Flüssigkeit im schlauch: fragen und antworten

Das Thema dieses Artikels ist Flüssigkeit in der Leitung. Wir müssen uns mit den physikalischen Gesetzen und Formeln vertraut machen, die Bewegung, Geschwindigkeit und Volumen beschreiben. Wir werden versuchen, uns nicht in die Wildnis komplexer Berechnungen zu begeben: Unsere Aufgabe besteht darin, jene Muster zu beschreiben, die für eine Person, die von der Hydrodynamik entfernt ist, verständlich und für die Berechnung zugänglich sind.

Also lass uns anfangen.

Abmessungen

Durchmesser

Bei Wasser- und Gasrohren handelt es sich um ein nicht alltägliches Messsystem. Für die jeweiligen Pipelines wird das etwas ungewöhnliche Konzept des bedingten Durchlasses oder des Nenndurchmessers (DU) als Hauptparameter verwendet. Es wird in Zoll und Millimeter gemessen. dasselbe VGP-Rohr kann als 1 1/4 Zoll oder DU32 mm verkauft werden.

Hinweis: Als Längenmaß wird in diesem Fall der Britische Zoll in Höhe von 2,54 Zentimetern verwendet. Bei der Umrechnung von Zoll in Millimeter sollte die von GOST vorgesehene Schrittweite der Nenndurchmesser berücksichtigt werden. Im obigen Fall ergibt eine einfache Neuberechnung von 1 1/4 Zoll in Millimeter nicht 32, sondern 1,25 x 2,54 = 31,75 mm.

Wir geben die von GOST 3262-75 festgelegten Abmessungen für Wasser- und Gasrohre an.

Da die Wandstärke innerhalb derselben Größe variiert (Rohre sind leicht, normal und verstärkt), können wir sagen, dass der DU im Allgemeinen nahe am Innendurchmesser ist, aber in der Regel nicht gleich ist.

Abschnitt

Beim Bau von Wasserleitungen werden mit seltenen Ausnahmen Rundrohre verwendet.

Dafür gibt es zwei sehr gute Gründe.

1. Ein rundes Rohr hat eine minimale Wandfläche mit einer maximalen Querschnittsfläche.. Daher ist der Preis pro Meter Rohrleitung mit fester Wandstärke minimal - einfach aufgrund des geringeren Materialverbrauchs.
2. Runder Querschnitt für maximale Zugfestigkeit. Tatsache ist, dass die Kraft, mit der die innere Umgebung mit übermäßigem Druck gegen die Wände drückt, direkt proportional zu ihrer Fläche ist. und die Fläche ist, wie wir bereits festgestellt haben, nur am Rundrohr minimal.

Die innere Querschnittsfläche wird unter Verwendung der Formel S = Pi * R ^ 2 berechnet, wobei S der gewünschte Flächenwert ist, Pi die Pi-Zahl ist, ungefähr gleich 3,14159265, und R der Radius ist (die Hälfte des Innendurchmessers). Für ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 200 mm beträgt der Querschnitt beispielsweise 3,14159265x (0,1 ^ 2) = 0,031 m2.

Da der Fluss eines Fluids in einem kreisförmigen Rohr nicht immer mit der Befüllung seines gesamten Volumens zusammenhängt, wird in den Berechnungen häufig das Konzept eines lebenden Abschnitts verwendet. So genannte Strömungsfläche. Wenn Sie beispielsweise ein Rohr genau zur Hälfte füllen, ist es gleich (Pi * R ^ 2) / 2 (im obigen Beispiel 0,031 / 2 = 0,00155 m2).

Volumen

Lassen Sie uns herausfinden, wie groß die Flüssigkeitsmenge im Rohr ist. Jedes Rohr ist geometrisch ein Zylinder. Sein Volumen wird als Produkt aus Querschnittsfläche und Länge berechnet.

Bei einer Querschnittsfläche von 0,031 m2 entspricht das Flüssigkeitsvolumen in einer vollständig gefüllten Rohrleitung mit einer Länge von 8 Metern 0,031 × 8 = 0,248 m3.

Bei einem teilweise gefüllten Rohr wird der durchschnittliche Live-Abschnitt für die Berechnung verwendet. Bei konstanter Steigung und gleichmäßiger Strömung ist die Bewegung der Flüssigkeit durch die Rohre gleichförmig; Dementsprechend ist der lebende Abschnitt in allen Abschnitten der drucklosen Rohrleitung gleich.

