Флуид у цеви: питања и одговори

Тема овог чланка је флуид у цеви. Морамо се упознати са физичким законима и формулама које описују њен покрет, брзину и волумен. Трудићемо се да не улазимо у дивљине сложених прорачуна: наш задатак је описати оне обрасце који ће бити разумљиви и доступни за рачунање особи далеко од хидродинамике.

Па, хајде да започнемо.

Димензије

Пречник

У случају водовода и гасних цеви, имамо посла с не сасвим обичним системом мерења. За поједине цевоводе, као необични концепт условног пролаза или номиналног пречника (ДУ), користи се као главни параметар. Измерен је у инчима и милиметрима; иста ВГП цев се може продати као 1 1/4 инча или ДУ32 мм.

Референца: као мера дужине у овом случају користи се британски инч, једнак 2.54 цм. Приликом претварања инча на милиметре, треба узети у обзир корак конвенционалних пречника које обезбеђује ГОСТ; тако да, у горе наведеном случају, једноставан поновни израчун од 1 1/4 инча у милиметре неће дати 32, већ 1,25к2,54 = 31,75 мм.

Дати димензије цеви за воду и гасове прописане ГОСТ 3262-75.

Пошто се дебљина зида разликује у истој величини (цеви су лагане, обичне и ојачане), можемо рећи да је ДУ углавном близу унутрашњег пречника, али, по правилу, није једнако.

Секција

У изградњи водоводних цеви се користе, поред ријетких изузетака, округле цијеви.

Постоје два веома добра разлога за ово.

1. Округла цев има минималну зидну површину са максималним попречним пресеком.. Због тога ће цена по метру цевовода са фиксном дебљином зида бити минимална - једноставно због мање потрошње материјала.
2. Округли део за максималну затезну чврстоћу. Чињеница је да сила са којом унутрашње окружење са прекомерним притиском притиска зидове директно је пропорционално њиховом подручју; и подручје, као што смо већ открили, је минимално само код округле цеви.

Унутрашња површина попречног пресека израчунава се помоћу формуле С = Пи * Р ^ 2, где је С жељена површина, Пи је број пи, приближно једнак 3.14159265, а Р је полупречник (половина унутрашњег пречника). На пример, за цев са унутрашњим пречником од 200 мм, дионица ће бити 3.14159265к (0.1 ^ 2) = 0.031 м2.

Пошто проток течности у кружној цеви није увек повезан са попуњавањем читавог волумена, концепт живе се често користи у прорачунима. Зове се област протока. На примјер, када пуњење цијеви тачно половина, то ће бити једнако (Пи * Р ^ 2) / 2 (у горе наведеном примеру, 0.031 / 2 = 0.00155 м2).

Волуме

Хајде да сазнамо колико је запремина течности у цеви. У погледу геометрије, свака цев је цилиндар. Његова запремина се рачуна као производ површине попречног пресека и дужине.

Дакле, са површином попречног пресека од 0,031 м2, запремина течности у пуном цевоводи дужине 8 метара биће једнака 0.031к8 = 0.248 м3.

За делимично напуњену цев, за израчунавање се користи просечни живе секције. Са константним нагибом и протоком, кретање течности кроз цеви ће бити равномерно; У складу са тим, ћивота ће бити иста у свим деловима цевовода који није под притиском.

Потрошња

Ми ћемо разумети како изгледа текућина течности кроз цев. Задатак има велику практичну вриједност: директно је повезан с прорачунима водовода са познатим бројем водоинсталатера.

Морате бити ожалошћени чињеницом да не постоји једноставан и универзални начин израчунавања. Зашто

Само зато што приликом израде пуног хидродинамичког прорачунавања с властитим рукама потребно је узети у обзир велики број фактора:

• Коефицијент трења унутрашње површине цеви. Очигледно је да ће чврсти челик обложен седиментом пружити много већу отпорност на кретање воде него глатки полипропилен.

• Дужина цевовода. Што је већа пролазност кроз течност, то је већи пад притиска услед успоравања протока према зидовима, већи је пад потрошње.
• Промјер цевовода утиче на проток вискозне течности кроз цијеви на много компликованији начин него што се чини. Што је мањи попречни пресек, већи је отпор цеви. Разлог је у томе што се промјер смањује, однос унутрашњег волумена и површине зида се мења.

Обрати пажњу! У дебелој цевоводи, део потока најближе зидовима делује као нека врста мазива за унутрашњост. У танком слоју, дебљина овог мазива је недовољна.

• На крају, сваки прелаз цевовода, прелаз промјера, сваки елемент затварача такође утиче на проток у њему, успоравајући проток.

Требало би схватити да сви ови фактори не утичу на резултат за неколико процената: на пример, за нову челичну цијев с полираном унутрашњом површином и за зарасле наслаге (чак и без узимања у обзир пад лумена), хидродинамичка отпорност се разликује за више од 200 пута.

