Площадь поперечного сечения потока

• Потока, смоченный периметр, гидравлический радиус, объемный и весовой расход жидкости, средняя скорость движения потока
• Все потоки жидкости подразделяются на два типа:
• 1) напорные — без свободной поверхности;
• 2) безнапорные — со свободной поверхностью.

Все потоки имеют общие гидравлические элементы: линии тока, живое сечение, расход, скорость. Приведём краткий словарь этих гидравлических тер­ми­нов.

Свободная поверхность — это граница раздела жидкости и газа, давление на которой обычно равно атмосферному (рис. 7,а). Наличие или отсутствие её определяет тип потока: безнапорный или напорный.

Напорные потоки, как правило, наблюдаются в водопроводных трубах (рис. 7,б) — работают полным сечением. Безнапорные — в канали­за­ционных (рис.

7,в), в которых труба заполняется не полностью, поток имеет свободную поверхность и движется самотёком, за счёт уклона трубы.

Линия тока — это элементарная струйка потока, площадь попе­речного сечения которой бесконечно мала. Поток состоит из пучка струек (рис. 7,г).

Площадь живого сечения потока (м2) — это площадь попе­речного сечения потока, перпендикулярная линиям тока (см. рис. 7,г).

1. Расход потока q (или Q) — это объём жидкости V, проходящей через живое сечение потока в единицу времени t :
2. q = V/t.
3. Единицы измерения расхода в СИ м3/с, а в других системах: м3/ч , м3/сут, л/с.
4. Средняя скорость потока v (м/с) — это частное от деления ра­с­хода потока на площадь живого сечения :
5. Скорости потоков воды в сетях водопровода и канализа­ции зданий обы­чно порядка 1 м/с.
6. Следующие два термина относятся к безнапорным потокам.

Смоченный периметр (м) — это часть периметра живого сече­ния потока, где жидкость соприкасается с твёрдыми стенками. Например, на рис. 7,в величиной является длина дуги окружности, которая об­разует нижнюю часть живого сечения потока и соприкасается со стенками трубы.

Гидравлический радиус R (м) — это отношение вида которое применяется в качестве расчётного параметра в формулах для без­напорных потоков.

Тема 1.3: «Истечение жидкости. Гидравлический расчет простых трубопроводов»

Истечение через малые отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Истечение при несовершенном сжатии. Истечение под уровень. Истечение через насадки при постоянном напоре. Истечение из-под затвора в горизонтальном лотке.

Малым считается отверстие, высота которого не превышает 0,1 Н, где Н – превышение свободной поверхности жидкости над центром тяжести отверстия (рис. 1).

Стенку считают тонкой, если ее толщина d < (1,5…3,0) d (см. рис. 1). При выполнении этого условия величина d не влияет на характер истечения жидкости из отверстия, так как вытекающая струя жидкости касается только острой кромки отверстия.

Рис. 1. Истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке

Поскольку частицы жидкости движутся к отверстию по криволинейным траекториям сил инерции струя, вытекающая из отверстия, сжимается. Благодаря действию сил инерции струя продолжает сжиматься и после выхода из отверстия.

Наибольшее сжатие струи, как показывают опыты, наблюдается в сечении с-с на расстоянии примерно (0,5…1,0) d от входной кромки отверстия (см. рис.1). Это сечение называют сжатым.

Степень сжатия струи в этом сечении оценивают коэффициентом сжатия e:

где wс и w соответственно площадь сжатого живого сечения струи и площадь отверстия.

Среднюю скорость струи Vc в сжатом сечении с-с при р0 = рат вычисляют по формуле, полученной из уравнения Д. Бернулли, составленного для сечений I-I и с-с (см. рис.1):

где j – коэффициент скорости отверстия.

На основе использования уравнения траектории струи, вытекающей из отверстия, получено еще одно выражение для коэффициента j:

• В формулах(3) и(4) a – коэффициент Кориолиса, z – коэффициент сопротивления отверстия, xi и yi – координаты произвольно взятой точки траектории струи, отсчитываемые от центра отверстия.
• Поскольку напор теряется главным образом вблизи отверстия, где скорости достаточно велики, при истечении из отверстия во внимание принимают только местные потери напора.
• Расход жидкости Q через отверстие равен:

где

Здесь m – коэффициент расхода отверстия, учитывающий влияние гидравлического сопротивления и сжатия струи на расход жидкости. С учетом выражения для m формула (1.25) принимает вид:

Величины коэффициентов e, z, j, m для отверстий определяют опытным путем. Установлено, что они зависят от формы отверстия и числа Рейнольдса. Однако при больших числах Рейнольдса (Re ³ 105) указанные коэффициенты от Re не зависят и для круглых и квадратных отверстий при совершенном сжатии струи равны: e = 0,62…0,64, z = 0,06, j = 0,97…0,98, m = 0,60…0,62.

