Как рассчитать потери давления в трубопроводе?

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

где λ — коэффициент гидравлического сопротивления; L, D — соответственно длина и внутренний диаметр трубопровода; W — средняя скорость перекачки; g — ускорение силы тяжести.

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).

При ламинарном режиме перекачки (Re = ReKp) расчет λ выполняется по формуле Стокса

В переходной зоне (ReKp -4

Эквивалентная шероховатость kэ стальных труб

С незначительной коррозией после очистки

После нескольких лет эксплуатации

Сильно заржавленные или с большими отложениями

В зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима (ReKp ReII) расчет λ обычно ведут по формуле Шифринсона

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

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.

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:

для зоны смешанного трения получаем:

Поделив почленно получим:

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

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

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 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 • е 0,15 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 Re кр , 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

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.

В тех случаях, когда необходимо, чтобы зависимость потерь напора на трение от расхода Q была выражена в явном виде, удобно использовать обобщенную формулу Лейбензона

где β — расчетный коэффициент, равный

Формула получается подстановкой выражения в формулу Дарси—Вейсбаха .

Учитывая, что формулу Гипротрубопровода можно привести к виду

Рекомендуемые величины коэффициентов А, β и m

Онлайн-калькулятор потерь напора в зависимости от расхода жидкости и сечения трубопровода

Зачем нужен этот калькулятор?

Калькулятор умеет рассчитывать потери напора в метрах в зависимости от длины и диаметра вашего трубопровода, а также объемного расхода жидкости. Зная потери напора, вы сможете более точно подобрать нужный насос под вашу задачу.

Наш калькулятор использует формулу расчета одного немецкого института гидродинамики. Из всех протестированных нами формул эта в наибольшей степени соотносится с нашим собственным опытом.

Чтобы воспользоваться калькулятором, введите исходные данные, потом нажмите кнопку «Рассчитать».
Ниже этой кнопки будут показаны результаты расчета.

Подробнее о заполнении полей калькулятора

Поясним чуть подробнее как заполнить исходные данные.

    Внутренний диаметр трубопровода
    Измеряется в миллиметрах. Лучше измерять диаметр труб непосредственно штангенциркулем, а не ориентироваться на справочные данные. Также обратите внимание на то, что диаметр требуется именно внутренний. В каталогах труб часто указывают номинальный диаметр труб, который чуть больше, чем внутренний.

Длина трубопровода
Измеряется в метрах. Длина трубопровода — это сумма длин всех прямых участков трубы, а не расстояние между начальной и конечной точкой. К примеру, если у вас труба идет 10 метров по земле, а затем поднимается на 3 метра вверх, и идет 2 метра в обратном направлении, то в калькулятор нужно занести число 15. Это важно учитывать на предприятиях, где трубы часто обходят препятствия и имеют технологические изгибы.

Расход жидкости
В этом пункте вы самостоятельно можете выбрать единицы измерения: литры в минуту или кубометры в час. Расход жидкости — это количество жидкости, которое протекает через трубу за определенное время. Например, если 60 литровая бочка наполняется водой за 1 час, значит расход воды составляет 60 литров в час или 1 литр в минуту.

Перекачиваемая жидкость
Для удобства в калькулятор уже занесены данные по кинематической вязкости некоторых жидкостей при температуре 20 °C. Если ваша жидкость присутствует в перечне, то просто выберите ее из выпадающего списка. Данные кинематической вязкости в поле ниже заполнятся автоматически. Если вашей жидкости в списке нет, то выберите пункт «Другая жидкость», после чего у вас появится возможность редактировать поле «Кинематическая вязкость» вручную. Кроме того, если температура перекачиваемой жидкости меньше 15 °С или больше 25 °С, то значение кинематической вязкости тоже лучше ввести вручную.

