Добавить в закладки
Текущий рейтинг статьи:
Статьи

Расход воды через трубу: возможен ли простой расчет?

X

Содержание

Возможен ли сколь-нибудь простой расчет расхода воды по диаметру трубы? Или единственный способ — обращаться к специалистам, предварительно изобразив подробную карту всех водопроводов в округе?

Ведь гидродинамические расчеты крайне сложны…

расход воды через трубу

Наша задача — выяснить, сколько воды может пропустить эта труба

Для чего это нужно?

  1. При самостоятельном расчете водопроводных систем.
    Если планируется строить большой дом с несколькими гостевыми ваннами, мини — гостиницу, продумывать систему пожаротушения — желательно знать, какое количество воды может поставить труба заданного диаметра при определенном давлении.

Ведь значительное падение напора в пиках потребления воды едва ли порадует жильцов. Да и слабая струйка воды из пожарного шланга скорее всего будет бесполезна.

  1. В отсутствие водосчетчиков коммунальные службы обычно выставляют счет организациям «по проходимости трубы».
    Как любые разумные люди, мы склонны считать деньги. Если платим — то хотим знать, за что и по каким тарифам, не так ли?

Обратите внимание: второй сценарий не затрагивает квартиры и частные дома. Если нет водосчетчиков, коммунальники берут оплату за воду согласно санитарных норм. Для современных благоустроенных домов это не более чем 360 литров на человека в сутки.

расчет расхода воды через трубу

Нужно признать: водосчетчик сильно упрощает отношения с коммунальными службами

Факторы, влияющие на проходимость трубы

Что влияет на  максимальный расход воды в трубе круглого сечения?

Очевидный ответ

Здравый смысл подсказывает, что ответ должен быть очень простым. Есть труба для водопровода. В ней отверстие. Чем оно больше — чем больше воды через него пройдет за единицу времени. Ах, простите, еще давление.

Очевидно, что столб воды в 10 сантиметров будет продавливать через сантиметровое отверстие меньше воды, чем водяной  столб высотой с десятиэтажный дом.

Значит, от внутреннего сечения трубы и от давления в водопроводе, так?

расход воды в трубе круглого сечения

Неужели нужно что-то еще?

Правильный ответ

Нет. Эти факторы на расход влияют, но они — лишь начало длинного списка. Рассчитывать  расход воды по диаметру трубы и давлению в ней — это все равно, что рассчитывать траекторию летящей на Луну ракеты, исходя из видимого положения нашего спутника.

Если не учесть вращение Земли, движение Луны по собственной орбите, сопротивление атмосферы и гравитацию небесных тел — едва ли наш космический корабль попадет хоть приблизительно в нужную точку пространства.

На то, сколько воды выльется из трубы диаметром x при давлении в трассе y, влияют не только эти два фактора, но еще и:

  • Протяженность трубы. Чем она длиннее — тем сильнее трение воды об стенки замедляет поток воды в ней. Да, на воду у самого торца трубы влияет лишь давление в ней, но ведь следующие объемы воды должны занять ее место. А водопроводная труба тормозит их, и еще как.
максимальный

Именно из-за потери напора в длинной трубе на нефтепроводах стоят насосные станции

  • Диаметр трубы влияет на расход воды куда сложнее, чем подсказывает «здравый смысл». Для труб малого диаметра сопротивление стенок движению потока куда больше, чем для толстых труб.
    Причина — в том, что тем меньше труба, тем менее выгодно в ней с точки зрения скорости потока воды соотношение внутреннего объема и площади поверхности при фиксированной длине.

Проще говоря, по толстой трубе воде легче двигаться, чем по тонкой.

  • Материал стенок — еще один важнейший фактор, от которого зависит скорость движения воды. Если по гладкому полипропилену вода скользит, как филейная часть неуклюжей дамы по тротуару в гололед, то шероховатая сталь создает куда большее сопротивление потоку.
  • Возраст трубы тоже очень сильно влияет на проходимость трубы. Стальные водопроводные трубы ржавеют, кроме того, сталь и чугун с годами эксплуатации зарастают известковыми отложениями.

Заросшая труба оказывает куда большее сопротивление потоку (сопротивление полированной новой стальной трубы и ржавой отличаются в 200 раз!). Мало того — участки внутри трубы вследствие зарастания уменьшают свой просвет; даже в идеальных условиях через заросшую трубу пройдет куда меньше воды.

