.1 и 75.2. Для проведения этого опыта нам потребуются ручной кран на сливной магистрали градирни, при открытии которого градирня опорожняется, и поплавковый клапан, поддерживающий постоянный уровень воды в баке градирни. На выходе из сливной магистрали в точке В (перед краном) установим манометр, проградуированный в барах. Этот манометр будет показывать нам давление в точке В. Установим также стеклянную трубку, которая будет показывать давление в точке В в метрах водяного столба (м вод. ст.), то есть высоту уровня воды, эквивалентную давлению в точке В.

На рис. 75.1 слева {схема 1) кран на сливной магистрали закрыт. Уровень воды в трубке находится на высоте 5 м, то есть давление в точке В равно 5 м вод. ст. Манометр в точке В показывает величину избыточного давления, обусловленного высо-
той столба жидкости, то есть 5 м вод. ст. или 0,5 бар: давление, измеренное манометром, равно высоте столба.
На рис. 75.1 справа (схема 2) кран на сливной магистрали открыт. Под действием силы тяжести, сразу же после открытия крана, вода из бака начинает сливаться. Как только вода приходит в движение, ее уровень в стеклянной трубке падает до 4,5 м: следовательно, потери давления на участке от точки А до точки В равны 5 - 4,5 = 0,5 м вод. ст. Манометр в точке В также показывает падение давления на величину потерь, которые равны 0,5 - 0,45 = 0,05 бар (то есть 0,5 м вод. ст.).

Отсюда делаем вывод: как только вода пришла в движение, появились потери давления.
Эти потери обусловлены вязкостью воды и за-висят от ее скорости. В основном, потери давления определяются силой трения движущейся воды о внутреннюю поверхность стенок трубопровода, которая имеет ту или иную шероховатость.
Потери давления растут:
с ростом длины трубы;
с падением внутреннего диаметра (площади проходного сечения) трубы;
с ростом скорости воды (то есть расхода) в трубе.

Потери давления приводят к дополнительным затратам энергии. Они порождают шумы в трубопроводах и незначительный нагрев воды. Чем больше скорость воды, тем больше шум, особенно там, где поток испытывает сужения. Например, в кранах, вентилях и т.п. Этот шум может доставлять определенные неудобства в тех случаях, когда трубопроводы проложены в жилых помещениях или поблизости от них.
Поэтому диаметры трубопроводов должны выбираться таким образом, чтобы скорость жидкости в них не превышала определенных значений при максимальных потребных расходах. Например, сегодня существуют такие рекомендации:
Для труб с внутренним диаметром 15 мм максимальная скорость жидкости равна 0,5 м/с.
Для труб с внутренним диаметром 80 мм максимальная скорость жидкости равна 1,2 м/с.
Такая разница в рекомендуемых значениях скоростей обусловлена следующим
В трубах диаметром 15 мм периметр поверхности трения П=1,5смх7г«5 см, площадь проходного сечения S1 « 2 см2, а в трубах диаметром 80 мм периметр поверхности трения П = 8 см х п к 25 см при площади проходного сечения S2 * 50
Таким образом, при переходе от трубы с внутренним диаметром D1 = 15 мм к трубе с диаметром D2 = 80 мм
периметр поверхности трения возрастает в 5 раз, тогда как площадь проходного сечения увеличивается в 25 раз. В результате сила трения (а следовательно, и потери давления) в трубе диаметром 15 мм при скорости потока 0,5 м/с будет примерно такой же, как и в трубе диаметром 80 мм при скорости потока 1,2 м/с. Поэтому чем больше диаметр трубы, тем больше в ней может быть скорость потока при одной и той же величине потерь давления на трение.
В существующих сегодня установках диаметры жидкостных трубопроводов выбирают с таким расчетом, чтобы при максимальном расходе скорость потока в них приводила бы к потерям давления, как правило, в диапазоне от 10 до 20 мм вод. ст. на погонный метр длины трубопровода.

Для оценки потерь давления, обусловленных местными сопротивлениями (повороты, тройники, запорные вентили и т.д.), принято использовать понятие эквивалентной длины. Например, можно считать, что потери давления при повороте потока на 90° эквивалентны потерям давления на трение на отрезке трубы того же диаметра длиной 0,8 м*.
Теперь попробуйте оценить порядок величины потерь давления в трубе внутренним диаметром 65 мм и полной длиной 50 м, имеющей 6 поворотов на 90° (см. рис. 75.4).