Verbrauch

Wir werden verstehen, wie die Berechnung der Flussrate der Flüssigkeit durch das Rohr aussieht. Die Aufgabe hat einen großen praktischen Wert: Sie steht in direktem Zusammenhang mit den Berechnungen von Wasserleitungen mit einer bekannten Anzahl von Sanitärinstallationen.

Sie müssen traurig sein, dass es keine einfache und universelle Berechnungsmethode gibt. Warum

Nur weil Sie bei einer vollständigen hydrodynamischen Berechnung mit Ihren eigenen Händen eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigen müssen:

• Reibungskoeffizient der Innenfläche des Rohres. Offensichtlich wird rauer, mit Sediment beschichteter Stahl der Bewegung von Wasser viel widerstandsfähiger als glattes Polypropylen.

• Die Länge der Pipeline. Je größer der Abstand durch die Flüssigkeit ist, desto größer ist der Druckabfall aufgrund der Verlangsamung der Strömung gegen die Wände, desto stärker wird der Verbrauch.
• Der Durchmesser der Pipeline beeinflusst den Fluss von viskoser Flüssigkeit durch Rohre auf viel kompliziertere Weise, als es den Anschein hat. Je kleiner der Querschnitt ist, desto größer ist der Strömungswiderstand des Rohres. Der Grund ist, dass sich mit abnehmendem Durchmesser das Verhältnis von Innenvolumen und Wandfläche ändert.

Beachten Sie! In einer dicken Rohrleitung wirkt der den Wänden am nächsten liegende Teil des Flusses als eine Art Schmiermittel für sein Inneres. In einer dünnen Schicht ist die Dicke dieses Schmiermittels unzureichend.

• Schließlich beeinflusst jede Umdrehung der Rohrleitung, der Übergang des Durchmessers, jedes Element des Absperrventils auch die Durchflussmenge und verlangsamt den Durchfluss.

Es versteht sich, dass all diese Faktoren das Ergebnis nicht um wenige Prozent beeinflussen: Zum Beispiel für ein neues Stahlrohr mit polierter Innenfläche und für überwachsene Ablagerungen (auch ohne Berücksichtigung des Lumenabfalls) unterscheidet sich der hydrodynamische Widerstand um mehr als das 200-fache.

Für den Fachmann sind alle für die hydraulische Berechnung der Pipeline erforderlichen Angaben unter Berücksichtigung der vollständigen Konfiguration, des Materials und des Alters in den Tabellen F.A. Sheveleva Auf der Grundlage dieser Tabellen wurden viele Online-Rechner erstellt, mit denen Sie Berechnungen mit unterschiedlichen Vertrauensgraden durchführen können.

Es gibt jedoch eine Lücke, mit der Sie unabhängige Berechnungen erheblich vereinfachen können. Bei der Strömung der Flüssigkeit durch das Loch, die im Vergleich zur Flüssigkeitszufuhrleitung (die wir tatsächlich bei den meisten Sanitärgeräten beobachten) vernachlässigbar ist, gilt das Gesetz von Torricelli.

Gemäß diesem Gesetz ist in dem beschriebenen Fall die Formel V ^ 2 = 2gH, wobei V die Strömungsgeschwindigkeit in dem Loch ist, g die Beschleunigung der Schwerkraft (9,78 m * s ^ 2) ist und H die Höhe der Säule über dem Loch oder etwas anderes ist der gleiche Druck vor ihm.

Referenz: 1 Atmosphäre (1 kgf / cm2) entspricht dem Druck einer Wassersäule von 10 Metern.

Wie korreliert die Flussrate in der Bohrung mit dem Fluss? In unserem Fall ist die Berechnungsanweisung einfach: Ein Fluidvolumen, das dem Produkt S und der Flussrate V entspricht, wird durch das Loch mit der Querschnittsfläche S hindurchtreten

Lassen Sie uns als Beispiel den Wasserdurchfluss durch ein Loch mit einem Durchmesser von 2 Zentimetern bei einem Druck von 10 Metern berechnen, der einer Überdruckatmosphäre entspricht.