Насадкой называют патрубок длиной 2,5d £ Lн £ 5d (рис. 2), присоединенный к малому отверстию в тонкой стенке с целью изменения гидравлических характеристик истечения (скорости, расхода жидкости, траектории струи).

Рис. 2. Истечение через расходящийся и сходящийся насадки

Насадки бывают цилиндрические (внешние и внутренние), конические (сходящиеся и расходящиеся) и коноидальные, т. е. очерченные по форме струи, вытекающей из отверстия.

Использование насадки любого типа вызывает увеличение расхода жидкости Q благодаря вакууму, возникающему внутри насадка в области сжатого сечения с-с (см. рис.2) и обуславливающему повышение напора истечения.

Среднюю скорость истечения жидкости из насадки V и расход Q определяют по формулам, полученным из уравнения Д. Бернулли, записываемого для сечений 1–1 (в напорном баке) и в-в (на выходе из насадка, рис. 2).

1. Здесь — коэффициент скорости насадки,
2. zн – коэффициент сопротивления насадки.
3. Для выходного сечения в-в коэффициент сжатия струи e = 1 (насадка в этой области работает полным сечением), поэтому коэффициент расхода насадки mн = jн.
4. Расход жидкости вытекающий из насадки, вычисляется по форму, аналогичной формуле (7),

4. Основы гидродинамики

          Гидродинамика изучает законы движения жидкостей и взаимодействия их с соприкасающимися телами [4].

В теоретической гидродинамике принята струйная модель потока жидкости, где элементарная струйка представляет собой часть потока бесконечно малого сечения.

Причём, скорость частиц жидкости в пределах сечения  струйки одинакова. Для описания геометрии потока используются следующие кинематические элементы:

• -живое сечение;
• — смоченный периметр;
• — гидравлический радиус.

Живое сечение ω — это поперечное сечение потока, нормальное ко всем линиям тока его пересекающим (рис. 4.1).

Смоченный периметр c — линия, по которой жидкость соприкасается с поверхностями русла (рис. 4.2).

Рис. 4.1

Рис. 4.2

Отметим, что при напорном движении жидкости в трубе жидкость занимает весь  внутренний объём и смоченный периметр равен геометрическому параметру трубы.

Гидравлический радиус R – это отношение площади живого сечения к смоченному периметру, т.е.

                                         , м                                      (4.1)

При напорном движении в круглой трубе , где — геометрический радиус трубы, d – внутренний диаметр.

** Гидравлический радиус круглой трубы…..

1. Основными гидравлическими характеристиками потока являются
2. расход жидкости, средняя скорость и давление.
3. Расход – это количество жидкости, протекающее через живое сечение потока в единицу времени.
4. Количество жидкости может измеряться в различных физических величинах и в соответствии с ними расход может быть объёмный, массовый и весовой.
5. Рассмотрим математические выражения различных видов расходов для элементарных струек:
6. — объёмный расход dQ, м3/с:
7.                                        dQ = ,                                                       (4.2)
8.      где  u — скорость жидкости в струйке.
9.  —  массовый расход dM, кг/с:
10.                                               dM = ,                                           (4.3)
11.     где — плотность жидкости.
12.  — весовой расход dG, н/с:
13.                               dG =                                                  (4.4)
14. В практических расчётах потоков жидкостей, часто используется объёмный расход Q , выражение для которого получим после интегрирования (4.2):
15.           ,   м3/с                                              (4.5)
16.      где  — средняя скорость потока.
17. Одним из основных уравнений гидродинамики является уравнение неразрывности потока, которое связывает между собой скорости потока и площади живых сечений при условии постоянства расхода в различных сечениях [5]. Для несжимаемой жидкости это уравнение имеет следующий вид:  
18.                                                  ,                                           (4.6)
19. Уравнение (3.6) принято представлять в виде пропорции:     
20.                                              νср1 / vcр2 = ω2 /ω1                                            (4.7)

Из выражения (3.7) можно сделать вывод: скорости потока обратно пропорциональны площадям живых сечений.

** Вывод уравнения неразрывности потока ….

Это уравнение часто используется при расчётах трубопроводов, состоящих из труб различных диаметров.

В случае движения сжимаемой жидкости (газа) при переходе от одного сечения к другому её удельный вес  изменяется, тогда уравнение  (3.6) преобразуется в (3.8):                                 

                                                                         (4.8)

Уравнение неразрывности и уравнение Бернулли

Уравнение неразрывности потока и уравнения Бернулли являются основными уравнениями гидродинамики. При изучении потоков жидкости вводится ряд понятий, характеризующий потоки с гидравлической и геометрической точек зрения.

Такими понятиями являются: площадь живого сечения потока(или живое сечение потока), расход и средняя скорость.