Кинематическая вязкость
Измеряется в квадратных метрах в секунду. В большинстве случаев это поле заполняется автоматически. Однако если у вас есть данные по вязкости, лучше укажите это значение вручную. Для этого нужно выбрать в поле выше пункт «Другая жидкость», после чего откроется возможность ручного редактирования кинематической вязкости. Данные о кинематической вязкости можно взять из специализированных таблиц или измерить непосредственно при помощи вискозиметра. Обратите внимание, что вязкость сильно зависит от температуры жидкости — измеряйте ее при той же температуре, при которой она будет находиться в трубах. В данном калькуляторе используется система СИ, поэтому вводите данные именно в квадратных метрах в секунду. В таблицах данные часто указывают в сантистоксах: 1 сСт = 0.000001 м²/с. Не запутайтесь в количестве нулей!

Материал внутренней поверхности трубопровода
Калькулятор содержит справочник материалов, из которых надо выбрать материал внутренней стенки трубопровода. Это нужно для определения шероховатости внутренней поверхности трубы. Если вы знаете шероховатость, то лучше указать ее вручную, выбрав пункт списка «Указать шероховатость вручную». После чего вам станет доступно для редактирования поле «Шероховатость внутренней поверхности».

  • Шероховатость внутренней поверхности
    Измеряется в условных миллиметрах. Эти данные можно взять из специализированных справочников.
  • Результаты расчёта

    После того, как вы заполните данные, нажмите кнопку «Рассчитать». Калькулятор отобразит следующие показатели:

      Площадь поперечного сечения трубопровода
      Рассчитывается в квадратных метрах. Этот показатель полезен для дальнейших расчетов.

    Относительная шероховатость трубопровода
    Измеряется в условных миллиметрах. Этот показатель может отличаться от номинальной шероховатости, но может и совпадать с ней. Он пригодится для ручных расчетов.

    Скорость течения жидкости
    Измеряется в метрах в секунду. Это средняя скорость каждой частицы жидкости вдоль оси трубопровода. Скорость у стенок трубопровода может отличаться.

  • Число Рейнольдса
    Указывает на точность проводимых измерений и на вид течения жидкости. Чем меньше это число, тем точнее измерения. Но погрешность нарастает медленно, поэтому вплоть до сотен тысяч расчеты можно считать точными.
  • Режим течения
    Важный показатель. Выделяют три режима: ламинарный — расчеты в этом режиме достаточно точные, а потери на трение не велики. Всегда стремитесь к тому, чтобы ваша жидкость текла в ламинарном режиме. Турбулентный режим — в этом случае точность расчетов еще на достаточном уровне, но в турбулентном режиме значительная часть энергии потока жидкости будет тратиться внутреннее трение, турбулентность и нагрев. Эксплуатировать трубы в таком режиме можно, но КПД системы будет на несколько процентов ниже, чем в ламинарном режиме. Переходный же режим характеризуется тем, что в перекачиваемой жидкости периодически возникают и угасают турбулентные колебания. Гарантировать точность расчетов в таком режиме нельзя. Если ваша система уже работает в переходном режиме, то выбирайте насос с большим запасом по мощности. Если же вы только проектируете систему, то избегайте переходного режима — измените диаметр труб либо на больший, либо на меньший.

    Читайте также  Защитный клапан от избыточного давления

    Коэффициент гидравлического трения
    Безразмерный показатель, используемый при расчете гидравлических систем.

  • Потери напора по длине
    Это ключевой показатель, для расчета которого калькулятор и создавался. Потери измеряются в метрах водяного столба. Показатель напора отвечает на вопрос: насколько метров жидкость может подняться вверх. Он нужен для правильного подбора насоса.
  • 1. Любой калькулятор потерь напора (в том числе и этот) дает погрешности при вычислениях. Поэтому сделанный расчет должен быть подкреплен практической проверкой. Если вы нашли очевидную ошибку или неточность в расчетах нашего калькулятора, пожалуйста, сообщите нам на электронную почту.

    2. Калькулятор рассчитывает потери давления жидкости без учета изменения высоты труб. Подробнее об этом будет указано в конце статьи.

    Пример расчета потери напора для подбора насоса

    Допустим, мы хотим подобрать насос для двухэтажного дома. Нам нужно, чтобы на втором этаже могла работать стиральная машина, для которой нужно обеспечить давление в 6 м.в.ст. Источником воды будет колодец или скважина, глубиной 10 метров. Сам насос будет располагаться на уровне воды. Начертим эскиз водопровода и укажем все известные нам размеры: расстояние от скважины до дома 15 метров, расстояние от земли до места установки стиральной машины 5 метров.

