Как рассчитать расход воды через трубу?


9

Если водопроводная труба имеет диаметр 15 мм, а давление воды - 3 бар, при условии, что труба открыта, можно ли рассчитать расход или скорость воды в трубе?

Большинство вычислений, которые я нашел, похоже, требуют 2 из них: диаметр, скорость потока, скорость.

Так, в частности, вы можете рассчитать расход или скорость из давления воды и диаметра трубы?

Ответы:


10

Ламинарный поток:

Если поток в трубе ламинарный, вы можете использовать уравнение Пуазейля для расчета скорости потока:

Q=πD4ΔP128μΔx

Где Q - скорость потока, D - диаметр трубы, ΔP - разница давлений между двумя концами трубы, μ - динамическая вязкость, а Δx - длина трубы.

Если ваша труба несет воду комнатной температуры, вязкость будет 8.9×10−4Pa⋅s . Предполагая, что труба5m и что3bar давление - манометрическое давление, скорость потока

Q=π(0.015)4(3×105Pa)128(8.9×10−4Pa⋅s)(5m)=0.0084m3s=8.4ls

Однако, если мы вычислим число Рейнольдса для этой скорости потока:

V=QA=0.0084m3sπ4(0.015m)2=48ms
Re=ρDVμ=(1000kgm3)(0.015m)(48ms)8.9×10−4Pa⋅s=8×105

... мы видим, что этот поток находится в турбулентном режиме, поэтому, если ваша труба очень длинная, этот метод не подходит.

Турбулентный поток:

Для турбулентного потока мы можем использовать уравнение Бернулли с термином трения. Предполагая, что труба горизонтальна:

ΔPρ+V22=F

Ff

F=4fΔxDV22

f105

V=2ΔPρ(4fΔxD+1)

Если ваша труба - это какой-то другой материал с более грубой поверхностью, то этот анализ переоценит скорость потока. Я бы посоветовал искать таблицы коэффициентов трения для вашего конкретного материала, если вам нужна более высокая точность.


1
В любом случае я рассчитываю это, используя расчет ламинарного потока, результат 0,084 м³ / с, а не 0,0084 м³ / с. Когда я думаю, как практичный парень, 0,084 м³ / с очень много для такой трубы с таким давлением, поэтому я думаю, что ваш результат в порядке, но чего мне не хватает?
— ващ

Представленное уравнение Пуазейля, по-видимому, принимает динамическую вязкость в терминах Пуаз. 1 Па.с = 10 Пуаз Таким образом, 8.9E-04 на самом деле должно быть 8.9E-03. См. Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ppois.html Это должно исправить ситуацию.
— Тим

2

Общий случай

Основными инструментами для такого рода вопросов было бы уравнение Бернулли, в случае воды, для несжимаемой жидкости.

pρ+gz+c22=const

Как вы правильно заявили, вам, по крайней мере, нужно знать скорость для одной точки. Вы можете расширить Бернулли с помощью условий падения давления или объединить их с уравнением неразрывности и / или создать баланс импульса в зависимости от сложности задачи. Чтобы быть ясным: я упомянул эти инструменты, потому что они используются для такого рода проблем, они не помогут вам решить ваши, если вы не знаете больше параметров.

Другие возможные предпосылки

  • Вы знаете, что поток является результатом гидростатического давления из достаточно большого бака
  • ηN

η≡efficiency

N≡power

Исходя из того, что вы заявили в настоящее время, вы не можете узнать скорость.

В любом случае получить оценку

Можно предположить, что давление на входе является постоянным и поток там не происходит. Пренебрегая потерями на трение и перепадами высот, вы получите

pinρ+gz+cin22=poutρ+gz+cout22

pinρ=poutρ+cout22

2(pin−pout)ρ=cout=20ms

V˙=cA=10.60Lmin

ρ≡1000kgm3

pout≡1bar

A≡cross-sectional area of the pipe

Это будет сделано для приблизительной оценки. В качестве альтернативы вы можете взять ведро и измерить, сколько воды вы можете собрать за минуту.


В моей установке я знаю давление воды в начале трубы. (это давление водопроводной воды, поэтому нет насоса или напора воды, но на трубе есть манометр.)
— Ричард

Это существующая установка? Насколько точным должен быть результат? Почему вы не можете просто измерить скорость потока?
— idkfa

Да, я могу измерить скорость потока на конце трубы, на самом деле конец трубы - это небольшое отверстие, действующее как ограничитель потока. Мне было просто интересно узнать, сложна ли математика, стоящая за измеряемым результатом.
— Ричард

cA=V˙=const
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.