Площадью живого сечения потока, называют площадь сечения потока, приведенную нормально к направлению линии тока, т.е. перпендикулярно движению струйки жидкости.

Живое сечение может быть ограничено твердыми стенками полностью или частично.

Если стенки ограничивают поток полностью, то движение жидкости называют напорным; Если же ограничение частичное, то движение называется безнапорным.

Напорное движение характеризуется тем, что гидродинамическое давление в любой точке потока отлично от атмосферного и может быть как больше, так и меньше него. Безнапорное движение характеризуется постоянным давлением на свободной поверхности, обычно равным атмосферному.

Расходом потока называется количество жидкости, протекающей через поперечное сечение в единицу времени. Если рассматривать поток жидкости, представляющий собой совокупность большого числа элементарных струек, то очевидно, общий расход жидкости для всего потока в целом представляет собой сумму расходов всех отдельных струек.

Для нахождения этой суммы необходимо знать закон распределения скоростей в сечении потока. Так как во многих случаях движения такой закон неизвестен, в общем случае суммирование становится невозможным.

Поэтому в гидродинамике вводится предположение, что все частицы жидкости по всему поперечному сечению потока движутся с одинаковой скоростью.

Эту воображаемую фиктивную скорость называют средней скоростью потока υср .

• Таким образом уравнение расхода для потока будет
• Q = υср * F,
• где Q – расход;
• υср – средняя скорость потока
• F – площадь сечения потока.

Уравнение неразрывности потока жидкости

Теперь вооружившись основными понятиями перейдем к определению уравнения неразрывности потока.

1. Отделим сечениями 1-1 и 2-2 некоторый отрезок элементарной струйки. В этот отрезок в единицу времени через сечение 1-1 втекает объем жидкости равный
2. Q1 = υ1 * F1,
3. а через сечение 2-2 из него же вытекает объем, равный
4. Q2 = υ2 * F2.

Примем, что жидкость несжимаема и что в ней невозможно образование незаполненных жидкостью пространств – т.е. будем считать, что соблюдается условие сплошности или неразрывности движения.

• Учитывая, что форма элементарной струйки с течением времени не изменяется и поперечный приток в струйку или отток из ней отсутствуют, приходим к выводу, что элементарные расходы жидкости, проходящие через сечение 1-1 и 2-2, должны быть одинаковы.
• Таким образом
• Q1 = Q2
• Или
• υ1 * F1 = υ2 * F2
• Такие соотношения можно составить для любых двух сечений струйки. Поэтому в более общем виде получаем, что всюду вдоль струйки
• Q = υ * F = const.
• Это уравнение называется уравнением неразрывности жидкости – оно является первым основным уравнением гидродинамики. Переходя далее к потоку жидкости в целом получаем, что
• υ1 / υ2 = F2 / F1

т.е. средние скорости в поперечных сечениях потока при неразрывности движения обратно пропорциональны площади этих сечений.

Уравнение неразрывности струи жидкости. Уравнение Бернулли

Вторым основным уравнением гидродинамики является уравнение Бернулли, устанавливающее взаимосвязь между скоростью и давлением в различных сечениях одной и той же струйки.

При рассмотрении уравнения Бернулли также как и в предыдущем случае ограничимся установившемся медленно изменяющимся движением. Выделим в объеме некоторой жидкости одну элементарную струйку и ограничим её в какой-то определенный момент времени Т сечениями 1-1 и 2-2.

Допустим, что через какой-то промежуток времени ΔТ указанный объем переместится в положение 1’ – 1’ и 2’ – 2’. Тогда применяя к движению этого сечению теорему кинетической энергии, определяем, что приращение кинетической энергии движущейся системы материальных частиц равняется сумме работ всех сил, действующих на систему.

1. Если всё это записать в виде формулы, то
2. ΔW = ΣA,
3. где W – приращение кинетической энергии = m * υ2 / 2
4. ΣA – сумма работ действующих сил = P *ΔS
5. В этих выражениях m – масса υ – скорость материальной точки P – равнодействующая всех сил, приложенных к точке,
6. ΔS – проекция перемещения точки на направление силы.

Поток жидкости и его параметры

Поток жидкости — это часть неразрывно движущейся жидкости, ограниченная твердыми деформируемыми или недеформируемыми стенками, образующими русло потока. Потоки, имеющие свободную поверхность, называются безнапорными. Потоки, не имеющие свободной поверхности, называются напорными

• Поток жидкости характеризуется такими параметрами как площадь живого сечения S, расход жидкости Q(G), средняя скорость движения v.
• Живое сечение потока — это сечение, которое перпендикулярно в каждой точке скорости частиц потока жидкости.
• Векторы скорости частиц имеют некоторое расхождение в потоке жидкости.
• Живым сечением потока жидкости называется сечение, которое перпендикулярно в каждой точке скорости частиц потока жидкости.
• 

Рис. Векторы скорости потока жидкости (а) и живое сечение потока (б)

Поэтому живое сечение потока — криволинейная плоскость (рис. а, линия I—I) В виду незначительного расхождения векторов скорости в гидродинамике за живое сечение принимается плоскость, расположенная перпендикулярно скорости движения жидкости в средней точке потока.

