Падение напора в трубопроводе что это
Teplotehnika33.ru

Отопление и водоснабжение

Падение напора в трубопроводе что это

Падение напора в трубопроводе что это

В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале трубы насос потом идет манометр, который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр, который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце трубы, можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление, то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу. Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа. Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров. Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления.

Существует ряд методов, как рассчитать потерю напора не имея манометров на трубах. Ученые исследователи приготовили для нашего пользования замечательные формулы и цифры, которые нам пригодятся.

Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
λ-коеффициент гидравлического трения, находится дополнительными формулами о которых опишу ниже.
L-длина трубопровода измеряется в метрах.
D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с 2

А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.

Формулы нахождения этого коэффициента зависит от числа Рейнольдса и эквивалента шероховатости труб.

Напомню эту формулу (она применима только к круглым трубам):

V-Скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
D-Внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
ν-Кинематическая вязкость. Это обычно для нас готовая цифра, находится в специальных таблицах.

Далее находим формулу для нахождения коэффициента гидравлического трения по таблице:

Здесь Δэ — Эквивалент шероховатости труб. Эта величина в таблицах указывается в милиметрах, но вы когда будете вставлять в формулу обязательно переводите в метры. Вообще не забывайте соблюдать пропорциональность единиц измерения и не смешивайте в формулах разных типа [мм] с [м].

d-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости.

Также хочу подметить, что подобные величины по шероховатости бывают абсолютными и относительными или даже есть относительные коэффициенты. Поэтому когда если будете искать таблицы с величинами, то величина эта должа называться «эквивалентом шероховатости труб» и не как иначе, а то результат будет ошибочный. Эквивалент означает — средняя высота шероховатости.

В некоторых ячейках таблицы указаны две формулы, вы можете считать на любой выбранной, они почти дают одинаковый результат.

Таблица: (Эквивалент шероховатости)

Таблица: (Кинематическая вязкость воды)

А теперь давайте решим задачу:

Найти потерю напора по длине при движении воды по чугунной новой трубе D=500мм при расходе Q=2 м 3 /с, длина трубы L=900м, температура t=16°С.

Дано:
D=500мм=0.5м
Q=2 м 3 /с
L=900м
t=16°С
Жидкость: H2O
Найти: h-?

Решение: Для начала найдем скорость потока в трубе по формуле:

Сдесь ω — площадь сечения потока. Находится по формуле:

ω=πR 2 =π(D 2 /4)=3.14*(0,5 2 /4)=0,19625 м 2

Далее находим число Рейнольдса по формуле:

Re=(V*D)/ν=(10,19*0.5)/0,00000116=4 392 241

ν=1,16*10 -6 =0,00000116. Взято из таблицы. Для воды при температуре 16°С.

Δэ=0,25мм=0,00025м. Взято из таблицы, для новой чугунной трубы.

Далее сверяемся по таблице где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

Далее завершаем формулой:

h=λ*(L*V 2 )/(D*2*g)=0,01645*(900*10,19 2 )/(0,5*2*9,81)=156,7 м.

Ответ: 156,7 м. = 1,567 МПа.

Давайте рассмотрим пример, когда труба идет вверх под определенным углом.

В этом случае нам к обычной задаче нужно прибавить высоту(в метрах) к потери напора. Если труба будет идти на спуск в низ, то тут необходимо вичитать высоту.

Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:

Что такое потери напора?

Третья статья в цикле статей по теоретическим основам гидравлики посвящена определению потерь напора.

Как рассказывалось ранее, при своем движении жидкость испытывает сопротивление, что выражается затратами ее энергии, т.е. затратами ее напора, что называют потерями напора.

Потери напора принципиально делятся на два типа:

  1. Местные (на рисунке обведены красным)
  2. Потери по длине (на рисунке подчеркнуты зеленым)

Местные потери конкретно на данном рисунке: поворот, задвижка (условное обозначение по ГОСТ – «бантик»), еще один поворот и внезапное (т.е. не плавное) расширение.