    Сложив все эти величины, получаем длину трубопровода 30 метров. Вводим это значение в калькулятор. Заполняем остальные значения: в нашем случае внутренний диаметр труб будет 15 мм. В качестве значения расхода воды укажем максимальное потребление для стиральной машины — 30 литров в минуту. В качестве жидкости у нас будет выступать вода, а в качестве труб — полипропилен. Нажимаем кнопку рассчитать, и получаем потери напора в 22 метра водяного столба.

    Но это еще не окончательный ответ. Из рисунка выше видно, что в нашем случае насос должен поднять воду на высоту 15 метров (10 метров высота скважины и 5 метров — высота дома). Значит к 22 м.в.ст. нужно добавить еще 15 метров высоты. Общие потери напора, с учетом подъема воды из скважины до высоты второго этажа составят 22+15=37 метров водяного столба. Однако, если взять насос с максимальным напором в 37 м.в.ст. он сможет лишь поднять воду до уровня стиральной машины. Впускной клапан стиральной машины, по условиям нашей задачи, требует как минимум 6 м.в.ст. избыточного давления. Их тоже нужно прибавить к результату: 37+6=43 метра водяного столба.

    Вот теперь мы можем подобрать насос для данного водопровода: нам подойдут любые модели, способные обеспечить напор более 43 метров водяного столба.

    Но, обратите внимание на получившуюся цифру: при длине линии в 30 метров у нас на одно только трение теряется аж 22 метра напора. Если трубы еще не проложены, то стоит выбрать диаметр труб побольше. Посмотрим, что будет, если мы всего на треть увеличим диаметр трубы. Диаметр у нас был 15, а теперь возьмем трубы диаметром 20 мм. Остальные данные оставим теми же.

    Нажимаем кнопку «рассчитать» и получаем потери давления — чуть более 6 метров водяного столба. Значит мы сократили потери напора с 22 до 6 метров. Прекрасный результат! Не забудем прибавить к этой цифре 15 метров подъема по высоте и 6 метров давления, которое мы хотим видеть на выходе из трубопровода: 6+15+6=27 метров водяного столба. Получается, что увеличив диаметр труб всего на треть, мы можем существенно снизить требования к насосу. В нашем случае, для сечения труб ⌀ 20 мм нам подойдет любой насос с рабочим давлением более 27 метров водяного столба.

    Расчет потери напора сделан. Как теперь подобрать насос?

    Когда известны расчетные параметры трубопроводной сети, можно подобрать насос онлайн, пользуясь нашим каталогом. Для подбора насоса онлайн вам необходимо будет указать желаемую производительность насоса и его напор (давление). Подробнее об онлайн-подборе насосов на нашем сайте написано здесь.

    Как вариант, вы всегда можете позвонить нам или написать на электронную почту, чтобы переложить подбор насоса на наших приветливых и заботливых менеджеров по продажам.

    Калькулятор расчета потерь напора в водопроводе

    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.

    Калькулятор 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

    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 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.

    Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.

    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.
    Читайте также  Регулировка насосной станции своими руками давление воды

    — 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.

    Гидравлический расчет трубопроводов

    Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных.

    . — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

    В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

    Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

    1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

    2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

    Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

    Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

    Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице « О блоге » .

    Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.

    Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

    Исходные данные:

    1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

    в ячейку D4: 45,000

    2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода tвх в °C заносим

    в ячейку D5: 95,0

    3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода tвых в °C записываем

    в ячейку D6: 70,0

    4. Внутренний диаметр трубопровода d в мм вписываем

    в ячейку D7: 100,0

    5. Длину трубопровода L в м записываем

    в ячейку D8: 100,000

    6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб в мм вносим

    в ячейку D9: 1,000

    Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

    Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

    7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений Σ(ξ) вписываем

    в ячейку D10: 1,89

    Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

    Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

    Результаты расчетов:

    8. Среднюю температуру воды tср в °C вычисляем

    в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

    tср =( tвх + tвых )/2

    9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм 2 /с при температуре tср рассчитываем

    в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

    n =0,0178/(1+0,0337* tср +0,000221* tср 2 )

    10. Среднюю плотность воды ρ в т/м 3 при температуре tср вычисляем

    в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970

    ρ =(-0,003* tср 2 -0,1511* tср +1003, 1)/1000

    11. Расход воды через трубопровод G в л/мин пересчитываем

    в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024

    G ’ = G *1000/( ρ *60)

    Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

    12. Скорость воды в трубопроводе v в м/с вычисляем

    в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640

    v =4* G /( ρ *π*( d /1000) 2 *3600)

    К ячейке D16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.

    Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

    13. Число Рейнольдса Re определяем

    в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4

    Re = v * d *10/ n

    14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем

    в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17 =0,035

    λ =64/ Re при Re ≤2320

    λ =0,0000147* Re при 2320≤ Re ≤4000

    λ =0,11*(68/ Re + ∆ / d ) 0,25 при Re ≥4000

    15. Удельные потери давления на трение R в кг/(см 2 *м) вычисляем

    в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100 =0,004645

    R = λ * v 2 * ρ *100/(2*9,81* d )

    16. Потери давления на трение dPтр в кг/см 2 и Па находим соответственно

    в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485

    dPтр = R * L

    и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9

    dPтр = dPтр *9,81*10000

    17. Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см 2 и Па находим соответственно

    в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150

    dPмс = Σ(ξ) * v 2 * ρ /(2*9,81*10)

    и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2

    dPтр = dPмс *9,81*10000

    18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см 2 и Па находим соответственно

    в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634

    dP = dPтр + dPмс

    и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1

    dP = dP *9,81*10000

    19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч) 2 вычисляем

    в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720

    S = dP / G 2

    Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!

    Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

    Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

    На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

    Исходные данные:

    Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L , а также рассчитанное значение скорости движения воды v .

    1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

    Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

    Результаты расчетов:

    По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

    Читайте также  Слабое давление воды в насосной станции

    2. Коэффициент m извлекается

    в ячейку D32: =ИНДЕКС(H31:H42;H29) =0,300

    3. Коэффициент A извлекается

    в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

    4. Коэффициент 1000A1 извлекается

    в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

    5. Коэффициент 1000A1/(2g) извлекается

    в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

    6. Коэффициент С извлекается

    в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

    7. Коэффициент гидравлического сопротивления i в м.вод.ст./м рассчитываем

    в ячейке D37: =D35/1000*((D33+D36/D16)^D32)/((D7/1000)^(D32+1))*D16^2 =0,057

    i =( ( 1000A1/(2g) )/1000)*((( A0 + C / v ) m )/(( d /1000) ( m +1) ))* v 2

    8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см 2 и Па находим соответственно

    в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

    dP = dP /9,81/10000

    и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

    dP = i *9,81*1000* L

    Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

    Итоги.

    Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2.04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.

    В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.

    При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см 2 .

    Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

    Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!

    Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).

    Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

    Энциклопедия сантехника Гидравлический расчет на потерю напора или как рассчитать потери давления в трубе

    В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

    Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале трубы насос потом идет манометр, который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр, который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

    Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце трубы, можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление, то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу. Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа. Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров. Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления.

    Существует ряд методов, как рассчитать потерю напора не имея манометров на трубах. Ученые исследователи приготовили для нашего пользования замечательные формулы и цифры, которые нам пригодятся.

    Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

    h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
    λ-коеффициент гидравлического трения, находится дополнительными формулами о которых опишу ниже.
    L-длина трубопровода измеряется в метрах.
    D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
    V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
    g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

    А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.

    Формулы нахождения этого коэффициента зависит от числа Рейнольдса и эквивалента шероховатости труб.

    Напомню эту формулу (она применима только к круглым трубам):

    V-Скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
    D-Внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
    ν-Кинематическая вязкость. Это обычно для нас готовая цифра, находится в специальных таблицах.

    Далее находим формулу для нахождения коэффициента гидравлического трения по таблице:

    Здесь Δэ — Эквивалент шероховатости труб. Эта величина в таблицах указывается в милиметрах, но вы когда будете вставлять в формулу обязательно переводите в метры. Вообще не забывайте соблюдать пропорциональность единиц измерения и не смешивайте в формулах разных типа [мм] с [м].

    d-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости.