Расход жидкости — это количество жидкости, протекающей через живое сечение потока в единицу времени. Расход может определяться в массовых долях G и объемных Q.

1. Средняя скорость движения жидкости — это средняя скорость частиц в живом сечении потока.
2. Если в живом сечении потока, движущегося, например, в трубе, построить векторы скорости частиц и соединить концы этих векторов, то получится график изменения скоростей (эпюра скоростей).
3. 

Рис. Распределение скоростей движения жидкости в живом сечении трубы при течении: а — турбулентном; б — ламинарном

Если площадь такой эпюры разделить на диаметр данной трубы, то получится значение средней скорости движения жидкости в данном сечении:

Vcр = Sэ/d,
где Sэ — площадь эпюры местных скоростей; d — диаметр трубы

Объемный расход жидкости рассчитывается по формуле:

Q = Sэ*Мср,
где Q — площадь живого сечения потока.

Параметры потока жидкости определяют характер движения жидкости. При этом оно может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным, неразрывным и кавитационным, ламинарным и турбулентным.

Если параметры потока жидкости не изменяются во времени, то ее движение называется установившимся.

Равномерным называется движение, при котором параметры потока не изменяются по длине трубопровода или канала. Например, движение жидкости по трубе постоянного диаметра является равномерным.

• Неразрывным называется движение жидкости, при котором она перемещается сплошным потоком, заполняющим весь объем трубопровода.
• Отрыв потока от стенок трубопровода или от обтекаемого предмета приводит к возникновению кавитации.
• Кавитацией называется образование в жидкости пустот, заполненных газом, паром или их смесью.

Кавитация возникает в результате местного уменьшения давления ниже критического значения pкр при данной температуре (для воды ркр= 101,3 кПа при Т= 373 К или ркр= 12,18 кПа при Т= 323 К и т. д.).

При попадании таких пузырьков в зону, где давление выше критического, в эти пустоты устремляются частицы жидкости, что приводит к резкому возрастанию давления и температуры.

Поэтому кавитация неблагоприятно отражается на работе гидротурбин, жидкостных насосов и других элементов гидравлических устройств.

Ламинарное движение — это упорядоченное движение жидкости без перемешивания между ее соседними слоями. При ламинарном течении скорость и силы инерции, как правило, невелики, а силы трения значительны. При увеличении скорости до некоторого порогового значения ламинарный режим течения переходит в турбулентный.

Турбулентное движение — это течение жидкости, при котором ее частицы совершают неустановившееся беспорядочное движение по сложным траекториям. При турбулентном течении скорость жидкости и ее давление в каждой точке потока хаотически изменяется, при этом происходит интенсивное перемешивание движущейся жидкости.

Для определения режима движения жидкости существуют условия, согласно которым скорость потока может быть больше или меньше той критической скорости, когда ламинарное движение переходит в турбулентное и наоборот.

Однако установлен и более универсальный критерий, который называют критерием или числом Рейнольдса:

Re = vd/V,
где Re — число Рейнольдса; v — средняя скорость потока; d — диаметр трубопровода; V — кинематическая вязкость жидкости.

Опытами было установлено, что в момент перехода ламинарного режима движения жидкости в турбулентный Re = 2320.

Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим переходит в турбулентный, называется критическим. Следовательно, при Re < 2320 движение жидкости — ламинарное, а при Re > 2320 — турбулентное. Отсюда критическая скорость для любой жидкости:

vкр = 2320v/d

Скорость потока постоянна? — Журнал АДЛ ➡

Для потока в трубке, массовый расход постоянный. Для потока постоянной плотности, если мы можем определить (или установить) скорость в некоторой известной области, уравнение сообщит нам значение скорости для любой другой области.

Кроме того, постоянна ли скорость потока в трубе?

Уравнение неразрывности утверждает, что для несжимаемой жидкости, текущей в трубке переменного поперечного сечения, массовый расход одинаков во всей трубке. … В целом, плотность остается постоянной и тогда это просто скорость потока (Av), которая постоянна.

Итак, какие бывают 2 типа потока?

Тип потока жидкости. Поток жидкости обычно делится на два разных типа потоков: ламинарный поток и турбулентный поток.

Также знать, как выражается скорость потока? Скорость потока может быть выражена либо в термины площади поперечного сечения и скорости, или объема и времени. Поскольку жидкости несжимаемы, скорость потока в область должна равняться скорости потока из области. Это известно как уравнение неразрывности.