1. Местные потери напора (говорят также потери напора на местные сопротивления) – это потери напора, которые происходят в основном из-за вихреобразования в конкретных местах трубопровода (потому и «местные»). Любое препятствие на пути движения потока жидкости является местным сопротивление. Чем сильнее деформируется поток, тем больше будет потеря напора. Например, на рисунке ниже показано внезапное сужение трубопровода. Хорошо видны 4 вихревые зоны до и после сужения.

(говорят также потери напора на местные сопротивления) – это потери напора, которые происходят в основном из-за вихреобразования в конкретных местах трубопровода (потому и «местные»). Любое препятствие на пути движения потока жидкости является местным сопротивление. Чем сильнее деформируется поток, тем больше будет потеря напора. Например, на рисунке ниже показано внезапное сужение трубопровода. Хорошо видны 4 вихревые зоны до и после сужения.

Читать еще:  Как устроен фильтр для очистки воды?

Местную потерю напора можно определить, зная коэффициент сопротивления для данного сопротивления (обозначается буквой дзэта ζ, не имеет размерности) и среднюю скорость потока в сопротивлении V.

(g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 , для быстрых подсчетов можно округлить до 10 м/с 2 )

Пример. Определить потерю напора в вентиле, установленном на трубе внутренним диаметром d = 51 мм, при расходе Q = 2 л/с.

Сначала по уравнению неразрывности (ссылка на статью 2) определим среднюю скорость движения жидкости.

V = Q / ω = 4 · Q / 3,14 · d² = 4 · 0,002 / 3,14 · 0,051² = 0,98 м/с

Теперь необходим коэффициент сопротивления вентиля. Такие данные берут из гидравлических справочников или у производителей конкретной арматуры. По справочным данным находим, что коэффициент местного сопротивления вентиля равен 6.

Тогда потеря напора на вентиле: hвент = ζ · V²/ 2 · g = 6 · 0,98² / 2 · 10 = 0,29 м.

Иллюстрация местных потерь напора

При расчете трубопроводных систем (внутренний водопровод здания, наружная водопроводная сеть и т.п.) обычно высчитывают не все сопротивления (так как их может быть очень много), а только самые существенные, создающие наибольшие сопротивления: например, счетчик воды. Потеря напора на остальных местных сопротивлениях учитывается коэффициентом, на который умножается значение потерь напора по длине (1,05 – 1,15 для наружных сетей, 1,1 – 1,3 для внутренних сетей здания).

2. Потери напора по длине – потери напора на участках трубопровода. Возникают из-за работы сил трения. (сила трения возникает между слоями движущейся жидкости). Величина потерь напора, также, как и местных потерь, напрямую зависит от скорости движения жидкости. При достаточно высокой скорости усиливается влияние шероховатости стенок трубы.

Потерю напора по длине можно увидеть по разнице в уровнях воды между двумя пьезометрами

Точное определение потерь напора по длине является довольно сложной задачей, для этого необходимо устанавливать режим движения жидкости (бывает ламинарный и турбулентный), подбирать расчетную формулу для коэффициента гидравлического трения в зависимости от числа Рейнольдса Re, характеризующего степень турбулизации потока. Это изучается студентами в рамках курса механики жидкости.

При этом для быстрого расчета потерь напора были составлены специальные таблицы для инженеров, позволяющие, зная материал трубы и ее диаметр, а также расход воды, быстро определить так называемые удельные потери напора (сколько напора теряется на 1 м трубы). Эта величина называется 1000i, значение 1000i = 254 означает, что поток, проходя 1 м такой трубы теряет 254 мм (миллиметра) напора, т.е. 0,254 метра. Это значение также называется «гидравлический уклон», и это нельзя путать с геодезическим, т.е. просто с физическим уклоном (наклоном) самой трубы. Для расчета стальных труб используют таблицы Шевелева

Фрагмент этих таблиц представлен на рисунке ниже.