расчет расхода воды по диаметру трубы

Как вы думаете, есть ли смысл рассчитывать проходимость по диаметру трубы у фланца?

Обратите внимание: состояние поверхности пластиковых и металлополимерных труб со временем не ухудшается. Через 20 лет труба будет оказывать такое же сопротивление потоку воды, как и в момент монтажа.

  • Наконец, любой поворот, переход диаметра, разнообразная запорная арматура и фитинги — все это тоже тормозит поток воды.

Ах, если бы приведенными выше факторами можно было пренебречь! Однако речь идет не об отклонениях в пределах погрешности, а о разнице в разы.

Все это приводит нас к печальному выводу: простой расчет расхода воды через трубу невозможен.

Луч света в темном царстве

В случае расхода воды через кран, однако, задача может быть резко упрощена. Основное условие простого расчета: отверстие, через которое вода изливается, должно быть пренебрежимо мало по сравнению с диаметром подводящей воду трубы.

Тогда действует закон Торричелли: v^2=2gh, где v — скорость вытекания из малого отверстия, g — ускорение свободного падения, а h — высота водяного столба, который стоит над отверстием. При этом через отверстие с сечением s за единицу времени будет проходить объем жидкости s*v.

расход воды по диаметру трубы

Мэтр оставил вам подарок

Не забудьте: сечение отверстия — это не диаметр, это площадь, равная pi*r^2.

Для столба воды 10 метров (что соответствует избыточному давлению в одну атмосферу) и отверстия диаметром 0,01 метр расчет будет таким:

v^2=2*9.78*10=195,6

Извлекаем квадратный корень и получаем v=13,98570698963767. Для простоты расчетов округлим значение скорости потока до 14 м/с.

Сечение отверстия диаметром 0,01 м равно 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2.

Таким образом, расход воды через наше отверстие будет равным 0,000314159265*14=0,00439822971 м3/с, или чуть меньше четырех с половиной литров в секунду.

Как видите, в этом варианте расчет не очень сложен.

Кроме того, в приложении к статье вы найдете таблицу расхода воды наиболее распространенными сантехническими приборами с указанием минимального диаметра подводки.

Заключение

Вот вкратце и все. Как видите, универсального простого решения мы не нашли; однако, будем надеяться, статья окажется полезной вам. Удачи!

Автор и сам в печали от того, как сложны гидродинамические расчеты

Автор и сам в печали от того, как сложны гидродинамические расчеты

Приложение2Приложение

загрузка...
загрузка...

Комментарии

25 апреля 2017
Земфира

подскажите, как вести учет забора воды из реки трубой диаметром 250мм без прибора учета косвенным методом.

0
0
Ответить
25 апреля 2017
Михаил (o-trubah.ru) Земфира

К косвенным методам учета объема забора воды относятся:
• Учет по времени работы насосного оборудования с известной производительностью;
• Учет по объему сброшенной воды (если процессы забора и сброса связаны);
• Учет по суммарному расходу электроэнергии (через пересчет на мощность насоса).
Сведения о количестве забранной воды, исчисленном косвенными методами, отражаются в Журнале учета водопотребления (водоотведения) косвенными методами (форма N ПОД-12)

0
0
Ответить
04 мая 2017
Роман

А почему по формуле pi*r^2 (где r-это радиус) площадь для трубы ДИАМЕТРОМ 0,01м равна 3,14159265*0,01^2. Для трубы диаметром 0,01м разве не такая формула сечения 3,14159265*0,005^2???

0
0
Ответить

Оставить комментарий

ОБЯЗАТЕЛЬНО приложите ФОТО проблемы - так ответ эксперта будет гораздо точней

Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

Ваш псевдоним:



Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Автор: Виктор Большов
Опубликовано: 13.05.2013


Остались вопросы? Задайте их в нашей группе вконтакте



Please leave this field empty.

Задайте вопрос эксперту

Обязательно приложите ФОТОГРАФИЮ проблемы! Чем яснее проблема - тем проще ответить эксперту









Удалить

Удалить

Удалить

Удалить

Добавить файл

Ответ эксперта придет вам на почту. Обычно время ответа от 30 минут до 2 суток