• Остается ли объемный расход постоянным?
• Объемный расход при стандартные условия остаются неизменными при изменение термодинамических условий, поскольку оно рассчитывается при постоянном (мнимом) наборе условий.
• 22 Связанные вопросы, ответы найдены

Для потока жидкости требуется градиент давления (ΔP) между двумя точками, так что поток прямо пропорционален перепад давления. Чем выше перепад давления, тем выше скорость потока. Градиент давления определяет направление потока. Поток отличается от скорости.

Что такое уравнение энергии Бернулли?

Поскольку P = F / A, его единицы равны Н / м.2. Если мы умножим их на m / m, получим Н ⋅ м / м3 = Дж / м3, или энергия на единицу объема. Уравнение Бернулли — это, по сути, просто удобное утверждение сохранения энергии для несжимаемой жидкости в отсутствие трения.

Каковы 2 характеристики ламинарного потока?

Характеристика ламинарного потока

• Ламинар характеризуется плавными линиями тока и высокоупорядоченным движением. …
• Устойчивый ламинарный поток несжимаемой жидкости с постоянными свойствами в полностью развитой области прямой круглой трубы.

Что такое поток и типы потока?

В основном типы потоков можно разделить на ламинарный поток и турбулентный поток: Тип потока. Физиологическое возникновение. Скорость потока. Поток.

Какие четыре типа течения?

В физике поток жидкости имеет всевозможные аспекты — устойчивый или неустойчивый, сжимаемый или несжимаемый, вязкий или невязкий, вращающийся или безвихревый, Чтобы назвать несколько.

Какой пример расхода?

Единица измерения расхода в системе СИ — м.3/ с, но обычно используется ряд других единиц для Q. Например, Сердце отдыхающего взрослого качает кровь со скоростью 5.00 литров в минуту (л / мин). … Расход — это объем жидкости в единицу времени, проходящий через точку через область A.

Как рассчитать расход в зависимости от давления?

Выровняйте радиус трубы. Например, с радиусом 0.05 метра 0.05 ^ 2 = 0.0025. Умножьте этот ответ на падение давления на труба, измеряется в паскалях. Например, при падении давления в 80,000 0.0025 паскалей 80,000 x 200 XNUMX = XNUMX.

Меняется ли объемный расход с давлением?

Накопленное давление обычно является значением, указанным поставщиками нагнетателя, поскольку величина накопленного давления влияет на объемный расход нагнетателя. По мере увеличения совокупного давления объемный расход нагнетателя уменьшается в соответствии с с принципом Бернулли.

Меняется ли скорость потока с давлением?

Скорость потока — это эффект. Более высокое давление приводит к увеличению расхода. Если скорость потока увеличивается, это вызвано повышенным давлением.

Скорость потока увеличивается с давлением?

Скорость потока — это эффект. Более высокое давление приводит к увеличению расхода. Если скорость потока увеличивается, это вызвано повышенным давлением.

Снижает ли падение давления скорость потока?

Падение давления составляет по сравнению с объемным расходом при условия ламинарного потока. … Падение давления увеличивается пропорционально квадрату объемного расхода в условиях турбулентного потока. При удвоении расхода происходит четырехкратное падение давления. Падение давления увеличивается с увеличением вязкости газа.

Давление выше в турбулентном потоке?

Турбулентность увеличивает энергию, необходимую для возбуждения кровотока, потому что турбулентность увеличивает потерю энергии в виде трения, которое генерирует тепло. … При построении зависимости давления от потока (см. Рисунок справа) турбулентность увеличивает перфузионное давление требуется для управления заданным потоком.

Каковы три члена в уравнении Бернулли?

Каждый член представляет собой энергию на единицу объема жидкости. В первый член представляет собой энергию давления, второй представляет кинетическую энергию, а третий представляет потенциальную энергию гравитации.

Для чего используется уравнение Бернулли?

Уравнение Бернулли — важный выражение, связывающее давление, высоту и скорость жидкости в одной точке вдоль ее потока. Взаимосвязь между этими жидкостными условиями вдоль линии тока всегда равна одной и той же константе вдоль этой линии тока в идеализированной системе.

Что такое уравнение энергии?

Два уравнения, описывающие потенциальную энергию (PE) и кинетическую энергию (KE) объекта: PE = мгч. KE = ½ мв² где m — масса объекта, g — высота объекта, g — напряженность гравитационного поля (9.8 м / с²), а v — средняя скорость объекта.

Каковы характеристики ламинарного потока?