1. V ^ 2 = 2 × 9,78 × 10 = 195,6
2. V ist gleich der Quadratwurzel von 195,6. Das Ergebnis (13.985706 m / s) zur Vereinfachung der Berechnung wird auf 14 m / s aufgerundet.
3. Die Querschnittsfläche des Lochs mit einem Durchmesser von zwei Zentimetern gemäß der obigen Formel beträgt 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 m2.
4. Der Aufwand beträgt daher 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s. Der Einfachheit halber werden wir es in Liter umrechnen: Da 1 Kubikmeter 1000 Liter entspricht, ergibt sich für den trockenen Rückstand ein Ergebnis von 4,4 Litern pro Sekunde.

Der Vollständigkeit halber stellen wir einige Referenzdaten vor.

Durchflussmenge

Wie berechnet sich die Durchflussrate der Flüssigkeit in der Rohrleitung? Für den Fall, dass es durch ein Loch mit kleinem Durchmesser herausfließt, gilt das obige Torricelli-Gesetz.

In den meisten Fällen wird jedoch der Durchfluss der Flüssigkeit in der Rohrleitung für eine lange Rohrleitung berechnet, deren hydraulischer Widerstand nicht vernachlässigt werden kann. Wenn ja, stehen wir vor den gleichen Problemen: zu viele Faktoren beeinflussen die Geschwindigkeit mit einem konstanten Unterschied in der Sektion.

Die Situation wird erheblich vereinfacht, wenn wir die Kosten kennen. Für inkompressible Flüssigkeiten gilt eine vereinfachte Formel für die Kontinuitätsgleichung: Q = Av, wobei Q der Wasserdurchfluss in Metern pro Sekunde ist, A die Fläche eines vollen oder lebenden Abschnitts ist, v die durchschnittliche Geschwindigkeit einer Flüssigkeit in einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt oder einer anderen Form ist.

Wenn man die obigen Referenzdaten des Wasserverbrauchs von Sanitäreinrichtungen kennt, ist es einfach, die Strömungsgeschwindigkeit in einer Wasserleitung mit bekanntem Durchmesser zu berechnen.

Lassen Sie uns beispielsweise herausfinden, wie schnell sich das Wasser in der Kaltwasserzuleitung mit einem Innendurchmesser von 15 mm (0,015 m) bewegt, während Sie den Abwassertank mit einem Geschirrspüler und einem Waschbecken befüllen.

1. Der Gesamtwasserverbrauch der Geräte beträgt gemäß obiger Tabelle 0,1 + 0,3 + 0,12 = 0,52 l / s oder 0,00052 m3 / s.
2. Die Querschnittsfläche des Rohres beträgt 3,14159265 x 0,0075 m 2 = 0,000176714865625 m2.
3. Die Flussrate in Metern pro Sekunde beträgt 0,00052 / 0,000176714865625 = 2,96.

Als Referenz geben wir einige Werte der Wassergeschwindigkeit in Rohrleitungen für verschiedene Zwecke an.

Nützlich: Eine Flussrate von bis zu 1,5 m / s wird als angenehm angesehen und bewirkt keine Beschleunigung der Abnutzung der Rohrleitungen durch Abrieb. Eine vorübergehende Erhöhung der Geschwindigkeit auf 2,5 m / s ist akzeptabel.

Durchmesser und Druck

Ein weiterer interessanter Aspekt des Verhaltens eines Fluids in einer Rohrleitung ist die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und dem statischen Druck darin. Es wird durch das Bernoulli-Gesetz beschrieben: Der statische Druck ist umgekehrt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit.

Die praktische Anwendung dieses Gesetzes ist in vielen modernen Mechanismen verankert.

Hier nur einige Beispiele:

• Die pneumatische Spritzpistole arbeitet präzise aufgrund der im Luftstrahl erzeugten Verdünnung, die den Farbstoff buchstäblich aus dem Tank saugt und auf der lackierten Oberfläche in ein tragbares Aerosol verwandelt.
• In der Aufzugseinheit eines mit der Heizungshauptleitung verbundenen Hauses saugt das Vakuum im Wasserstrahl, der durch die Düse aus der Versorgungsleitung erzeugt wird, durch den Saugteil des Wassers aus dem Rücklauf in den wiederholten Zirkulationszyklus.

Fazit

Wir hoffen, dass der Leser unseren kleinen Exkurs in die Grundlagen der Physik, Geometrie und Hydrodynamik nicht zu langweilig fand. Weitere thematische Informationen finden Sie wie üblich in dem Video in diesem Artikel (siehe auch Schornsteine: Installation und Wartung).

Erfolge!