Давление в трубопроводе формула
Расчет диаметра трубопровода по расходу, зависимость расхода от давления
Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.
От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.
В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.
Содержание
- 1 Как рассчитать необходимый диаметр трубы
- 2 Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода
- 3 Скорость воды в трубопроводе формула
- 4 Формула расхода воды
- 5 Зависимость расхода от давления
Как рассчитать необходимый диаметр трубы
Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.
Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.
Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.
Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.
С помощью формул ниже можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода жидкости.
Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:
- Диаметр трубы;
- Скорость потока.
Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами.
В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.
Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:
d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с
Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода
Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.
При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.
Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.
Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.
Такое увеличение связано с несколькими показателями:
- Скорость жидкости;
- Плотность;
- Исходное давление (напор).
Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.
К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.
Скорость воды в трубопроводе формула
Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.
5/λ/L)/4, SQRT — квадратный корень.
Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg — десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.
Похожие статьи:
Расчёт падения давления в трубопроводе
Потери давления на преодоление сил трения зависят от параметров и скорости движения жидкости, а также параметров трубопровода.
ВСЕ РАСЧЁТЫ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Формула расчета перепада давления в трубопроводе, теория и уравнения
Когда жидкость течет по трубе, возникает падение давления из-за сопротивления потоку. Также может иметь место прирост/потеря давления из-за изменения высоты между началом и концом трубы. Эта общая разница давлений в трубе связана с рядом факторов:
- Трение между жидкостью и стенкой трубы
- Трение между соседними слоями самой жидкости
- Потери на трение при прохождении жидкости через любые трубопроводные фитинги, изгибы, клапаны или компоненты
- Потеря давления из-за изменения высоты жидкости (если труба не горизонтальна)
- Повышение давления из-за любого напора жидкости, добавляемого насосом
Расчет перепада давления в трубе
Для расчета потери давления в трубе необходимо вычислить падение давления, обычно в напоре жидкости, для каждого из элементов, вызывающих изменение давления. Однако для расчета потерь на трение, например, в трубе, необходимо рассчитать коэффициент трения, чтобы использовать его в уравнении Дарси-Вейсбаха, которое определяет общие потери на трение.
Сам коэффициент трения зависит от внутреннего диаметра трубы, внутренней шероховатости трубы и числа Рейнольдса, которое, в свою очередь, рассчитывается на основе вязкости жидкости, плотности жидкости, скорости жидкости и внутреннего диаметра трубы.
Таким образом, для расчета общих потерь на трение необходимо выполнить ряд промежуточных расчетов. Работая в обратном направлении, мы должны знать свойства плотности и вязкости жидкости, знать диаметр трубы и свойства шероховатости, вычислить число Рейнольдса, использовать это для расчета коэффициента трения с помощью уравнения Коулбрука-Уайта и, наконец, подставить коэффициент трения в уравнение Дарси. Уравнение Вейсбаха для расчета потерь на трение в трубе.
После расчета потерь на трение в трубе нам необходимо учесть возможные потери на фитингах, изменение высоты и любой добавленный напор насоса. Суммируя эти потери/приросты, мы получим общее падение давления в трубе. В следующих разделах каждый расчет рассматривается по очереди.
Расчет потерь на трение в трубах
Теперь нам нужно рассчитать каждый из элементов, необходимых для определения потерь на трение в трубе. Ссылки в следующем списке содержат более подробную информацию о каждом конкретном расчете:
- Плотность жидкости
- Вязкость жидкости
- Измерение шероховатости труб
- Число Рейнольдса — ламинарное или турбулентное течение
- Коэффициенты трения — диаграмма Муди и уравнение Коулбрука-Уайта
- Потери на трение в трубе – метод Дарси-Вейсбаха
Наше программное обеспечение Pipe Flow автоматически рассчитывает потери на трение в трубах с использованием уравнения Дарси-Вейсбаха, поскольку это наиболее точный метод расчета для несжимаемых жидкостей, а также считается точным в отрасли для потока сжимаемых жидкостей при соблюдении определенных условий.
Расчет потерь на трубных фитингах
Потери энергии из-за клапанов, фитингов и изгибов вызваны некоторым локальным нарушением потока. Рассеивание потерянной энергии происходит на конечном, но не обязательно коротком участке трубопровода, однако для гидравлических расчетов принято считать всю величину этих потерь в месте расположения устройства.