Например, из данного фрагмента видно, что если вода с расходом 1,50 л/с пойдет по трубе диаметром 50 мм, то скорость в этой трубе будет 0,47 м/с, а 1000i составит 9,69 мм на метр (на каждом метре трубы теряется 9,69 миллиметров напора).

Чтобы определить, сколько метров напора будет потеряно на всем участке – нужно перемножить 1000i с длиной участка. Чтобы ответ получился в метрах, 1000i делят на 1000.

Итак, потери напора по длине: hl = 1000i·l / 1000 = i·l

Если наш участок трубы имеет длину, скажем, 25 метров, то потеря напора на нем:

hl = 9,69*25/1000 = 0,24 м.

Учтем и местные сопротивления, тогда полная потеря напора на данном участке:

Таблицы были переведены в электронный вид в виде программы, созданной студентом Любчуком Ю.Е. Загрузить программу можно с нашего сайта. С помощью этой программы, можно легко посчитать потери напора в трубах из различных материалов. В следующей статье подробно опишем, как пользоваться данной программой на задаче из жизни.

Подробно о давлении воды в трубах

Водный напор в системе водоснабжения — важнейший показатель качественного выполнения коммунальными службами своих обязанностей. Какой он должен быть и каков он на самом деле?

В чем измеряется и как его проверить самостоятельно? На эти и некоторые другие вопросы постараемся дать ответы, — это поможет лучше контролировать благополучие своей квартиры и улучшить ее комфорт.

Что это такое?

Чтобы водопровод исправно функционировал, службы водоканала постоянно поддерживают в нем определенное давление.

Напор измеряется физической величиной, равной силе воздействия воды на стенки трубопровода.

С помощью него от водоснабжения добиваются такого состояния, при котором он будет полноценно функционировать без риска наступления аварийных ситуаций:

  1. прорыва труб,
  2. запорной арматуры
  3. различного сантехнического оборудования.

Обозначение напора в трубопроводе

Традиционно давление измеряют в Паскалях (Па), однако в сфере водоснабжения приняты и другие условные обозначения, — при этом в разных странах они отличаются:

  • В России давление принято измерять в кгс/см². 100 кгс/см² тождествено 980,67 Па.
  • В европейских странах применяют другую условную единицу – бар, который равен 10⁵ Па.
  • В Англии и США используют обозначение psi, что соответствует 6,87 кПа.

Также давление измеряют в технических атмосферах и миллиметрах ртутного столба.

Соотношение величин разных обозначений приведено в следующей таблице:

Зависимость скорости от напора

В водоснабжении существует одна весьма важна взаимосвязь – зависимость давления от скорости воды в трубопроводе. Данное свойство подробно описано в физическом законе Бернулли. Подробно рассматривать его мы не будем, но укажем лишь на его суть — при увеличении скорости течения воды её давление в трубе снижается.

Так вышло, что не все сантехнические приборы рассчитаны на эксплуатацию при высоком напоре, в большинстве случаев они ограничены 5-6 атмосферами, — иначе повышенных износ и преждевременный выход из строя.

В центральных магистралях этот показатель значительно выше – может достигать 15 атмосфер, а потому для его снижения при подключении внутренних систем используют трубы меньшего диаметра.

Какая мощность в системе ГВС и ХВС?

Давление воды в многоэтажных домах, подключенных к центральной водопроводной сети, не постоянно.

Читать еще:  Как загерметизировать стык ванны со стеной

Оно зависит от таких факторов, как этажность дома или время года, — так в летний сезон, особенно в многоэтажных домах становиться особо ощутима нехватка холодной воды, которая в это время идет на полив придомовых или приусадебных участков.

Муниципальные службы на практике стараются держать уровень на средних показателях в 3-4 атмосферы, правда, не всегда успешно. Минимальные показатели, при котором трубопровод дома может функционировать (и для ХВС, и для ГВС), составляют 0.3 бара на один этаж.

Объясняется это просто – холодная вода используется активней, поскольку нужна для функционирования канализации. Поэтому максимальные показатели для ХВС будут 6 атмосфер, а для ГВС – 4.5 атмосферы.