В гидродинамике ламинарный поток характеризуется частицы жидкости движутся по гладкой траектории в слоях, причем каждый слой плавно движется мимо соседних слоев с небольшим перемешиванием или без него.. При низких скоростях жидкость имеет тенденцию течь без бокового перемешивания, а соседние слои скользят друг мимо друга, как игральные карты.

Какие бывают типы потоков?

Существует шесть различных типов потока жидкости:

Равномерное и неоднородное. Ламинарный и турбулентный. сжимающийся и несжимаемый. Вращательные и Ir-вращательные и.

Что такое пример ламинарного потока?

Другой пример ламинарного потока происходит внутри вас каждый день. Bвода, текущая по всему телу, течет ламинарно. Последний пример ламинарного потока — это сироп, или мед, истекающий из сопла. Поскольку жидкость очень густая или вязкая, число Рейнольдса указывает на то, что поток очень ламинарный.

Какие бывают 3 типа жидкостей?

Типы жидкостей

составляют:

• идеальный Жидкость , Идеальный жидкость несжимаема и это мнимая жидкость этого не существует на самом деле. …
• Идеальный пластик Жидкость , …
• Real Жидкость , …
• ньютонов Жидкость , …
• Неньютоновская Жидкость , …
• несжимаемый Жидкость , …
• сжимающийся Жидкость .

Какие три типа течения?

Три типа движений или потоков в рамках международного экономического обмена: торговые потоки, потоки человеческого капитала и потоки капитала или инвестиций.

Какой тип течения?

Существует шесть различных типов потока жидкости:

Равномерное и неоднородное. Ламинарный и турбулентный. сжимающийся и несжимаемый. Вращательные и Ir-вращательные и.

Понятие расхода. Характеристики потока среды

ПОНЯТИЕ РАСХОДА:

Расход — это количество жидкости, газа или пара, проходящее в единицу времени через поперечное сечение трубопровода, канала и т. д. При этом количество среды, измеренное в объемных единицах, называют объемным расходом, а в массовых — массовым.

• Объемный расход определяется по формуле:
• Q = V • S,
• где Q — объемный расход;      V — скорость потока;      S — площадь поперечного сечения потока.
• Массовый расход определяется через плотность и объемный расход:
• Qm = Q • ρ,
• где Qm — массовый расход;      ρ — плотность измеряемой среды.
• Как правило, в качестве объемных единиц измерения количества среды используют: литр (л), кубический сантиметр (см³) и кубический метр (м³); а массовых — грамм (г), килограмм (кг) и тонну (т).
• ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКА:
• Наиболее важными характеристиками потока, влияющими на характер движения среды, являются:

• скорость потока;
• плотность измеряемой среды;
• вязкость измеряемой среды.

Вязкостью (динамической) называют физическое свойство текучей среды, характеризующее внутреннее трение между ее слоями. Единицей измерения вязкости является Пуаз (П), вязкость маловязких жидкостей и газов измеряют в сотых долях Пуаза — сантипуазах (сП).

1. Наряду с динамической вязкостью используют величину, называемую кинематической вязкостью:
2. ν = µ/ρ,
3. где ν — кинематическая вязкость;      µ — вязкость.
4. Единицей измерения кинематической вязкости служит Стокс (Ст), на практике чаще используется его сотая часть — сантистокс (сСТ).

Вязкость жидких сред с увеличением температуры уменьшается, причем для различных жидкостей данная зависимость различна. В то же время, вязкость жидких сред зависит и от давления, обычно возрастая при его увеличении. Однако, при давлениях, встречающихся в большинстве случаев (до 20 МПа), это изменение незначительно и, как правило, не учитывается.

• Для газообразных сред зависимость вязкости от давления и от температуры весьма существенна: с увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры — увеличивается.
• ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ:
• Скорость потока, вязкость и плотность жидкости определяют режим движения жидкости в трубопроводе. Исследование вопроса о механизме движения сред привело к заключению о существовании двух режимов движения жидкости:

• ламинарный режим движения наблюдается при малых скоростях, когда отдельные слои среды движутся параллельно друг другу без перемешивания частиц;
• турбулентный режим движения наблюдается при больших скоростях потока и характеризуется интенсивным перемешиванием частиц.

1. Критерием оценки обоих режимов является число Рейнольдса:
2. Re = (V • D • ρ)/µ = (V • D)/ν,
3. где Re — число Рейнольдса;      D — внутренний диаметр трубопровода.

Ламинарный режим движения наблюдается при Re < 2000, турбулентный режим движения устанавливается, как правило, при Re > 4000, хотя данное значение, в зависимости от условий движения потока, может оказаться большим. Режим движения при 2000 < Re < 4000 называется переходным, и в данном диапазоне чисел Re возможно как ламинарное, так и турбулентное движение потока.

На практике, как правило, при движении жидкостей, газов и пара в трубопроводах реализуется турбулентный режим движения. Ламинарный же режим присутствует при малых скоростях потока или движении высоковязких жидкостей.

Как показано на рисунке выше, эпюра распределения скоростей по сечению трубопровода при ламинарном течении имеет параболический характер, т. е. скорость потока в центре трубопровода выше, чем у его стенок. При турбулентном же режиме эпюра скоростей имеет более сглаженный характер.

Закон распределения скорости по сечению трубопровода играет важную роль при определении действительного расхода среды.

Так как данный закон в большинстве случаев неизвестен, используется определение средней скорости потока — скорость, с которой должны двигаться через поперечное сечение потока все частицы, чтобы расход среды был равен расходу, полученному с действительными неодинаковыми для различных частиц скоростями.

В зависимости от принципа измерения, осреднение скорости потока производится либо конструктивным путем, либо вытекает из самого принципа измерения. «Качество» осреднения скорости потока напрямую влияет на точность работы расходомера.

При прохождении потока среды через местные сопротивления (колена, тройники, клапаны и т. д.) нарушается распределение скорости потока по сечению трубопровода (поток дестабилизируется).

Поэтому, как правило, после местных сопротивлений перед расходомером необходимо выдержать прямой участок для стабилизации потока, в противном случае погрешность измерений может увеличиться. Как правило, для современных расходомеров прямой участок «до» составляет порядка 5…20 DN.

Более детальные данные о величине прямых участков приводятся в техническом описании конкретного прибора.

Что такое площадь живого сечения. Гидравлические элементы потока площадь живого сеченияПОТОК ЖИДКОСТИ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ

• Рассчитываем сечение Определение сечения трубы является несложной геометрической задачей. Для этого следует для начала воспользоваться формулой площади круга:
• Sн= π•Rн^2, (1)
• где Rн – наружный радиус трубы, равен половине наружного диаметра.
• Таким образом, мы определим площадь круга, образованного наружным диаметром.
• Теперь определим площадь круга, образованного внутренним диаметром трубы. Для этого необходимо определить внутренний радиус, который определяется по следующей формуле:
• Rвн=Rн-?, (2)

где ? – толщина стенки трубы.

Определив площадь внутреннего круга Sве аналогично формуле (1), рассчитаем площадь сечения по формуле:

Sсеч=Sн ?-S?вн.

Все действия можно свести в упрощенную формулу определения площади сечения:

Sсеч=?•(?D_н/2?^2- ??/2?^2 ).

В качестве примера определим площадь сечения, внешний диаметр которого равен 1 метру, а толщина стенки – 10 мм.

Sсеч=3,14•(?1/2?^2- ?0,01/2?^2 )=0,75 м^2.

Производим расчет площади внешней поверхности

Такой расчет также является геометрической задаче. Если развернуть трубу, то получится прямоугольник. Его ширина равна длине окружности внешней стенки трубы, а длина – длине.

Рассчитать длину окружности можно по следующей формуле:

L=?•D_н.

1. Тогда площадь развертки трубы будет вычисляться по формуле:
2. S=?•D_н•L_тр,
3. где Lтр – длина трубы.
4. В качестве примера рассчитаем площадь поверхности под окраску теплотрассы, длина которой составляет 10 км, а внешний диаметр – 1 метр.
5. S=3,13•1•10000=31416 м^2.
6. Если говорить о количестве теплоизоляционного материала, то при подсчете следует учесть толщину слоя минеральной ваты.
7. Тогда формула примет вид:

S=?•?(D?_н+?2•??_(в))•L_тр,

где ?_в-толщина слоя минеральной ваты.

В действительности материала для теплоизоляции будет потрачено меньше, так как он накладывается в внахлест.

Производим расчет площади внутренней поверхности

Для начала необходимо определиться, для чего такой расчет следует проводить. Чаще всего он нужен при расчете гидродинамики движения теплоносителя в трубе. Внутренняя поверхность трубы является местом, где вода при её движении соприкасается с трубой. Таким образом, возникает гидравлическое сопротивление, которое необходимо учитывать при расчете сети коммуникации.

Необходимо помнить ряд следующих нюансов:

• При увеличении диаметра трубопровода снижается гидравлическое трение теплоносителя о стенки труб. Поэтому при большом диаметре и длине водопровода гидравлическое сопротивление трубы потоку воды можно не учитывать.
• Качество поверхности, её шероховатость, оказывает большое значение на величину гидравлического сопротивления. При этом такое влияние сильнее, чем зависимость сопротивления от площади поверхности внутренней стенки трубопровода. Так, полиэтиленовая труба обладает меньшей шероховатостью нежели ржавая металлическая. Поэтому величина гидравлического сопротивления в пластиковой трубе будет меньшей.
• Если в качестве материала для изготовления трубы применяется неоцинкованная сталь, то площадь поверхности внутренней стенки меняется во времени. На стенках такого трубопровода постепенно откладываются ржавчина и минеральные отложения. Как результат – происходит уменьшение внутреннего диаметра трубы и увеличение величины гидравлического сопротивления. Такой эффект необходимо учитывать при проектировании водопровода из стали.

Итак, для того чтобы рассчитать площадь поверхности внутренней стенки трубопровода следует воспользоваться следующей формулой:

S=?•?(D?_н-2•?)•L_тр.

В качестве примера рассчитаем трубу, диаметр которой равен одному метру, а толщина стенки – 10 мм.

  Как сделать навес из профильной трубы правильно — инструкция

S=3,14•(1-2•0,01)•10000=30788 м^2.

Заключение

Итак, приведенные в статье расчеты не являются сложными и доступны любому человеку. Они пригодятся при проектировании собственного трубопровода. Чтобы возведенная коммуникация соответствовала ожиданиям о её работоспособности, предложенные расчеты следует производить в обязательном порядке.

Некоторые физические особенности

От площади сечения трубы зависит скорость движения жидкостей и газов, которые по ней транспортируются. Надо выбрать оптимальный диаметр. Не менее важным является и внутреннее давление. Именно от его величины зависит целесообразность выбора сечения.

При расчёте учитывается не только давление, но и температура среды, её характер и свойства. Знание формул не освобождает от необходимости изучения теории.

Расчёт труб канализации, водоснабжения, газоснабжения и отопления опирается на информацию справочников. Важно, чтобы выполнялись все необходимые условия при выборе сечения.

Его величина также зависит и от характеристик используемого материала.

О чём стоит помнить?

Площадь сечения трубы – один из важных параметров, который следует учитывать при расчёте системы. Но наравне с тем высчитываются параметры прочности, определяется, какой материал выбрать, изучаются свойства системы в целом и пр.

Источник

Когда это может пригодиться

Тестеры качества тормозной жидкости

Начать следует с определения случаев, когда подобные расчеты могут пригодиться:

Они могут быть полезны при необходимости рассчитать теплоотдачу через трубопровод. Всё это считается на основе площади поверхности, которая отдает окружающей среде тепловую энергию от теплоносителя. Часто необходимо определить потери тепловой энергии по пути к прибору отопления.

Все это позволит определить необходимые число и габариты радиаторов. Для этого необходимо знать, сколько калорий находится в нашем распоряжении.

Расчет производится также на основе площади соответствующей поверхности трубопровода, по которому теплоноситель транспортируется от узла элеватора.

С целью определить требуемый объем теплоизоляционного материала, следует также определить площадь внешней поверхности. В таком случае, чем точнее расчет, тем выше экономия средств на приобретение материала. Так как длина теплотрассы может быть равна нескольким километрам, то такая экономия может составить большую сумму.

Также расчет будет полезен при определении затрат, связанных с приобретением окрашивающего материала. Определение площади трубопровода под покраску наряду с расчётом расходования краски на один кв. м. позволяют точно получить величину суммарных затрат. Интересное предложение для новичков.

У нас вы можете получить самый выгодный на сегодня промокод 1xbet абсолютно бесплатно при регистрации в компании. Просто перейдите с нашего портала на 1xbet и заведите новый аккаунт.

Вам дадут действующий на сегодня промокод 1хбет при регистрации которому на ваш базовый счет начислят до 6500 рублей. Размер бонуса равняется 100% внесенной на первый депозит суммы. Если вы положили на счет 100 рублей, то по коду вам дадут столько же.

Промокод 1xBet ‒ удачная возможность сделать бесплатную ставку. Узнайте как получить промокод и использовать его по назначению делая ставки в зеркале 1хБет!

Определение площади внутренней поверхности трубопровода окажется полезным при расчете её максимальной проходимости. Это позволит избежать превышения произведенных затрат на приобретение труб над требуемыми. При проектировании больших сетей коммуникаций это позволит снизить сумму затрачиваемых средств.

Выводы

Их, собственно, несколько.

• Разные методики расчета дают довольно заметный разброс результатов. Если при расчете прочности металлоконструкций запас прочности в любом случае покроет с избытком отклонения от расчетного веса, то при закупке большого количества труб реальны шансы ошибиться в большую или меньшую сторону, что приведет к повторной закупке или перерасходу бюджета;
• При закупке труб разумнее опираться на цифры из ГОСТ. Исключительно потому, что в спорной ситуации ваша позиция будет более аргументированной: если согласно ГОСТ в тонне трубы должно быть 100 метров, а там оказалось 110 — значит, производитель трубы ради экономии отступил от стандартов.
• Если докупить трубу не будет большой проблемой — лучше ориентироваться на минимальное из рассчитанных значений. Просто из соображений экономии.

Удачи!

Приложение