    Также хочу подметить, что подобные величины по шероховатости бывают абсолютными и относительными или даже есть относительные коэффициенты. Поэтому когда если будете искать таблицы с величинами, то величина эта должа называться «эквивалентом шероховатости труб» и не как иначе, а то результат будет ошибочный. Эквивалент означает — средняя высота шероховатости.

    В некоторых ячейках таблицы указаны две формулы, вы можете считать на любой выбранной, они почти дают одинаковый результат.

    Вообще в целом, эти формулы показывают и доказывают, что при увеличении скорости или увеличении расхода, всегда увеличивается сопротивление движению потока жидкости, то есть увеличиваются потери напора. Причем увеличиваются не пропорционально, а квадратично. Это говорит о том, что единица увеличения расхода не соответствует затратам на потерю напора. То есть иметь большую скорость потока жидкости в трубе экономически не целесообразно. Поэтому бывает дешевле увеличить диаметр потока. В других статьях обязательно опишу, как посчитать, какой диаметр нам необходим.

    Таблица: (Эквивалент шероховатости)

    Кому интересно узнать (Эквивалент шероховатости ) для металлопластика, полипропилена и сшитого полиэтилена, то это соответствует и относится к пластмассам. То есть в таблице характеристика будет: Пластмассовые (полиэтилен, винипласт).

    Так же хочу обратить внимание, на то, что со временем, на внутренних станках труб, образуется налет, что увеличивает шероховатость труб. Так что имейте ввиду что со временем потери напора только увеличиваются.

    Таблица: (Кинематическая вязкость воды)

    Как видно из графика, что при повышении температуры кинематическая вязкость уменьшается, а это значит, что и сопротивление движению воды уменьшается. Это значит, что при потоке горячей воды, «потери напора» будут меньше чем при потоке холодной воды. Кто живет в многоквартирных домах, если обратит внимание, то скорость и напор горячей воды всегда выше чем напор холодной воды. Есть исключения, но в большинстве случаев это так. Теперь вы понимаете, почему это так.

    А теперь давайте решим задачу:

    Найти потерю напора по длине при движении воды по чугунной новой трубе D=500мм при расходе Q=2 м3/с, длина трубы L=900м, температура t=16°С.

    Дано:
    D=500мм=0.5м
    Q=2 м3/с
    L=900м
    t=16°С
    Жидкость: H2O
    Найти: h-?

    Решение: Для начала найдем скорость потока в трубе по формуле:

    Сдесь ω — площадь сечения потока. Находится по формуле:

    Далее находим число Рейнольдса по формуле:

    Re=(V*D)/ν=(10,19*0.5)/0,00000116=4 392 241

    ν=1,16*10-6=0,00000116. Взято из таблицы. Для воды при температуре 16°С.

    Δэ=0,25мм=0,00025м. Взято из таблицы, для новой чугунной трубы.

    Далее сверяемся по таблице где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

    Далее завершаем формулой:

    Ответ: 156,7 м. = 1,567 МПа.

    Также хочу обратить внимание на то, что мы в задаче рассматривали трубу которая на всей своей длине имеет горизонтальное положение.

    Давайте рассмотрим пример, когда труба идет вверх под определенным углом.

    В этом случае нам к обычной задаче нужно прибавить высоту(в метрах) к потери напора. Если труба будет идти на спуск в низ, то тут необходимо вичитать высоту.

    Мы рассмотрели потерю напора по длине трубопровода, также существуют местные сопротивления в виде заужения и поворотов, которые тоже влияют на потерю напора. О них будет описано в других моих статьях. И я обязательно приготовлю статью о том как подобрать насос по напору, чтобы удовлетворить требования расхода жидкости, в зависимости от потерь напора. Если что-то не понятно пишите в комментарии, обязательно отвечу!

    Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:

    Скачать калькулятор расчетов гидравлического сопротивления.

    Следующая статья: Местные гидравлические сопротивления

    В разделе ремонт отопления, можете подробно ознакомиться с нашими услугами. Что мы делаем:

    ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ

    Надежный помощник по ремонту отопления.

    Рассчитать стоимость отопления можно в разделе калькулятор отопления