Какие показатели считаются нормой (по ГОСТу, СНиП)?

Водоснабжение регулируется следующими нормативным актами:

В соответствии с этими документами свободный напор в водопроводной сети на вводе в здание напрямую зависит от его этажности, — для одноэтажных построек этот показатель приравнивается к 1 атмосфере, что соответствует 10-ти метрам водонапора.

В многоэтажных домах это значение увеличивается на 4 метра на каждый этаж здания. В ночное время входящее давление может быть снижено до отметки в 3 метра.

Давление холодной воды должно находиться в пределах от 0.3 до 6 атмосфер, горячей – от 0.3 до 4,5.

Как узнать мощность: пошаговая инструкция

Наиболее точным способом определить давление водопровода может стать встроенный манометр, — его устанавливают на входе во внутреннюю сеть сразу после запорной арматуры с фильтром.

Если такое оборудование не установлено, то можно изготовить переносной его аналог самостоятельно.

Для того понадобится:

  • манометр до 6 атмосфер;
  • резьбовой удлинитель;
  • переходник (при необходимости);
  • фумлента;
  • разводной ключ.

Порядок работ:

  1. К манометру присоединяют резьбовой удлинитель, на который крепят переходник (при необходимости). Для точности производимых измерений с помощью фумленты достигают герметичности соединений.
  2. От с шланга душа отсоединяют лейку и прикручивают подготовленный ранее манометр, — соединение герметизируют фумлентой.
  3. Полностью открывают кран-буксу душа и снимают показания с манометра.

Этот способ является наиболее точным, однако если требуется срочно узнать давление, а манометра под рукой нет, то можно применить другой, правда, менее точный метод: определение давления по расходу воды.

Порядок проведения измерений:

  1. 3-литровую емкость подставляют под предварительно открытый на полную мощность кран.
  2. Одновременно с этим засекают время на секундомере и фиксируют: за сколько наполнится емкость.
  3. Полученное время сверяют с табличными данными и устанавливают давление.

Таблица: зависимость давления от расхода воды:


В видео наглядно показано, как можно измерить давление воды самостоятельно:

Как посчитать потерю?

Потеря давления в водопроводной сети происходит по следующим причинам (засоры и ржавчина труб не рассматриваются):

  1. Сопротивление трубы на прямых участках.
  2. Местное сопротивление (изгибы, клапана и т.п.).

Для удобства подсчетов существуют онлайн-калькуляторы, которые в считанные секунды позволяют выяснить уровень падения давления в трубопроводе. Также для решения этой задачи можно воспользоваться специальными табличными данными.

Расчет на прямых участках

Для расчета потерь нужно выяснить:

  • расход воды;
  • материал трубопровода, его диаметр и длину.

Выбрав нужное значение в таблице и выяснить величину снижения давления.

Табличные данные для полипропиленовых труб, — для металлических труб в вычисления нужно добавить поправочный коэффициент 1,5. Если длина трубы меньше 100 метров, то результат умножается на коэффициент длины. Так для металлической трубы с диаметром 50 мм, длиной 35 метров и расходом воды в 6.0 м³/ч получится следующий результат: 1,6*0,35*1,5=0,84 мвс.

На местах

Также потери происходят на поворотах и изгибах трубопровода, а также в местах нахождения запорной арматуры и фильтров.

Для расчетов существует специальная таблица, чтобы ей воспользоваться нужно узнать скорость потока воды в трубе, — вычисляется это следующим образом: расход нужно разделить на площадь сечения трубы.

Как заглушить трубу с водой под давлением?

Поставить заглушку на трубу – дело не хитрое, если делать это без напора.

Но когда воду нельзя перекрыть, то многие подумают, что сделать это невозможно. Однако это не так.

Обычную заглушку поставить не получится, так как сильный напор не даст возможность даже наживить её на резьбу.

Но если воспользоваться вместо неё обычным водопроводным краном, то всё получится.

