Výpočet průměru potrubí průtokem, závislost průtoku na tlaku

Aby bylo možné správně nainstalovat strukturu zásobování vodou, při zahájení vývoje a plánování systému je nutné vypočítat průtok vody potrubím.

Na získaných datech závisí základní parametry domovní vodárny.

V tomto článku se čtenáři budou moci seznámit se základními technikami, které jim pomohou samostatně vypočítat jejich vodovodní systém.

Jak vypočítat požadovaný průměr potrubí

Účel výpočtu průměru potrubí průtokem: Stanovení průměru a průřezu potrubí na základě údajů o průtoku a rychlosti podélného pohybu vody.

Provést takový výpočet je poměrně obtížné. Je třeba vzít v úvahu spoustu nuancí souvisejících s technickými a ekonomickými údaji. Tyto parametry jsou vzájemně propojeny. Průměr potrubí závisí na typu kapaliny, která jím bude čerpána.

Pokud zvýšíte rychlost proudění, můžete snížit průměr potrubí. Spotřeba materiálu se automaticky sníží. Instalace takového systému bude mnohem jednodušší a náklady na práci klesnou.

Zvýšení pohybu proudění však způsobí tlakové ztráty, které vyžadují vytvoření dodatečné energie pro čerpání. Pokud jej omezíte příliš, mohou se dostavit nežádoucí následky.

Pomocí níže uvedených vzorců můžete vypočítat průtok vody v potrubí a určit závislost průměru potrubí na průtoku kapaliny.

Při návrhu potrubí je ve většině případů okamžitě specifikován průtok vody. Dvě množství zůstávají neznámá:

• Průměr potrubí;
• Průtok.

Je velmi obtížné provést kompletní technicko-ekonomickou kalkulaci. To vyžaduje odpovídající technické znalosti a spoustu času. Pro usnadnění tohoto úkolu při výpočtu požadovaného průměru potrubí použijte referenční materiály. Uvádějí hodnoty nejlepšího průtoku získaného experimentálně.

Konečný výpočetní vzorec pro optimální průměr potrubí je následující:

d = √ (4Q/Πw)
Q – průtok čerpané kapaliny, m3/s
d – průměr potrubí, m
w – rychlost proudění, m/s

Vhodná rychlost kapaliny v závislosti na typu potrubí

Především se berou v úvahu minimální náklady, bez kterých není možné čerpat kapalinu. Kromě toho je třeba zvážit náklady na potrubí.

Při výpočtech musíte vždy pamatovat na rychlostní limity pohybujícího se média. V některých případech musí velikost hlavního potrubí splňovat požadavky stanovené v technologickém postupu.

Na rozměry potrubí mají vliv i případné tlakové rázy.

Při předběžných výpočtech se neberou v úvahu změny tlaku. Návrh procesního potrubí je založen na přípustné rychlosti.

Při změnách směru pohybu v navrženém potrubí začne povrch potrubí podléhat vysokému tlaku směrovanému kolmo na pohyb proudění.

Tento nárůst je spojen s několika ukazateli:

• rychlost tekutiny;
• Hustota;
• Počáteční tlak (tlak).

Navíc je rychlost vždy nepřímo úměrná průměru trubky. Proto vysokorychlostní kapaliny vyžadují správnou volbu konfigurace a správný výběr rozměrů potrubí.

Pokud je například čerpána kyselina sírová, je rychlost omezena na hodnotu, která nezpůsobí erozi na stěnách ohybů potrubí. Díky tomu se struktura potrubí nikdy nepoškodí.

Rychlost vody ve vzorci potrubí

Objemový průtok V (60 m³/hod nebo 60/3600 m³/sec) se vypočítá jako součin rychlosti proudění w a průřezu potrubí S (a průřez se zase vypočítá jako S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Z toho dostaneme w = 4V/(3.14 d²). Nezapomeňte převést průměr z milimetrů na metry, to znamená, že průměr bude 0.159 m.

Vzorec spotřeby vody

Obecně je metodika měření průtoku vody v řekách a potrubích založena na zjednodušené podobě rovnice kontinuity pro nestlačitelné tekutiny:

Průtok vody stolem potrubí

Průtok versus tlak

Neexistuje žádná taková závislost průtoku kapaliny na tlaku, ale existuje závislost na tlakovém rozdílu. Vzorec je odvozen jednoduše. Existuje obecně uznávaná rovnice pro pokles tlaku, když kapalina proudí v potrubí Δp = (λL/d) ρw²/2, λ je koeficient tření (hledaný v závislosti na rychlosti a průměru potrubí podle grafů nebo odpovídajících vzorců), L je délka potrubí, d je jeho průměr, ρ je hustota kapaliny, w je rychlost. Na druhé straně existuje definice průtoku G = ρwπd²/4. Z tohoto vzorce vyjádříme rychlost, dosadíme ji do první rovnice a najdeme závislost průtoku G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT je druhá odmocnina.

Součinitel tření se zjistí výběrem. Nejprve nastavíte určitou hodnotu rychlosti kapaliny z lucerny a určíte Reynoldsovo číslo Re=ρwd/μ, kde μ je dynamická viskozita kapaliny (nepleťte si to s kinematickou viskozitou, to jsou různé věci). Podle Reynoldse hledejte hodnoty koeficientu tření λ = 64/Re pro laminární režim a λ = 1/(1.82 lgRe – 1.64)² pro turbulentní režim (zde lg je dekadický logaritmus). A vezmete si hodnotu, která je vyšší. Jakmile zjistíte rychlost proudění kapaliny a rychlost, budete muset celý výpočet zopakovat znovu s novým koeficientem tření. A tento přepočet opakujete, dokud se hodnota rychlosti určená pro určení koeficientu tření neshoduje do určité míry s chybou s hodnotou, kterou zjistíte z výpočtu.