Tekočina v cevi: vprašanja in odgovori

Tema tega članka je tekočina v cevi. Seznaniti se moramo s fizičnimi zakoni in formulami, ki opisujejo njeno gibanje, hitrost in prostornino. Trudili se bomo, da ne bomo šli v divje kompleksne izračune: naša naloga je opisati tiste vzorce, ki bodo razumljivi in ​​dostopni za računanje za osebe, ki so daleč od hidrodinamike.

Začnimo torej.

Dimenzije

Premer

Pri vodovodnih in plinskih ceveh imamo opravka s povsem običajnim merilnim sistemom. Za posamezne cevovode je kot glavni parameter uporabljen nekoliko nenavaden koncept pogojnega prehoda ali nominskega premera (DU). Izmeri se v obeh centimetrih in milimetrih; enaka VGP cev se lahko prodaja kot 1 1/4 palcev ali DU32 mm.

Sklic: kot merilo dolžine v tem primeru se uporablja britanski palec, ki je enak 2,54 centimetra. Pri pretvorbi inč na milimetre je treba upoštevati korak nominalnih premerov, ki jih določa GOST; tako da v zgornjem primeru preprost ponovni izračun 1 1/4 palcev v milimetre ne bo dal 32, ampak 1,25x2,54 = 31,75 mm.

Nudimo dimenzije cevi za vodo in plin, ki jih določa GOST 3262-75.

Ker debelina stene varira v enaki velikosti (cevi so lahke, navadne in ojačane), lahko rečemo, da je DU na splošno blizu notranjemu premeru, vendar praviloma ni enako.

Oddelek

Pri gradnji cevi za vodo se uporabljajo redke izjeme, okrogle cevi.

Obstajata dva zelo dobra razloga za to.

1. Okrogla cev ima minimalno steno z največjo površino prečnega prereza.. Zato bo cena na meter cevovoda s fiksno debelino stene minimalna - preprosto zaradi manjše porabe materiala.
2. Okrogli del za največjo natezno trdnost. Dejstvo je, da sila, s katero notranji prostor s prekomernim pritiskom pritiska na stene, je neposredno sorazmeren z njihovim območjem; in območje, kot smo že ugotovili, je minimalen samo na okrogli cevi.

Notranji prečni prerez se izračuna po formuli S = Pi * R ^ 2, kjer je S želena površinska vrednost, Pi je število pi, približno enako 3,14159265, R pa polmer notranjega premera. Na primer, za cev z notranjim premerom 200 mm je del 3.14159265x (0.1 ^ 2) = 0,031 m2.

Ker pretok tekočine v krožni cevi ni vedno povezan s polnjenjem celotnega volumna, se v izračunih pogosto uporablja koncept živega dela. Tako imenovano območje pretoka. Na primer, pri polnjenju cevi natančno polovico, bo enak (Pi * R ^ 2) / 2 (v zgornjem primeru, 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

Volumen

Ugotovimo, kakšna je količina tekočine v cevi. V smislu geometrije je katera koli cev valja. Njegova prostornina se izračuna kot produkt površine in dolžine preseka.

Torej, s prečnim prerezom 0,031 m2, je prostornina tekočine v celoti napolnjenem cevovodu dolžine 8 metrov enaka 0,031x8 = 0,248 m3.

Pri delno napolnjeni cevi se za izračun uporablja povprečni del v živo. S konstantnim nagibom in pretokom bo gibanje tekočine skozi cevi enakomerno; Skladno s tem bo življenjski odsek enak v vseh odsekih cevovoda brez tlaka.

Potrošnja

Razumeli bomo, kako izgleda pretok tekočine skozi cev. Naloga ima veliko praktično vrednost: neposredno se nanaša na izračune vodovodnih cevovodov z znanim številom vodovodnih napeljav.

Morate biti žalostni zaradi dejstva, da ni preproste in univerzalne metode izračunavanja. Zakaj

Samo zato, ker pri polnem hidrodinamičnem izračunu z lastnimi rokami upoštevate številne dejavnike:

• Koeficient trenja notranje površine cevi. Očitno je, da je surovo prevlečeno jeklo, ki je prevlečeno s sedimentom, veliko bolj odporno proti premikanju vode kot gladki polipropilen.

• Dolžina cevovoda. Čim večja je razdalja skozi tekočino, večji je padec tlaka zaradi upočasnitve pretoka proti stenam, večje je zmanjšanje porabe.
• Premer cevovoda vpliva na pretok viskozne tekočine skozi cevi na veliko bolj zapleten način, kot se morda zdi. Manjši je prečni prerez, večji je upor cevi. Razlog je v tem, da se s spreminjanjem premera razmerje med notranjim volumnom in površino stene spremeni.

Bodite pozorni! V debelem cevovodu se del toka, ki je najbližji stenskim delom, deluje kot nekakšno mazivo za notranjost. V tankem sloju je debelina tega maziva nezadostna.

• Nazadnje, vsak obrat cevovoda, prehod premera, vsak element zapornega ventila vpliva tudi na pretok v njem, upočasnjuje pretok.

Treba je razumeti, da vsi ti dejavniki ne vplivajo na rezultat za nekaj odstotkov: na primer, za novo jekleno cev z polirano notranjo površino in za poraščene depozite (tudi brez upoštevanja padca lumena) se hidrodinamična upornost razlikuje za več kot 200-krat.