Решение упражнения 1
При условии, что диаметр трубы определен правильно, можно предположить, что потери давления на трение составляют от 10 до 20 мм вод. ст. на погонный метр длины трубы. При выполнении оценки допустим, что потери давления на трение равны среднему значению указанного диапазона, то есть 15 мм вод. ст./м. В тоже время, 6 поворотов на 90° эквивалентны по величине потерь давления участку прямой трубы того же диаметра длиной 6 х 0,8 м = 4,8 м. Следовательно, полная эквивалентная длина нашей трубы будет равна 50 м + 4,8 м « 55 м. Таким образом, полные потери давления в этой трубе составят 55 м х 15 мм вод. ст/м = 825 мм вод. ст « 0,8 м вод. ст.
* Это утверждение не всегда справедливо. В общем случае длину участка прямой трубы, эквивалентную по величине потерь давления какому-либо местному сопротивлению, находят по формуле Ьэкв = Щм/Ялтл Т№ D - внутренний диаметр трубы, §м - коэффициент местных потерь и Ятр - коэффициент трения жидкости о внутреннюю поверхность стенок трубы (прим. ред.).

ВЛИЯНИЕ РАЗНОСТИ УРОВНЕЙ НА ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ
Продолжим наши мысленные эксперименты. На рис. 75.5 представлены две абсолютно одинаковые схемы, отличающиеся только тем, что высота бака градирни на схеме 1 над сливным краном больше, чем высота бака на схеме 2.
Длина сливных труб в обеих схемах одна и та же, диаметры труб также одинаковы. Из-за разности уровней давление в точке В схемы 1 будет выше, чем давление в точке В схемы 2. Следовательно, если полностью открыть сливные краны в обеих схемах, расход Qvl будет выше, чем расход Qv2. Для того, чтобы сравнивать величины потерь давления в зависимости от разности уровней, необходимо прикрыть кран схемы 1 с целью выравнивания расходов, а следовательно, и скоростей потоков жидкости в трубопроводах схем 1 и 2.



Как только мы это сделаем, то сразу же увидим, что при равенстве расходов Qvl и Qv2 потери давления для обеих схем будут в точности совпадать: Ahl = Ah2.

Вывод: потери давления на трение и местные сопротивления никоим образом не зависят от разности уровней трубопровода. Они определяются только расходом жидкости, длиной трубопровода, внутренним диаметром и шероховатостью стенок трубы.

Рассмотрим систему, представленную на рис. 75.6.
При движении воды по трубопроводу появляются потери давления АЫ, которые зависят от длины трубопровода, его диаметра и расхода воды (то есть скорости воды в трубе).
Установим на выходе из бака фильтр.
Как изменятся потери давления Ahl?
Как изменится расход?
Как изменится скорость воды?

Решение упражнения 2
Фильтр, установленный на трубопроводе (см. рис. 75.7 справа), ведет себя точно так же, как любое местное сопротивление (поворот, вентиль и др.): он является дополнительным препятствием потоку жидкости, то есть создает дополнительные потери давления при прохождении воды. Эти потери добавляются к потерям на трение. В результате полные потери давления на участке от точки С до точки В возрастут (Ah2 > Ah 1).

Теперь рассмотрим, как изменится скорость течения воды в трубе. При установке дополнительного сопротивления, например, фильтра, потери давления на отрезке С-В возрастают (Ah2 > Ah 1). Но это сопротивление также препятствует и прохождению воды (как это делал бы ручной вентиль, сопротивление которого возрастает при его закрытии): следовательно, расход воды будет уменьшаться.
Поскольку при этом в обоих случаях внутренний диаметр трубы на участке С-В не меняется, уменьшение расхода приводит к снижению скорости потока воды в трубе: скорость V2 будет заметно ниже сорости VI.

При росте потерь давления в контуре расход жидкости падает. Поскольку расход падает, неизбежно снижается и скорость потока.

Обратите внимание на дополнительные условия: следует отчетливо понимать, что скорость потока воды абсолютно одинакова на входе в фильтр и на выходе из него. Поскольку внутренний диаметр трубы одинаков по всей длине, скорость будет в точности одна и та же в каждом сечении трубы.
Скорость потока жидкости при постоянном расходе строго одна и та же в каждом сечении трубы постоянного внутреннего диаметра.

По трубе длиной 50 м с внутренним диаметром 80 мм вода течет со скоростью 1 м/с. Как по-вашему, что произойдет с расходом, если скорость удвоится?
Решение на следующей странице...