Метод заключается в том, чтобы кран, который будет заглушать трубу, перевести в открытый режим, — вода будет проходить сквозь него и тем самым даст возможность его наживить на резьбу трубы. Как только кран-заглушка будет наживлен и закручен на несколько витков, его можно перекрывать.

Перед работами нужно убедиться в том, что ничто не помешает выполнению работ, а также подготовить емкость для набора воды, тряпочную ветошь для уборки (чтоб не протопить соседей).

Этим методом можно воспользоваться даже в случае, если заглушаемая труба будет без резьбы, — тогда на кран-заглушку нужно надеть гибкий шланг, который бы налезал на трубу.

Кран, как и в первом случае, нужно полностью открыть, а шланг одевать на трубу — крепить его нужно на один-два хомута. После этого можно окончательно перекрывать воду.

Заключение

В многоэтажных домах существует проблема не только с пониженным, но и с избыточным давлением, — это случается с квартирами на первых этажах дома, например, когда система не зонирована или при разовом нарушении режима водоснабжения коммунальными службами.

Поэтому навык самостоятельного замера мощности в водопроводе квартиры приобретает особую ценность, поскольку позволяет своевременно выявить превышение давления и дать знать службам водоканала соответствующий сигнал, что предотвратит аварийную ситуацию и преждевременный выход сантехнического оборудования.

Гидравлическое сопротивление труб

Гидравлическое сопротивление – это сопротивление движению потока рабочей среды, которое оказывается со стороны трубопроводной системы и оценивается количеством потерянной удельной энергии, безвозвратно расходуемой на работу сил трения. При этом гидропотери могут возникать в результате:

  • Трения по длине. Даже на прямых отрезках трубопровода создаётся противодействие движущемуся потоку. Это возникает на фоне появления сил вязкого трения. Причём с увеличением длины прямолинейного участка повышается сопротивление внутри трубопровода на данном участке.
  • Местных факторов. Это могут быть повороты, различные сужения, тройники, краны и прочее.
Читать еще:  Как врезаться в канализационную пластиковую трубу?

Расчет гидравлического сопротивления и его роль

Любая трубопроводная коммуникация имеет не только прямолинейные участки, но и повороты, ответвления, для создания которых используются различные фитинги. А для регулирования потока рабочей среды устанавливается запорная арматура. Всё это создаёт сопротивление, поэтому очень важно перед тем, как приступать к монтажу трубопровода, необходимо выполнить ряд расчётов, в том числе определить гидравлическое сопротивление. Это позволит в будущем сократить теплопотери и, соответственно, избежать лишних энергозатрат.

Гидравлический расчёт выполняется с целью:

  • Вычисления потерь давления на конкретных отрезках системы отопления;
  • Определения оптимального диаметра трубопровода с учётом рекомендованной скорости перемещения рабочего потока;
  • Расчёта тепловых потерь и величины наименьшего давления в трубопроводе;
  • Правильного выполнения увязки параллельно расположенных гидравлических ветвей и закреплённой на ней запорной арматуры.

Во время движения по замкнутому контуру рабочему потоку приходится преодолевать определённое гидравлическое сопротивление. Причём с увеличением его значения, должна увеличиваться мощность насоса. Только правильные расчёты помогут выбрать оптимальный вариант насоса. Нет смысла покупать слишком мощное оборудования для трубопроводов с низким гидравлическим сопротивлением, ведь, чем больше мощность, тем выше энергозатраты.

А если мощность будет, наоборот, недостаточной, то насосное оборудование не сможет обеспечить достаточный напор теплоносителя, что приведёт к увеличению тепловых потерь.

Коэффициент гидравлического сопротивления трубы

Это безмерная величина, показывающая, каковы потери удельной энергии.

Ламинарное перемещение рабочего потока

При ламинарном (равномерном) перемещении рабочей среды по трубопроводу круглого сечения потери давления по длине вычисляется по формуле Дарси-Вейсбаха:

— потери давления по длине;

— коэффициент гидравлического сопротивления;

v – скорость движения рабочей среды;

g – ускорение силы тяжести;

d – диаметр трубопроводной магистрали.