Za strokovnjake so vse potrebne za hidravlični izračun cevovoda, ob upoštevanju njene popolne konfiguracije, materiala in starosti, navedene v tabelah F.A. Sheveleva. Na podlagi teh tabel je bilo ustvarjenih veliko spletnih kalkulatorjev, ki omogočajo izračune z različno stopnjo zaupanja.

Vendar obstaja ena vrzel, ki vam omogoča bistveno poenostavitev neodvisnih izračunov. Pri pretoku tekočine skozi luknjo, zanemarljivo v primerjavi s cevjo za dovajanje tekočine (ki jo dejansko opazujemo pri delu z večino vodovodnih naprav), velja Torricelliov zakon.

Po tem zakonu je v opisanem primeru formula V ^ 2 = 2gH, kjer je V pretočna hitrost v luknji, g je pospešek gravitacije (9,78 m * s ^ 2) in H je višina stolpca nad luknjo ali nekaj enako, tlak pred njim.

Sklic: 1 atmosfera (1 kgf / cm2) ustreza tlaku vodnega stolpa 10 metrov.

Kako je hitrost pretoka v luknji povezana s pretokom? V našem primeru je računsko navodilo enostavno: prostornina tekočine, enaka produktu S, in pretoka V skozi luknjo skozi površino prečnega prereza S

Vzemimo, na primer, pretok vode skozi luknjo s premerom 2 centimetra pri tlaku 10 metrov, ki ustreza eni atmosferi presežnega tlaka.

1. V ^ 2 = 2 x 9,78 * 10 = 195,6
2. V je enak kvadratnemu korenu 195.6. Rezultat (13,985706 m / s) za lažje izračuna je zaokrožen do 14 m / s.
3. Površina preseka luknje s premerom dveh centimetrov po zgornji formuli je 3.14159265 * 0.01 ^ 2 = 0.000314159265 m2.
4. Stroški bodo torej enaki 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s. Za udobje jo bomo prevedli v litre: ker je 1 kubični meter enak 1000 litrov, bo v suhem ostanku rezultat 4,4 litra na sekundo.

Za popolnost predstavljamo nekaj referenčnih podatkov.

Pretok

Kakšen je izračun hitrosti pretoka tekočine v cevi? V primeru izteka skozi luknjo majhnega premera velja zgoraj navedeni zakon Torricelli.

Vendar je v večini primerov stopnja pretoka tekočine v cevi izračunana za dolg cevovod, katerega hidravlične upornosti ni mogoče zanemariti. Če je tako, se soočamo z istimi težavami: preveč dejavnikov vpliva na hitrost s konstantno razliko v oddelku.

Stanje je zelo poenostavljeno, če poznamo stroške. Za nestisljive tekočine je veljavna enačba za kontinuiteto: Q = Av, kjer je Q vodni tok v metrih na sekundo, je območje polnega ali živega dela, v je povprečna hitrost tekočine v cevi krožnega prereza ali katerekoli druge oblike.

Poznavanje zgornjih referenčnih podatkov o porabi vode s strani sanitarne opreme je enostavno izračunati hitrost pretoka v vodni cevi znanega premera.

Na primer, ugotovimo, kako hitro bo voda premaknila v hladno vodovodno cev z notranjim premerom 15 mm (0,015 m) ob polnjenju odtočne posode s pomivalnim pomivalnim strojem in umivalnikom.

1. Skupna poraba vode v napravi po zgornji tabeli bo 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s ali 0,00052 m3 / s.
2. Prečni prerez cevi je 3.14159265 x 0.0075 m ^ 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Pretok v metrih na sekundo je 0.00052 / 0.000176714865625 = 2.96.

Za sklicevanje podamo nekatere vrednosti hitrosti vode v cevovodih za različne namene.

Uporabno: hitrost pretoka do 1,5 m / s se smatra za udobno in ne povzroča pospeševanja abrazivne erozije zidov cevovoda. Sprejemljivo je začasno povečanje hitrosti do 2,5 m / s.

Premer in tlak

Še en zanimiv vidik obnašanja tekočine v cevi je razmerje med hitrostjo toka in statičnim tlakom v njej. Opisana je po Bernoulijevem zakonu: statični tlak je obratno sorazmeren hitrosti toka.

Praktična uporaba tega zakona je vključena v številne sodobne mehanizme.

Tukaj je nekaj primerov:

• Pnevmatska brizgalna pištola deluje ravno zaradi razkroja, ustvarjenega v zračnem curku, ki dobesedno sesati barvo iz rezervoarja in jo pretvori v prenosni aerosol na poslikani površini.
• V dvigalski enoti hiše, ki je priključena na ogrevalni vod, vakuum v vodnem curku, ki ga ustvari šoba iz dovodnega cevovoda, poteka skozi sesalni del vode od vračanja v ponavljajoči se cikel cirkulacije.

Zaključek

Upamo, da bralec našega majhnega izleta v osnove fizike, geometrije in hidrodinamike ni preveč zapleten. Kot ponavadi so v tem članku na voljo dodatni tematski podatki (glej tudi dimne cevi: namestitev in vzdrževanje).

Uspehi!