Решение упражнения 3
Мы нарушим традицию, которая действует в нашем руководстве, поскольку здесь мы вынуждены привести несложные формулы и выполнить очень простые расчеты. Пожалуйста, извините нас за это, но вопросы гидравлики довольно сложны и иногда вам могут потребоваться отдельные базовые понятия для того, чтобы разобраться в некоторых явлениях, которые, тем не менее, мы будем стараться объяснять как можно проще.
Для начала вы должны вспомнить, что объемный расход, как правило, измеряется в м3/ч или м3/с (см. раздел 41 "Измерение расхода воздуха"}.

Скорость потока и расход воды находятся в тесной взаимосвязи:
Qv V х S
(м3/с) = (м/с) х (м2)
Расход = Скорость х Площадь
Рассчитаем площадь проходного сечения трубы диаметром 80 мм (см. рис. 75.9): Рис. 75.9. S = 3,14 х 0,082 / 4 = 0,005 м2.
Теперь можно найти расходы:
Qvl = 1 м/с х 0,005 м2 = 0,005 м3/с = 0,005 х 3600 = 18 м3/ч.
Qv2 = 2 м/с х 0,005 м2 = 0,01 м3/с = 0,01 х 3600 = 36 м3/ч.
Таким образом, для данного диаметра трубы расход прямо пропорционален скорости потока.
При удвоении скорости потока жидкости в трубе расход также удваивается.

Мы только что нашли, что при скорости потока жидкости 1 м/с в трубе диаметром 80 мм расход жидкости равен 18 м3/ч.
Теперь удвоим внутренний диаметр трубы, то есть возьмем трубу с внутренним диаметром 160 мм. Чему будет равен расход жидкости в этой трубе при той же скорости потока

Решение упражнения 4
При скорости потока 1 м/с расход в трубе с внутренним диаметром 80 мм равен 18 м3/ч. Если внутренний диаметр трубы будет равен 160 мм, то площадь ее проходного сечения станет S = 3,14 х 0,1 б2 / 4 = 0,02 м2. При скорости потока 1 м/с расход в этой трубе будет равен 1 х 0,02 = 0,02 м3/с или 0,02 х 3600 = 72 м3/ч вместо прежних 18 м3/ч. Иначе говоря, расход вырастет в 4 раза.

Внимание! Не путайте понятие "внутренний диаметр " и площадь проходного сечения: если диаметр удваивается, то площадь проходного сечения увеличивается в 4 раза!

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАСХОДОМ И ДАВЛЕНИЕМ
Рассмотрим поплавковый клапан, предназначенный для подачи водопроводной воды в бак градирни (см. рис. 75.11). Допустим, что полностью открытый клапан при давлении воды в сети 2 бара обеспечивает расход 10 л/мин.

Для того, чтобы удвоить расход, то есть обеспечить расход через клапан, равный 20 л/мин. необходимо давление воды в сети увеличить в 4 раза.

Запомните! При слабом давлении воды в водопроводной сети расход будет небольшим. Чтобы удвоить расход, давление в сети нужно повысить в 4 раза.

Разумеется, что на практике для удвоения расхода так не поступают. Если бы на самом деле повышали давление в сети, это породило бы многие проблемы: диаметр трубопровода пришлось бы делать очень малым, вода бы в трубах сильно "гудела" и т. д.
Проведем такую аналогию: если автомагистраль загружена, то для того, чтобы повысить ее пропускную способность, водителей не заставляют ехать быстрее, а либо делают новую полосу, либо строят объездной путь! То же самое предпринимают и для увеличения расхода жидкости в трубе: увеличивают площадь проходного сечения трубы.
При заданном расходе это приводит к снижению скорости потока воды в трубе (и, следовательно, шума), а потребное для обеспечения этого расхода давление уменьшается

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАСХОДОМ И ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ

В трубе с внутренним диаметром 80 мм предполагается удвоить расход. Что произойдет с потерями давления? На первый взгляд может показаться, что поскольку при удвоении расхода скорость потока удваивается, то и потери давления также должны удваиваться. К сожалению, это не так.
При удвоении расхода потери не удваиваются, а увеличиваются в четыре раза: если расход вырос в 2 раза, потери давления возрастут в 4 раза!
В примере на рис. 75.13 при скорости потока 1 м/с потери давления АР = 2 м вод. ст., а при увеличении скорости до 2 м/с потери давления умножаются на 4: АР = 2 х 4
Потери давления пропорциональны квадрату расхода.
Для получения дополнительной информации см. раздел 95 "Несколько примеров расчета потерь давления ".