Для трубопроводных систем с относительно длинными трубами часто бывает так, что потери на фитингах будут незначительными по сравнению с общими потерями давления в трубе. Однако некоторые локальные потери, например, вызванные частично открытым клапаном, часто очень значительны и никогда не могут быть названы незначительными потерями, и их всегда следует учитывать.
Потери, создаваемые конкретным фитингом, измеряются с использованием реальных экспериментальных данных, а затем анализируются для определения коэффициента К (коэффициент локальных потерь), который можно использовать для расчета потерь в фитингах, поскольку они зависят от скорости прохождения жидкости. через это.
Наши программы Pipe Flow Software позволяют легко автоматически включать потери в фитингах и другие локальные потери в расчет перепада давления, поскольку они поставляются с предварительно загруженной базой данных фитингов, которая содержит множество отраслевых стандартных коэффициентов K для различных клапанов и фитингов различных размеров. .
Все, что нужно сделать пользователю, это выбрать соответствующий фитинг или клапан, а затем выбрать «Сохранить», чтобы добавить его к трубе и включить в расчет потери давления в трубе.
Эта ссылка содержит дополнительную информацию о факторах К фитинга и уравнении потерь фитинга.
Расчет потерь компонентов трубопровода
Часто в системе трубопроводов необходимо смоделировать множество различных типов компонентов, таких как теплообменник или чиллер. Некоторые компоненты могут вносить известную фиксированную потерю давления, однако более вероятно, что падение давления будет меняться в зависимости от скорости потока, проходящего через компонент.
Большинство производителей предоставляют кривую производительности компонентов, которая описывает характеристики расхода и потери напора их продукта. Затем эти данные используются для расчета потери давления, вызванной компонентом, для заданного расхода, но сам расход также будет зависеть от потери давления после компонента, поэтому очень сложно смоделировать характеристики потери напора компонента без использование соответствующего программного обеспечения, такого как Pipe Flow Expert.
Потеря давления из-за изменения высоты
Поток в восходящей трубе
Если начальная отметка трубы ниже конечной, то помимо трения и других потерь будет дополнительная потеря давления, вызванная подъемом, которая измеряется в напоре жидкости и просто эквивалентна подъему.
т. е. при более высокой высоте жидкости добавляется меньшее давление из-за меньшей глубины и веса жидкости над этой точкой.
Поток в падающей трубе
Если начальная отметка трубы выше конечной, то наряду с трением и другими потерями будет дополнительный прирост давления, вызванный перепадом высоты, который измеряется в напоре жидкости и просто эквивалентен падению отметки.
то есть при более низком уровне жидкости создается большее давление из-за увеличения глубины и веса жидкости над этой точкой.
Энергетические и гидравлические классы
Подъем жидкости в трубе вместе с давлением в трубе в определенной точке и скоростным напором жидкости можно суммировать для расчета так называемой линии энергетического класса.
Линия гидравлического класса может быть рассчитана путем вычитания скоростного напора жидкости из EGL (линия уровня энергии) или просто путем суммирования только высоты жидкости и давления в трубе в этой точке.
Расчет напора насоса
В системе трубопроводов часто есть насос, который создает дополнительное давление (известное как «напор насоса») для преодоления потерь на трение и других сопротивлений. Производительность насоса обычно доступна у производителя в виде кривой производительности насоса, которая представляет собой график зависимости расхода от напора, создаваемого насосом, для диапазона значений расхода.
Поскольку напор, создаваемый насосом, зависит от расхода, определение рабочей точки на кривой производительности насоса не всегда является легкой задачей. Если вы угадаете скорость потока, а затем рассчитаете добавленный напор насоса, это, в свою очередь, повлияет на разницу давлений в трубе, которая сама по себе повлияет на скорость потока.
Конечно, если вы используете наше программное обеспечение Pipe Flow Expert, оно найдет для вас точную рабочую точку на кривой насоса, гарантируя баланс потоков и давлений во всей вашей системе, чтобы дать точное решение для вашей конструкции трубопровода.
Как бы вы ни рассчитывали напор насоса, добавленный в вашу трубу, этот дополнительный напор жидкости должен быть добавлен обратно к любому падению давления, которое произошло в трубе.
Расчет общего падения давления в трубопроводе
Таким образом, давление на конце рассматриваемой трубы определяется следующим уравнением (где все элементы указаны в м напора жидкости):
P[конец] = P[начало] - Потери на трение - Потери в фитингах - Потери на компонентах + Высота [начало-конец] + Напор насоса
где
P[end] = Давление на конце трубы
P[start] = Давление в начале трубы
Высота[начало-конец] = (Отметка в начале трубы) - (Отметка в конце трубы)
Напор насоса = 0, если насос отсутствует
Таким образом, падение давления или, скорее, перепад давления dP (это может быть усиление) между началом и концом трубы задается следующим уравнением:
dP = Потери на трение + Потери в фитингах + Потери на компонентах - Высота [начало-конец] - Напор насоса
где
P[end] = Давление на конце трубы
P[start] = Давление в начале трубы
Высота[начало-конец] = (Отметка в начале трубы) - (Отметка в конце трубы)
Напор насоса = 0, если насос отсутствует
Примечание dP обычно указывается как положительное значение, относящееся к падению давления. Отрицательное значение указывает на прирост давления.
Расчет потерь на трение в трубах
Потоку жидкости через трубу противодействуют вязкие напряжения сдвига внутри жидкости и турбулентность, возникающая вдоль внутренней стенки трубы, которая зависит от шероховатости материала трубы.
Это сопротивление называется трением в трубе и обычно измеряется в футах или метрах напора жидкости, поэтому его также называют потерей напора из-за трения в трубе.
Потеря напора в трубе
В течение многих лет было проведено большое количество исследований для установления различных формул, по которым можно рассчитать потери напора в трубе. Большая часть этой работы была разработана на основе экспериментальных данных.
На общую потерю напора в трубе влияет ряд факторов, включая вязкость жидкости, размер внутреннего диаметра трубы, внутренняя шероховатость внутренней поверхности трубы, изменение высота между концами трубы и длина трубы, по которой движется жидкость.
Клапаны и фитинги на трубе также вносят свой вклад в возникающие общие потери напора, однако они должны рассчитываться отдельно от потерь на трение о стенки трубы с использованием метода моделирования потерь на трубных фитингах с коэффициентом k.
Формула Дарси Вайсбах
Формула Дарси или уравнение Дарси-Вейсбаха, как его обычно называют, в настоящее время считается наиболее точной формулой потерь на трение в трубах, и хотя ее сложнее вычислить и использовать, чем другие формулы потерь на трение, с появлением компьютеров она стало стандартным уравнением для инженеров-гидротехников. 92/2г)
где:
hf = потеря напора (м)
f = коэффициент трения
L = длина трубопровода (м)
d = внутренний диаметр трубопровода (м)
v = скорость жидкости (м/с)
г = ускорение свободного падения (м/с²)
или:
hf = потеря напора (фут)
f = коэффициент трения
L = длина трубопровода (футы)
d = внутренний диаметр трубопровода (футы)
v = скорость жидкости (фут/с)
г = ускорение свободного падения (фут/с²)
Однако установление коэффициентов трения все еще оставалось нерешенным и действительно было проблемой, потребовалась дальнейшая работа для разработки решения, такого как формула Коулбрука-Уайта и данные, представленные на диаграмме Муди.
График Муди
Наконец, диаграмма Муди предоставила метод определения точного коэффициента трения, и это побудило использовать уравнение Дарси-Вейсбаха, которое быстро стало предпочтительным методом для инженеров-гидротехников.
Внедрение персонального компьютера в 1980-х годах сократило время требуется для расчета коэффициента трения и потери напора трубы. Это само по себе расширило использование формулы Дарси-Вейсбаха до такой степени, что большинство других уравнений больше не используются.
Формула Хазена-Уильямса
До появления персональных компьютеров формула Хазена-Вильямса была чрезвычайно популярна среди инженеров-трубопроводчиков из-за ее относительно простых расчетных свойств.
Однако результаты Хазена-Вильямса основаны на значении коэффициента трения C hw, которое используется в формуле, а значение C может значительно варьироваться, примерно от 80 до 130 и выше, в зависимости от материала трубы, размера трубы. и скорость жидкости.