За стручњаке, све потребне за хидраулички прорачун цјевовода, узимајући у обзир његову потпуну конфигурацију, материјал и старост, дате су у табелама Ф.А. Схевелева. На основу ових табела створени су многи онлине калкулатори који вам омогућавају да извршите прорачуне са различитим степеном поузданости.

Међутим, постоји једна празнина која вам омогућава да значајно поједноставите независне прорачуне. Код протока течности кроз рупу, занемарљив је у односу на цев за довод течности (што заправо посматрамо када радимо са већином водовода), примењује се Торрицеллиов закон.

Према овом закону, у описаном случају, формула В ^ 2 = 2гХ, где је В брзина протока у рупу, г је убрзање гравитације (9,78 м * с ^ 2), а Х је висина колоне изнад рупе или нешто исти, притисак испред њега.

Референца: 1 атмосфера (1 кгф / цм2) одговара притиску водене колоне од 10 метара.

Како је проток у отвору у корелацији са протоком? У нашем случају, инструкција прорачунавања је једноставна: запремина флуида једнака производу С, а проток В ће проћи кроз отвор са површином попречног пресека С

Нека, као пример, израчунамо проток воде кроз рупу са пречником од 2 центиметра при притиску од 10 метара, што одговара атмосфери вишка притиска.

1. В ^ 2 = 2 к 9,78 * 10 = 195,6
2. В је једнак квадратном корену од 195.6. Резултат (13,985706 м / с) за лакоћу израчунавања заокружује до 14 м / с.
3. Површина пресека рупе са пречником од два центиметра према горњој формули је 3.14159265 * 0.01 ^ 2 = 0.000314159265 м2.
4. Стога ће трошак износити 0.000314159265 * 14 = 0.00439822971 м3 / с. Ради лакшег превођења, преведемо га литара: пошто је 1 кубни метар једнак 1000 литри, у сувом остатку ће бити резултат од 4,4 литре у секунди.

За комплетност представљамо неке референтне податке.

Проток

Шта је израчунавање брзине протока течности у цеви? У случају да излази кроз рупу маленог пречника, примењује се горњи Торрицелли закон.

Међутим, у већини случајева проток течности у цеви се израчунава за дугачак цјевовод чији хидраулички отпор не може бити занемарен. Ако је тако - ми се суочавамо са истим проблемима: превише фактора утичу на брзину уз константну разлику у секцији.

Ситуација је у великој мјери поједностављена ако знамо трошак. За нестиснуте текућине важе једна формула за континуитетну једначину: К = Ав, где је К протицај воде у метрима у секунди, А је област пуног или живе секције, в је просечна брзина течности у цеви кружног одељка или било које друге форме.

Познавајући горе наведене референтне податке о потрошњи воде од стране санитарне опреме, лако је израчунати брзину протока у водоводној цеви познатог пречника.

Као пример, хајде да сазнамо колико ће се вода брзо премјестити у доводу цијеви за хладно воду са унутрашњим пречником од 15 мм (0,015 м) док пуните резервоар за одвод, користећи машину за прање судова и умиваоник.

1. Укупна потрошња воде уређаја према горе наведеној табели биће 0.1 + 0.3 + 0.12 = 0.52 л / с, односно 0.00052 м3 / с.
2. Површина пресека цеви је 3.14159265 к 0.0075 м ^ 2 = 0.000176714865625 м2.
3. Проток у метрима у секунди је 0.00052 / 0.000176714865625 = 2.96.

За референцу дају се неке вредности брзине воде у цјевоводима за различите сврхе.

Корисно: проток до 1,5 м / с сматра се пријатним и не узрокује убрзање абразивне ерозије зидова цевовода. Прихватљиво је привремено повећање брзине до 2,5 м / с.

Пречник и притисак

Још један интересантан аспект понашања течности у цеви је однос између брзине протока и статичког притиска у њему. Описује се Берноуловим законом: статички притисак је обратно пропорционалан брзини протока.

Практична примена овог закона укључена је у многе савремене механизме.

Ево неколико примера:

• Пнеуматски пиштољ за пиштање функционише управо због ретка дејства створеног у ваздушном млазу, која буквално исушује боју из резервоара и претвара га у преносиви аеросол на обојеној површини.
• У јединици лифта ку} е повезане са грејном водом, вакуум у млазу воде коју ствара млазница из доводног цевовода пролази кроз усисни дио воде од повратка у циклус поновног циркулације.

Закључак

Надамо се да читалац није пронашао наш мали излет у основе физике, геометрије и хидродинамике превише заморних. Као и обично, додатни тематски подаци могу се наћи у видео снимку овог чланка (погледајте и Димњаци: Инсталација и одржавање).

Успехи!