Показан участок трубопровода, пропускающий воду со скоростью I м/с. Манометры показывают давление в различных точках этого трубопровода. Из показаний манометров можно сделать следующие выводы.
При скорости водяного потока 1 м/с потери давления составляют:
- на фильтре АРф = 2 - 1,8 = 0,2 бар;
- на вентиле АРв = 1,8 - 1,7 = 0,1 бар.
Что покажут манометры на выходе из фильтра и на выходе из вентиля, если скорость потока в трубе удвоится? Решение этого упражнения приведено ниже, однако прежде, чем знакомиться с ним, попробуйте поразмышлять самостоятельно.

Решение упражнения 5

Скорость удвоилась, следовательно расход тоже удвоился. В результате потери давления на
фильтре и на вентиле вырастут в 4 раза.
Теперь потери давления на фильтре АРф = 0,2 бар х 4 = 0,8 бар, то есть манометр на выходе
из фильтра покажет 2 - 0,8 =1,2 бар.
Потери давления на вентиле АРв = 0,1 бар х 4 = 0,4 бар, то есть манометр на выходе из
вентиля покажет 1,2 - 0,4 = 0,8 бар.
Заметьте, что общие потери давления на этом участке вырастут с 0,3 до 1,2 бар: то есть тоже в 4 раза.

Узнали, в каких режимах может двигаться вода и как определить режим движения жидкости при помощи критерия Рейнольдса. В этой статье мы научимся определять потери напора по длине трубопровода. Данную задачу можно решить двумя способами: произвести необходимые расчеты по формулам вручную или воспользоваться специальным программным обеспечением.

Начнем с первого способа. Для расчетов потерь напора по длине трубопровода применяется формула Дарси-Вейсбаха :

Решим небольшую задачу, с использованием данной формулы.

Найдем потерю напора по длине трубопровода (h) при движении воды температурой 60 °C в полипропиленовой трубе 32*5,4 длиной 10 метров при расходе 14,5 л/мин.

Дано:

L = 10 м

D(вн) = 21,2 мм (0,0212 м)

Q = 14,5 л/мин (0,000242 м3/с)

t = 60 °С

Жидкость вода

h - ?

Рассмотрим подробно решение данной задачи.

Эта задача решается по формуле Дарси-Вейсбаха. Однако, пока для применения данной формулы у нас недостаточно данных. Нам неизвестна скорость потока (V) и коэффициент гидравлического трения (λ ). Скорость потока находится по следующей формуле:

Площадь сечения трубы найдем по этой формуле:

R = D/2 = 0,0106 м; S = 3,14 * 0,0106^2 = 0,000353 м^2; V = 0,000242/0,000353 = 0,69 м/с . Скорость мы нашли.

Теперь нужно найти коэффициент гидравлического трения (λ). Это немного сложнее. Во-первых, нужно определить режим движения жидкости, для этого нужно найти число Рейнольдса по формуле Re = VD/ ν (подробно читайте в ). В этой формуле нам неизвестно ν (ню) - кинематическая вязкость воды. Это табличное число (таблицу приводил в предыдущей статье). При температуре воды 60 °С ν = 0,000000475 м^2/с. Re = 0,69 * 0,0212/0,000000475 = 30796 . Проверим, в интервал значений какого режима попадает это число (можно воспользоваться приложенной таблицей). Я выполнил проверку, и число 30796 попало в интервал значений турбулентного доквадратичного режима (вторая область из таблицы). В этом режиме коэффициент гидравлического трения (λ) вычисляется по формуле Альтшуля:

λ = 0,11 * (0,00001/0,0212 + 68/30796)^0,25 = 0,025

Теперь у нас есть все данные для того, чтобы выполнить расчет потерь напора по длине трубопровода по формуле Дарси-Вейсбаха: h = 0,025 * 10/0,0212 * 0,69^2/(2*9,8) = 0,283 м . Ответ: потери напора по длине трубопровода составили 0,283 метра водяного столба.

А теперь решим эту же задачу с использованием специального программного обеспечения. Для решения задачи нам потребуется ввести следующие значения в соответствующие поля программы: температуру воды, расход, внутренний диаметр и длину трубы. Остальные значения, в том числе и потерю напора по длине трубопровода, вычислит программа.

Задача в данной программе решается очень быстро и точно. Значение потерь напора по длине трубопровода (линейные потери), вычисленное программой, совпадает со значением, вычисленным нами ранее вручную по формулам (0,283 м).