Практически определено, что на коэффициент гидравлического сопротивления непосредственное влияние оказывает число Рейнольдса (Re) – безмерная величина, которая характеризует поток жидкости и выражается отношением динамического давления к касательному напряжению.

Если Re меньше, чем 2300, то для расчёта применяется формула:

Для трубопроводов в форме круглого цилиндра:

Для трубопроводных коммуникаций с другим (не круглым) сечением:

Где А=57 – для квадратных труб.

Турбулентное течение рабочего потока

При турбулентном (неравномерном, беспорядочном) перемещении рабочего потока коэффициент сопротивления вычисляют опытным путём, как функцию от Re. Если необходимо определить коэффициент гидравлического сопротивления для магистрали круглого сечения с гладкими поверхностями при

, то для расчёта применяется формула Блаузиуса:

В случае турбулентного перемещения рабочей среды на величину коэффициента трения влияет число Рейнольдса (характер течения) и насколько гладкая внутренняя поверхность трубопроводной коммуникации.

Коэффициент местного сопротивления

Это безмерная величина, которая устанавливается экспериментальным путём с помощью формулы:

– коэффициент местного сопротивления;

– потеря напора;

– отношение скорости потока к ускорению силы тяжести – скоростной поток.

При неизменной скорости перемещения рабочей среды по всему сечению применяется формула:

, где

– энергия торможения.

Падение напора в трубопроводе что это

Группа: Участники форума
Сообщений: 30
Регистрация: 26.11.2013
Пользователь №: 214479

Добрый день всем,
Засели у меня в голове два вопроса по гидралике, нигде не смог найти ответ на них, подскажите если не затруднит(не ругайте если было, не нашел в поиске)

1. При расчете потерь напора в трубопроводе на вертикальных участках трубы всегда брал высоту в качестве потерь и много где об этом говорится, что якобы так и должно быть, но что-то меня в этом смущает, например если взять две трубы разного диаметра, но одной высоты и пустить по ним одинаковый расход разве потери будут одинаковыми?

2. Представим насос с каким-то расходом и напором 30 метров, он качает воду по трубе высотой 50 метров, водоразбора с нее нет, просто труба 50 метров высотой без каких либо запорных устройств на конце, вода встанет на уровне 30 метров и дальше не пойдет? И что в этом случае будет происходить с насосом?

Группа: Участники форума
Сообщений: 647
Регистрация: 25.2.2011
Пользователь №: 95959

Видимо, какой-то забавный у Вас расчёт.

У насоса напор 30 метров при нулевом расходе?
Да, вода встанет на высоте 30 метров. Для центробежного насоса этот режим — холостой ход. Вода в улитке будет нагреваться.

Сообщение отредактировал Смит — 15.5.2017, 19:22

Группа: Участники форума
Сообщений: 647
Регистрация: 25.2.2011
Пользователь №: 95959

Группа: Участники форума
Сообщений: 2920
Регистрация: 2.1.2009
Из: Львов Украина
Пользователь №: 27322

Добрый день всем,
Засели у меня в голове два вопроса по гидралике, нигде не смог найти ответ на них, подскажите если не затруднит(не ругайте если было, не нашел в поиске)

1. При расчете потерь напора в трубопроводе на вертикальных участках трубы всегда брал высоту в качестве потерь и много где об этом говорится, что якобы так и должно быть, но что-то меня в этом смущает, например если взять две трубы разного диаметра, но одной высоты и пустить по ним одинаковый расход разве потери будут одинаковыми?

2. Представим насос с каким-то расходом и напором 30 метров, он качает воду по трубе высотой 50 метров, водоразбора с нее нет, просто труба 50 метров высотой без каких либо запорных устройств на конце, вода встанет на уровне 30 метров и дальше не пойдет? И что в этом случае будет происходить с насосом?

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector