Как найти потери напора в трубе

ГлавнаяСтатьи и материалыГидравлическое сопротивление труб

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.

  • 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:

Как найти потери напора в трубе

  1. Где:
  2.  – потери давления по длине;
  3.  – коэффициент гидравлического сопротивления;
  4. v – скорость движения рабочей среды;
  5. g – ускорение силы тяжести;
  6. d – диаметр трубопроводной магистрали.
  7. 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.
  8. Если Re меньше, чем 2300, то для расчёта применяется формула:
  9. Для трубопроводов в форме круглого цилиндра:
  10. Для трубопроводных коммуникаций с другим (не круглым) сечением:
  11. Где А=57 – для квадратных труб.
  12. Турбулентное течение рабочего потока
  13. 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

Как найти потери напора в трубеКак найти потери напора в трубе

  • 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:

Как найти потери напора в трубе

  1. Где:
  2.  – коэффициент местного сопротивления;
  3.  – потеря напора;
  4.  – отношение скорости потока к ускорению силы тяжести – скоростной поток.
  5. При неизменной скорости перемещения рабочей среды по всему сечению применяется формула:

Как найти потери напора в трубе

 – энергия торможения.

Для фитингов из ППР:

ДетальОбозначениеПримечаниеКоэффициент
Муфта 0,25
Муфта переходная Уменьшение на 1 размер 0,40
Уменьшение на 2 размер 0,50
Уменьшение на 3 размер 0,60
Уменьшение на 4 размер 0,70
Угольник 90° 1,20
Угольник 45° 0,50
Тройник Разделение потока 1,20
Соединение потока 0,80
Крестовина Соединение потока 2,10
Разделение потока 3,70
Муфта комб. вн. рез. 0,50
Муфта комб. нар. рез 0,70
Угольник комб. вн. рез. 1,40
Угольник комб. нар. рез. 1,60
Тройник комб. вн. рез. 1,40 – 1,80
Вентиль 20 мм 9,50
25 мм 8,50
32 мм 7,60
40 мм 5,70

Для полиэтиленовых труб

ТрубаРасход, м3/часСкорость, м/сПотери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м)
Сталь новая 133×5 60 1,4 3,6
Сталь старая 133×5 60 1,4 6,84
ПЭ 100 110×6,6 (5ЭР 17)/td> 60 2,26 4,1
ПЭ 80 110×8,1 (ЗйР 13,6) 60 2,41 4,8
Сталь новая 245×6 400 2,6 4,3
Сталь старая 245×6 400 2,6 7,0
ПЭ 100 225×13,4 (50 В 17) 400 3,6 4,0
ПЭ 80 225×16,6 (ЗЭК 13,6) 400 3,85 4,8
Сталь новая 630×10 3000 2,85 1,33
Сталь старая 630×10 3000 2,85 1,98
ПЭ 100 560×33,2 (ЗЭК 17) 3000 4,35 1,96
ПЭ 80 560×41,2 (ЗЭК 13,6) 3000 4,65 2,3
Сталь новая 820×12 4000 2,23 0,6
Сталь старая 820×12 4000 2,23 0,87
ПЭ100 800×47,4 (ЗЭК 17) 4000 2,85 0,59
ПЭ 80 800×58,8 (ЗЭР 13,6) 4000 3,0 0,69

Для бесшовных стальных труб

Режим движенияЧисло РейнольдсаОпределения λ
Ламинарный  или 
Переходный Как найти потери напора в трубе Проектирование трубопроводов не рекомендуется
Турбулентный 1-я область  (ф-ла Блазиуса)Как найти потери напора в трубе Бф-ла Конакова)
2-я область Как найти потери напора в трубе Как найти потери напора в трубе (ф-ла Альтшуля)
3-я область Как найти потери напора в трубе (ф-ла Альтшуля) (ф-ла Никурадзе)

Для металлопластиковых труб

НаименованиеСимволКоэффициент
Тройник разделения потока 7,6
Тройник проходной 4,2
Тройник противоположные потоки при разделении потока 8,5
Тройник противоположные потоки при слиянии потока 8,5
Угол 90° 6,3
Дуга 0,9
Редукционный переход 6,3
Установочный уголок 5,4

С точки зрения гидравлического сопротивления, наиболее оптимальными являются трубопроводные системы с гладкой внутренней стенкой:

Пластиковые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для систем горячего и холодного водоснабжения и отопления, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

Имеет гладкую внутреннюю стенку, что обеспечивает низкий коэффициент гидравлического сопротивления.

  • Пластиковые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.
  • Трубопроводная система из инновационного материала fusiolen, специально разработанная для систем холодоснабжения, обогрева поверхностей, транспортировки агрессивных сред и сжатого воздуха, а также для систем геотермальной энергетики.
  • Имеет гладкую внутреннюю стенку, что обеспечивает низкий коэффициент гидравлического сопротивления.

Здравствуйте. Помогите подобрать производительность насоса(давление ит.д) с учетом гидравлического сопротивления трубопроводов – результат: время перекачки 80 литров раствора NaOH плотностью 1,48 кг/л не должна быть выше 2 минут. DN32, длина трубопровода 17м Уважаемый Юрий! Информация направлена на Вашу почту. Помогите рассчитать потерю давления на газопроводе с начальным диаметром dn80, через 0,1 м становиться dn32 и тянется 10 м Уважаемый Андрей! Информация направлена на вашу почту! Добрый день, помогите рассчитать сопротивление резиновых трубопроводов. Уважаемый Николай! Информация направлена на Вашу почту. Что такое м/100м (в потерях напора)? Уважаемый Павел! Данная колонка с данными отображает потери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м).

Расчет потерь напора в трубопроводах

Главная / Технические статьи / Расчет потерь напора в трубопроводах

  • В процессе течения нефтепродуктов имеют место потери напора на трение hτ и местные сопротивления hMC.
  • Потери напора на трение
  • Потери напора на трение при течении ньютоновских жидкостей в круглых трубах определяются по формуле Дарси—Вейсбаха

Как найти потери напора в трубе

  1. где λ — коэффициент гидравлического сопротивления; L, D — соответственно длина и внутренний диаметр трубопровода; W — средняя скорость перекачки; g — ускорение силы тяжести.
  2. Величина коэффициента гидравлического сопротивления λ в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re = W • D/v и относительной шероховатости труб ε = kэ/D (здесь v — кинематическая вязкость нефтепродукта при температуре перекачки; кэ — эквивалентная шероховатость стенки трубы).
  3. При ламинарном режиме перекачки (Re = ReKp) расчет λ выполняется по формуле Стокса
  4. λ = 64/Re
  5. В переходной зоне (ReKp < Re < Rerp) расчет λ наиболее точно может быть выполнен по формуле Гипротрубопровода
  6. λ=(0,16·Re-13)·10-4
  7. Эквивалентная шероховатость kэ стальных труб
Вид труб Состояние труб К-,, мм
Диапазон
изменения
Среднее
значение
Бесшовные Новые и чистые 0,01-0,02 0,014
Сварные Новые и чистые 0,03-0,12 0,05
С незначительной коррозией после очистки 0,1-0,2 0,15
После нескольких лет эксплуатации 0,15-0,3 0,2
Умеренно заржавленные 0,3-0,7 6,5
Старые заржавленные 0,8-1,5 1
Сильно заржавленные или с большими отложениями 2-4 3

В зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима (ReKp < Re < Rel) расчет λ выполняется по формуле Блазиуса

Как найти потери напора в трубе

Для расчета λ в зоне смешанного трения турбулентного режима (ReI < Re = ReII) наиболее часто используется формула Альтшуля

Как найти потери напора в трубе

В зоне квадратичного трения турбулентного режима (Re > ReII) расчет λ обычно ведут по формуле Шифринсона

Как найти потери напора в трубе

Нетрудно видеть, что формулы Стокса, Блазиуса и Шифринсона могут быть представлены зависимостью одного вида

Как найти потери напора в трубе

где А, т — коэффициенты, величина которых для каждой зоны трения неизменна.

Однако формула Альтшуля к этому виду не приводится. Это исключает возможность решения гидравлических задач в общем виде.

Читайте также:  Канализационной труба под установку унитаза

Ту же задачу можно было решить следующим образом. При Re = ReI еще справедлива формула Блазиуса, а при Re = RеI уже можно пользоваться формулой Шифринсона. Учитывая, что переходные числа Рейнольдса Альтшулем рекомендовано находить по формулам:

ReI=10/ε; ReII=500/ε.

для зоны смешанного трения получаем:

Как найти потери напора в трубе

Поделив почленно получим:

Как найти потери напора в трубе

откуда

Как найти потери напора в трубе

Различие в выражениях для расчета коэффициента А объясняется тем, что в первом случае не было сделано необходимое алгебраическое преобразование

Как найти потери напора в трубе

Среднеквадратичная погрешность аппроксимации В.ДБелоусова по сравнению с формулой Альтшуля составляет около 5%. Связано это, в частности, с тем, что ее автор не стремился сделать погрешность вычислений минимальной, а исходил из условия равенства коэффициентов X на границах зоны смешанного трения и соседних зон.

Автору совместно с аспиранткой Н.В. Морозовой удалось свести уравнение Альтшуля к виду со среднеквадратичной погрешностью 2,6%. Это было сделано следующим образом.

Представим формулу Альтшуля в виде

Как найти потери напора в трубе

  • Недостатком данной записи является то, что расчетный коэффициент 0,11(68 + ε · Re) °-25 является функцией числа Рейнольдса. Вместе с тем из формул следует, что в зоне смешанного трения справедливо неравенство
  • 10 < ε · Re < 500.
  • Задаваясь значениями г • Re в этом диапазоне, сначала рассчитали величины функции 0,11(68 + ε · Re)0’26, а затем, используя метод наименьших квадратов, заново описали полученные точки выражением 0,206( ε · Re)0’15.
  • Подставив его получили искомую зависимость

Из нее видно, что в зоне смешанного трения турбулентного режима величины коэффициентов А и т равны 0,206 • е0,15 и 0,1 соответственно. Среднеквадратичная погрешность расчетов по формуле относительно формулы Альтшуля — менее 3%, что меньше, чем по другим известным аппроксимациям.

Следует подчеркнуть, что учет наличия переходной зоны приводит к изменению критического числа Рейнольдса. Кроме того, А.Д. Альтшуль, строго говоря, для переходных чисел Рейнольдса рекомендует диапазоны

Чтобы уточнить величины Reкр, ReI ReII и найти величину Re.x,, воспользуемся следующим способом. При Re = ReKp еще справедлива формула Стокса» но в то же время уже справедлива формула Гипротрубопровода. То есть можно составить уравнение

Освобождаясь от знаменателя, получаем квадратное уравнение 0,16-10-4 · Reкр-13 · 10-4 · Reкp-64 = 0, единственным положительным корнем которого является Reкp~2040.

Рассуждая аналогично, можно найти все остальные характерные числа Рейнольдса. Приравняв формулы Гипротрубопровода и Блазиуса, получаем Reкp = 2800. Из равенства правых частей формулы Блазиуса и формулы находим, что ReI = 17,5/ε. Наконец, приравняв правые части формулы и формулы Шифринсона, несложно найти, что ReII = 531/ε.

  1. В тех случаях, когда необходимо, чтобы зависимость потерь напора на трение от расхода Q была выражена в явном виде, удобно использовать обобщенную формулу Лейбензона
  2. где β – расчетный коэффициент, равный
  3. Формула получается подстановкой выражения в формулу Дарси—Вейсбаха .
  4. Учитывая, что формулу Гипротрубопровода можно привести к виду
  5. Рекомендуемые величины коэффициентов А, β и m
Режим
течения
Зона
трения
Область
использования
A β m
Лами
нарный
Re< 2040 64 4,15 1
Переходная зона 2040

Гидравлическое сопротивление

Как найти потери напора в трубе

Гидравлическое сопротивление или гидравлические потери – это суммарные потери при движении жидкости по водопроводящим каналам. Их условно можно разделить на две категории:

Потери трения – возникают при движении жидкости в трубах, каналах или проточной части насоса.

Потери на вихреобразование – возникают при обтекании потоком жидкости различных элементов. Например, внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п. Такие потери принято называть местными гидравлическими сопротивлениями.

Коэффициент гидравлического сопротивления

  • Гидравлические потери выражают либо в потерях напора Δh в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления ΔP:
  • Δh= ΔP/(ρg)
  • где ρ — плотность среды, g — ускорение свободного падения.
  • В производственной практике перемещение жидкости в потоках связано с необходимостью преодолеть гидравлическое сопротивление трубы по длине потока, а также различные местные сопротивления:   Поворотов   Диафрагм   Задвижек   Вентилей   Кранов   Различных ответвлений и тому подобного

На преодоление местных сопротивлений затрачивается определенная часть энергии потока, которую часто называют потерей напора на местные сопротивления. Обычно эти потери выражают в долях скоростного напора, соответствующего средней скорости жидкости в трубопроводе до или после местного сопротивления.

  1. Аналитически потери напора на местные гидравлические сопротивления выражаются в виде.
  2. hr = ξ υ2 / (2g)
  3. где ξ – коэффициент местного сопротивления (обычно определяется опытным путем).

Данные о значении коэффициентов различных местных сопротивлений приводятся в соответствующих справочниках, учебниках и различных пособиях по гидравлике в виде отдельных значений коэффициента гидравлического сопротивления, таблиц, эмпирических формул, диаграмм и т.д.

Исследование потерь энергии (потери напора насоса), обусловленных различными местными сопротивлениями, ведутся уже более ста лет.

В результате экспериментальных исследований, проведенных в России и за рубежом в различное время, получено огромное количество данных, относящихся к разнообразнейшим местным сопротивлениям для конкретных задач.

Что же касается теоретических исследований, то им пока поддаются только некоторые местные сопротивления.

В этой статье будут рассмотрены некоторые характерные местные сопротивления, часто встречающиеся на практике.

Местные гидравлические сопротивления

Как уже было написано выше, потери напора во многих случаях определяются опытным путем. При этом любое местное сопротивление похоже на сопротивление при внезапном расширении струи. Для этого имеется достаточно оснований, если учесть, что поведение потока в момент преодоления им любого местного сопротивления связано с расширением или сужением сечения.

Гидравлические потери на внезапное сужение трубы

Как найти потери напора в трубе

Сопротивление при внезапном сужении трубы сопровождается образованием в месте сужения водоворотной области и уменьшения струи до размеров меньших, чем сечение малой трубы. Пройдя участок сужения, струя расширяется до размеров внутреннего сечения трубопровода. Значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении трубы можно определить по формуле.

ξвн. суж = 0,5(1- (F2/F1))

Значение коэффициента ξвн. суж от значения отношения (F2/F1)) можно найти в соответствующем справочнике по гидравлике.

Гидравлические потери при изменении направления трубопровода под некоторым углом

Как найти потери напора в трубе

  • В этом случае вначале происходит сжатие, а затем расширение струи вследствие того, что в месте поворота поток по инерции как бы отжимается от стенок трубопровода. Коэффициент местного сопротивления в этом случае определяется по справочным таблицам или по формуле
  • ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2.047sin(α/2)2
  • где α – угол поворота трубопровода.
  • Местные гидравлические сопротивления при входе в трубу

Как найти потери напора в трубе

В частном случае вход в трубу может иметь острую или закругленную кромку входа. Труба, в которую входит жидкость, может быть расположена под некоторым углом α к горизонтали.

Наконец, в сечении входа может стоять диафрагма, сужающая сечение. Но для всех этих случаев характерно начальное сжатие струи, а затем её расширение.

Таким образом и местное сопротивление при входе в трубу может быть сведено к внезапному расширению струи.

  1. Если жидкость входит в цилиндрическую трубу с острой кромкой входа и труба наклонена к горизонту под углом α, то величину коэффициента местного сопротивления можно определить по формуле Вейсбаха:
  2. ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223 sin α2
  3. Местные гидравлические сопротивления задвижки

На практике часто встречается задача расчета местных сопротивлений, создаваемых запорной арматурой, например, задвижками, вентилями, дросселями, кранами, клапанами и т.д. В этих случаях проточная часть, образуемая разными запорными приспособлениями, может иметь совершенно различные геометрические формы, но гидравлическая сущность течения при преодолении этих сопротивлений одинакова.

  • Гидравлическое сопротивление полностью открытой запорной арматуры равно
  • ξвентиля = от 2,9 до 4,5
  • Величины коэффициентов местных гидравлических сопротивлений для каждого вида запорной арматуры можно определить по справочникам.
  • Гидравлические потери диафрагмы

Процессы, происходящие в запорных устройствах, во многом похожи на процессы при истечении жидкости через диафрагмы, установленные в трубе. В этом случае также происходит сужение струи и последующее её расширение. Степень сужения и расширения струи зависит от ряда условий:   режима движения жидкости   отношения диаметров отверстия диафрагмы и трубы   конструктивных особенностей диафрагмы.

  1. Для диафрагмы с острыми краями:
  2. ξдиафр = d02 / D02
  3. Местные гидравлические сопротивления при входе струи под уровень жидкости

Преодоление местного сопротивления при входе струи под уровень жидкости в достаточно большой резервуар или в среду, не заполненную жидкостью, связано с потерей кинетической энергии. Следовательно, коэффициент сопротивления в этом случае равен единице.

Читайте также:  Светильник в виде сердца из труб

ξвхода = 1

Видео о гидравлическом сопротивлении

  • На преодоление гидравлических потерь затрачивается работа различных устройств (насосов и гидравлических машин)
  • Для снижения влияния гидравлических потерь рекомендуется в конструкции трассы избегать использования узлов способствующих резким изменениям направления потока и стараться применять в конструкции тела обтекаемой формы.
  • Даже применяя абсолютно гладкие трубы приходится сталкиваться с потерями: при ламинарном режиме течения(по Рейнольдсу) шероховатость стенок не оказывает большого влияния, но при переходе к турбулентному режиму течения как правило возрастает и гидравлическое сопротивление трубы.

Вместе со статьей “Гидравлическое сопротивление” читают:

Определение гидравлических потерь на участках водопроводной сети

Расход воды в системе водоснабжения связан с сечением трубы и скоростью движения следующей зависимостью:

Рисунок 426. (11)

  • где V – скорость движения воды в трубе, м/с;
  • d – внутренний диаметр трубы, м.

Отсюда

Рисунок 427. (12)

Очевидно, что для определения диаметра трубы кроме расчетного расхода необходимо знать (или задавать) скорость движения воды V.

Практически не представляется возможным установить какие-либо обоснованные пределы колебания расчетной скорости движения воды в трубах, исходя из чисто технических соображений [1].

Между тем, легко видеть, что изменение скорости (при заданном расчетном расходе) существенно влияет на экономические показатели системы водоснабжения. Из приведенной выше формулы видно, что с увеличением скорости диаметр водопровода уменьшается, что обуславливает снижение его строительной стоимости.

В свою очередь увеличение скорости влечет за собой увеличение потерь напора в водопроводной сети.

Потери напора при движении воды по трубам пропорциональны их длине и зависят от диаметра труб, расхода воды (скорости течения), характера и степени шероховатости стенок труб (то есть от материала труб) и от области гидравлического режима их работы. Основной формулой инженерной гидравлики, связывающей все указанные характеристики, является формула Дарси-Вейсбаха:

Рисунок 428. (13)

  • где – линейные потери напора, м;
  • – коэффициент гидравлического сопротивления;
  • l и d – длина и диаметр трубы, м;
  • V – скорость движения воды, м/с;
  • g – ускорение свободного падения, м/с2.

Режим движения жидкости определяется числом Рейнольдса

Рисунок 429. (14)

  • Re – безразмерное число Рейнольдса;
  • V – характерный параметр, скорость движения воды в трубе, м/с;
  • d – характерный параметр, внутренний диаметр трубопровода, м;
  • Как найти потери напора в трубе – кинематический коэффициент вязкости воды при температуре воды 10 ºС.
  • Смена режимов движения происходит при критических числах Рейнольдса .
  • Критерием режима движения служат следующие неравенства:
  • Ламинарный режим

Рисунок 430. (15)

При Как найти потери напора в трубе, коэффициент гидравлического сопротивления можно определить по формуле Колбрука-Уайта

Рисунок 431. (16)

  • Где коэффициент эквивалентной шероховатости, м.

Область перемежающейся турбулентности

Рисунок 432. (17)

Коэффициент гидравлического сопротивления можно определить по формуле

Рисунок 433. (18)

Примечание

При смене режимов движения жидкости и Как найти потери напора в трубе сопротивление трубопроводов практически незначительно отклоняется от закономерностей, соответствующих ламинарному режиму движения. Возможные расхождения при расчете коэффициента гидравлического сопротивления по различным формулам, предложенным авторами Ф.А.Шевелевым А.Д. Альтшулем, Г.А. Муриным, Б.Л. Шифринсоном, Колбруком-Уайтом при незначительны по сравнению с теми ошибками, которые обычно имеют место вследствие неопределенности в выборе значения шероховатости или степени зарастания трубопровода. При расчете коэффициента гидравлического сопротивления в случае, когда наиболее целесообразно на наш взгляд использовать зависимость Колбрука-Уайта.

Расчет потерь напора воды в трубопроводе

Чтобы выбрать насос для скважины, необходимо сделать расчёт потребного напора, а одна из частей определения потребного напора – это расчёт потерь напора в трубопроводе. Именно этой части вопроса посвящена данная статья.

Потеря напора в трубопроводе связана с тем, что поток воды, протекающий внутри трубы, испытывает сопротивление. Его величина зависит от:

  1. диаметра трубы – чем меньше диаметр, тем больше сопротивление
  2. скорости потока – чем больше скорость потока, тем больше сопротивление
  3. гладкости внутренней поверхности трубы.

Даже двигаясь по прямой, горизонтальной трубе, поток воды испытывает сопротивление, пусть и небольшое. При большой протяженности трубопровода суммарное сопротивление может оказаться значительным.

Расчёт потерь напора на прямых участках трубопровода

Чтобы не вдаваться в глубокие теоретические расчеты, можно воспользоваться уже готовыми таблицами с вычисленными данными для всех основных диаметров труб и расходов воды.

Сейчас повсеместно используются полимерные трубопроводы – из полипропилена, полиэтилена низкого или высокого давления и других полимеров.

Такие трубы имеют массу преимуществ перед стальными трубами: они легче, проще в монтаже, не подвержены коррозии, дешевле, более гладкие, и как следствие в них меньше потери напора.

В этой таблице приведены значения потери напора на 100 м трубопровода. Потеря напора указана в метрах водного столба.

Расход Внутренний диаметр трубы, мм
м3/ч л/мин л/с 14 19 25 32 38 50 63 75 89
0,5 8,33 0,14 8,9 2,1 0,6
0,8 13,33 0,22 20,2 4,7 1,3 0,4
1 16,67 0,28 29,8 7 1,9 0,6
1,5 25 0,42 14,2 3,9 1,2 0,5
2 33,33 0,56 23,5 6,4 2 0,9
2,5 41,67 0,69 9,4 2,9 1,3 0,4
30 500 8,33 13 4 1,8 0,5 0,2
3,5 58,33 0,97 17 5,3 2,3 0,6 0,2
4 66,67 1,11 21,5 6,6 2,9 0,8 0,3 0,1
4,5 75 1,25 8,2 3,6 1 0,3 0,1
5 83,33 1,39 9,8 4,3 1,2 0,4 0,2
5,5 91,67 1,53 11,6 5,1 1,4 0,5 0,2
6 100 1,67 13,5 6 1,6 0,5 0,2
6,5 108,3 1,81 15,5 6,9 1,9 0,6 0,3
7 116,7 1,94 17,7 7,8 2,1 0,7 0,3
8 133,3 2,22 22,4 9,9 2,7 0,9 0,4 0,2

Для стальных труб можно использовать эти же значения, умножив их на коэффициент 1,5.

Например, при расходе воды 0,5 м3/ч в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм и длиной 100 м потеря напора составляет 2,1 м.

Расчёт потери напора на местных сопротивлениях

Кроме того, потеря напора происходит в местных сопротивлениях: поворотах, изгибах, вентилях, заслонках, в разветвлениях трубопровода и в местах его сужения или расширения. Потери напора воды в них зависят от скорости потока и формы местного сопротивления.

Ниже в таблице приведены потери напора в основных местных сопротивлениях:

Потеря местного сопротивления указана в сантиметрах водного столба.

Скорость потока, м/с Колено 90 градусовКак найти потери напора в трубе Скругленное коленоКак найти потери напора в трубе КлапанКак найти потери напора в трубе
0,4 1,2 0,11 31
0,5 1,9 0,18 32
0,6 2,8 0,25 32
0,7 3,9 0,34 32
0,8 4,8 0,45 33
0,9 6,2 0,57 34
1 7,6 0,7 35
1,5 17 1,6 40
2 31 2,8 48
2,5 48 4,4 58
3 70 6,3 71
3,5 93 8,5 85
4 120 11 100
4,5 160 14 120
5 190 18 140

Расход воды соотносится со скоростью потока так:

Q = v*S

где Q – это расход воды (в м3/с), S – площадь поперечного сечения (в м2), v – скорость потока (в м/с). Площадь поперечного сечения для трубы S = π*D2/4, где D – внутренний диаметр трубы.

  • Например, при расходе воды 0,5 м3/ч (0,000138889 м3/с) в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм (S = 0,000283385 м2), скорость потока составит
  • v = Q / S = 0,000138889 / 0,000283385 = 0,49 м/с
  • Местное сопротивление колена при этом будет 1,9 см, а клапана 32 см.

Как видно, потери напора на местных сопротивлениях – это самая малая часть потерь во всём трубопроводе. Они могут быть значительными только при больших скоростях потока, т.е. когда через тонкую трубу проходит большой объем воды.

Использования более толстых труб, диаметр, которых, соответствует расходу воды, практически снимает проблему местных сопротивлений.

При расчете потерь напора воды (и дальнейшем выборе насоса для скважины) достаточно заложить на местные сопротивления несколько метров напора, с небольшим запасом для верности – от 2 до 4 м.

Вместе с потерями напора воды в прямых участках трубопровода, эта цифра для небольшого загородного дома может уложиться в 5 м.

    Читайте так же:

  • Расчёт потребного напора насоса для скважины Для того, чтобы правильно выбрать насос для своей скважины, необходимо знать, потребный напор – т.е. напор, который необходим для водопроводной системы дома. В этой статье речь пойдёт о расчете потребного напора и расчете потерь напора в трубах водопровода на примере небольшого загородного дома.

07.06.2013 15:10:12

Калькулятор расчета потерь напора в водопроводе – в помощь при проектировании системы

Неправильным будет полагать, что если, например, насосная станция или установленный гидроаккумулятор подает в домашнюю разводку труб воду под определенным давлением, то это давление будет и на конечных точках потребления. На самом деле приходится закладывать еще и определённый эксплуатационный запас создаваемого напора — на неизбежные его потери.

Как найти потери напора в трубеКалькулятор расчета потерь напора в водопроводе

Природа этих потерь различна. Только на преодоление силы гравитации (если, скажем насосная станция или коллектор разместились в подвале, а точки потребления находятся на этажах), хочешь не хочешь, приходится «отдавать» по 0.1 атмосферы (бар) на каждый метр высоты подъема.

Немало «крадут» и горизонтальные участки – в силу гидравлического сопротивления в трубах. И чем меньше диаметр и длиннее участок – тем эти потери существеннее. Добавьте сюда еще и повороты, тройники, краны и вентили, фильтры, переходы на другой диаметр и т.п.

– каждая такая точка даёт дополнительное локальное сопротивление, уменьшающее общий напор воды.

И может получиться так, что из подаваемых, например, 2.5 атмосфер к дальней точке водозабора доходит только каких-то 0.2 атмосферы, и этого явно недостаточно для нормальной работы устройства.

Чтобы избежать подобных казусов, необходимо заранее, еще на стадии проектирования своей водопроводной системы, «моделировать ситуацию», то есть просчитывать влияние гидравлического сопротивления.

В этом может помочь предлагаемый калькулятор расчета потерь напора в водопроводе.

Несколько необходимых пояснений будут даны ниже.

Калькулятор расчета потерь напора в водопроводе

Перейти к расчётам

Пояснения по проведению вычислений

На страницах нашего портала есть информация, как просчитывается номинальный диаметр трубы для водопровода, исходя из необходимого расхода воды и оптимальной скорости потока в трубах.

Как найти потери напора в трубеКак правильно определиться с диаметром водопроводной трубы?

Главный критерий – труба должна обеспечивать требуемый расход воды в конечных точках потребления. Отсюда строится и весь дальнейший алгоритм, реализованный в калькуляторе расчета минимально необходимого диаметра водопроводной трубы – к соответствующей странице портала ведет ссылка.

Но на этом останавливаться не надо. Каждая из планируемых «веток» водопровода должна быть проанализирована и с точки зрения потерь напора.

Что указываем в полях калькулятора?

  • В первую очередь – какое давление выдается на начальной точке рассчитываемого участка.
  • — Это может быть нижний предел настройки насосной станции или гидроаккумулятора, то есть то давление, при котором происходит включение насоса.
  • — Это может быть напор в центральном коллекторе в точке, где производится врезка ответвления в систему.
  • — Это может быть напор на коллекторе, вынесенном на этаж, к которому дальше подсоединяются все приборы на этом этаже.

По большому счету, это вообще может быть любая произвольная точка системы, давление воды в которой заведомо известно или рассчитано. Например, от какой-то трубы отводится небольшая «ветка» для отдельно стоящего сантехнического прибора.

То есть всю систему можно разбить по своеобразной «иерархии». Например насос, далее – стояки, коллекторы на этажах, за ними – магистральные трубы на этажах с точками врезки и т.п. тТо есть для каждой из точек можно просчитывать потери напора (этим же калькулятором), и от нее потом «плясать» дальше.

  • Второй пункт – разница высот между начальной и конечной точками рассчитываемого участка. Указание идет в метрах, программа пересчитает в атмосферы.
  • Далее – рассматриваются участки труб на пути от начальной до конечной точки. Трубы с диаметром более 1 дюйма в расчет можно не принимать – гидравлическое сопротивление в них настольно невелико, что им можно пренебречь. Правда, такие трубы во внутренней водопроводной разводке практически и не встречаются.

— При указании диаметра, который имеется на участке, откроются дополнительные поля ввода данных.

— Для каждого из трех диаметров (½», ¾» и 1″) потребуется указать еще и тип труб. Точнее, не используются ли стальные (в том числе оцинкованные) трубы ВГП, повышенная шероховатость стенок которых дает куда более высокие показатели гидравлического сопротивления, если сравнивать с пластиковыми металлопластиковыми, медными трубами.

— Длина для каждого диаметра складывается из длин всех горизонтальных и вертикальных отрезков на рассчитываемом участке.

Если предлагаемого в калькуляторе диаметра на участке нет, то оставляется как есть, и он автоматически будет исключен из расчета.

  • Далее – указываются все имеющиеся на рассчитываемом участке точки где возможны локальные потери напора. Точнее, точки для удобства уже перечислены – и нужно лишь просчитать на чертеже или плане и указать их количество. Если казанного элемента нет, можно или поставить ноль, или даже просто оставить строку незаполненной по умолчанию – она автоматически исключится из расчёта.

Кстати, если используются гибкие трубы (например, металлопластиковые) и повороты выполнены без отводов, только изгибом, это все равно принимается в расчет. Просто указывается плавные поворот, с радиусом, превышающей два диаметра трубы.

  • Остается только нажать копку «РАССЧИТАТЬ…» и получить прогнозируемый напор на дальнем конце рассчитываемого участка. Ну и сравнить его с тем, что необходимо для корректной работы конечного прибора. Обычно давления в 0,5 атмосферы достаточно для большинства сантехнических устройств. Меньше – могут возникнуть проблемы. Кроме того, некоторые изделия требуют и более высоких показателей давления – это оговаривается в их технических характеристиках.

Если давление недостаточное – придется как-то это дело корректировать.

Возможные способы – повышение давления в начальной точке, увеличение диаметров отдельных участков, укорочение длины участков, их спрямление, снижение «насыщенности» водопровода кранами, отводами и т.п.

После каждой такой теоретической корректировки проводится контрольный расчет.  И так — пока не будет найдено оптимальное со всех точек зрения решение.

Потери напора при движении жидкости – Всё для чайников

Подробности Категория: Гидравлика

Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление — безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем (систем гидропривода, трубопроводах, другом гидрооборудовании), обусловленные наличием вязкого трения. Хотя потеря полной энергии — существенно положительная величина, разность полных энергий на концах участка течения может быть и отрицательной (например, при эжекционном эффекте).

Гидравлические потери принято разделять на два вида:

  • потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы;
  • местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером местных потерь могут служить: внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п.

Гидравлические потери выражают либо в потерях напора в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления : , где  — плотность среды, g — ускорение свободного падения.

Во многих случаях приближённо можно считать, что потери энергии при протекании жидкости через элемент гидравлической системы пропорциональны квадрату скорости жидкости. По этой причине удобно бывает характеризовать сопротивление безразмерной величиной ?, которая называется коэффициент потерь или коэффициент местного сопротивления и такова, что

То есть в предположении, что скорость w по всему сечению потока одинакова, ?=?p/eторм, где eторм = ?w?/2 — энергия торможения единицы объёма потока относительно канала.

Реально в потоке скорость жидкости не равномерна, в справочной литературе в данных формулах принимается среднерасходная скорость w=Q/F, где Q — объёмный расход, F — площадь сечения, для которого рассчитывается скорость.

Таким образом, средняя энергия торможения потока обычно несколько больше ?w?/2, см. Среднее квадратическое.

Для линейных потерь обычно пользуются коэффициентом потерь на трение по длине (также коэффициент Дарси) ?, фигурирующего в формуле Дарси — Вейсбаха

,

где L – длина элемента, d – характерный размер сечения (для круглых труб это диаметр). Иначе в единицах давления

;

таким образом, для линейного элемента относительной длины L/d коэффициент сопротивления трения ?тр=?L/d.

По материалам Wikipedia

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector