Šķidrums, spiediens, ātrums - likums par santehniku

Šķiet, ka santehniķis nedod daudz iemeslu iekļūt tehnoloģiju, mehānismu džungļos, lai piesaistītu stingrus aprēķinus ēku kompleksu shēmām. Bet šāds vīzija ir virspusējs santehnikas izskats. Patiesā sanitārā sfēra nav mazāka par procesu sarežģītību un, tāpat kā daudzām citām nozarēm, prasa profesionālu pieeju. Savukārt profesionalitāte ir stabils zināšanu līmenis, uz kuru balstās santehniķis. Ļaujiet mums ienirt (pat ja ne pārāk dziļi) sanitārajā apmācībā, lai panāktu soli tuvāk santehniķa profesionālajam statusam.

Pascal's likums

Mūsdienu hidraulikas pamats veidojās, kad Blaise Pascal spēja atklāt, ka šķidruma spiediena ietekme vienmēr ir jebkurā virzienā. Šķidruma spiediena darbība ir vērsta taisnā leņķī pret virsmas laukumu.

Ja mērīšanas ierīce (manometrs) novietots zem šķidruma gultas pie iepriekš dziļumā un virzīt tās sensora elements dažādos virzienos, spiediena rādījumiem paliek nemainīgs jebkurā pozīcijā mērierīces būs.

Tas nozīmē, ka šķidruma spiediens nav atkarīgs no virziena maiņas. Bet šķidruma spiediens katrā līmenī ir atkarīgs no dziļuma parametra. Ja spiediena mērītājs tiek pārvietots tuvāk šķidruma virsmai, nolasījums samazināsies.

Tādējādi, peldējot, izmērītie rādījumi palielināsies. Turklāt dziļuma dubultošanās apstākļos spiediena parametrs arī dubultosies.

Pascal's likums skaidri parāda ūdens spiediena ietekmi mūsdienās pazīstamākajos apstākļos.

Tādēļ ir loģisks secinājums: šķidruma spiediens būtu jāuzskata tieši proporcionāli dziļuma parametra vērtībai.

Kā piemēru ņem vērā taisnstūra konteineru ar izmēriem 10x10x10 cm, kas piepildīts ar ūdeni 10 cm dziļumā, kas būs 10 cm 3 šķidruma tilpuma.

Šis ūdens tilpums 10 cm 3 sver 1 kg. Izmantojot pieejamo informāciju un aprēķinu vienādojumu, ir viegli aprēķināt spiedienu tvertnes apakšdaļā.

Piemēram: ūdens kolonnas svars ar augstumu 10 cm un šķērsgriezuma laukuma 1 cm 2 ir 100 g (0,1 kg). Tādējādi spiediens uz 1 cm 2 platību:

P = F / S = 100/1 = 100 Pa (0.00099 atmosfēras)

Ja ūdens stabiņa dziļums būs trīskāršs, svars jau būs 3 * 0,1 = 300 g (0,3 kg), un attiecīgi spiediens tiks trīskāršojies.

Tādējādi spiediens jebkurā šķidruma dziļumā ir līdzvērtīgs šķidruma kolonnas svaram šajā dziļumā, kas dalīts ar kolonnas šķērsgriezuma laukumu.

Ūdens kolonnas spiediens: 1 - šķidruma tvertnes siena; 2 - šķidruma kolonnas spiediens uz tvertnes apakšdaļas; 3 - spiediens uz konteinera pamatnes; A, C - spiediena laukumi uz sānu sienām; B - taisna ūdens staba; H - šķidruma kolonnas augstums

Spiediena radītais šķidruma daudzums tiek saukts par šķidruma hidraulisko spiedienu. Arī šķidruma spiediens hidrauliskā spiediena dēļ joprojām ir atkarīgs no šķidruma blīvuma.

Smagums

Smagums ir viens no četriem dabas spēkiem. Gravitācijas spēks starp diviem objektiem ir atkarīgs no šo objektu masas. Jo masīvāka ir objekti, jo spēcīgāks ir gravitācijas pull.

Kad ūdens izlej no trauka, Zemes smagums piesaista ūdeni uz zemes virsmas. Jūs varat novērot tādu pašu efektu, ja jūs izvietojat divus ūdenskameras dažādos augstumos un savienojiet tos ar cauruli.

Tas ir pietiekami, lai caurulītes šķidruma kursu iestatītu no vienas spaines uz otru, pēc kura darbosies gravitācijas spēks, un pārplūdes process turpinās spontāni.

Smagums, pielietotie spēki un atmosfēras spiediens ir statiski faktori, kas vienādi attiecas uz šķidrumiem, kas atrodas atpūtai vai kustībā.

Inerces un berzes spēki ir dinamiskie faktori, kas darbojas tikai kustībā esošajam šķidrumam. Smaguma spēka, pielietotā spēka un atmosfēras spiediena matemātiskā summa ir statiskais spiediens, kas iegūts jebkurā šķidruma zonā un jebkurā laikā.

Statiskais spiediens

Pastāv arī statiskais spiediens papildus visiem dinamiskiem faktoriem, kas var būt vienlaicīgi. Paskaļas likumi nosaka:

Šķidruma radītais spiediens darbojas vienādi visos virzienos un taisnā leņķī pret esošajām virsmām.

Šī definīcija attiecas tikai uz tādiem šķidrumiem, kas ir pilnīgi vieni vai praktiski nepārvietojas. Definīcija ir spēkā arī tikai attiecībā uz faktoriem, kas veido statisko hidraulisko galviņu.

Acīmredzot: kad kustības ātrums kļūst par faktoru, tiek ņemts vērā virziens. Ar ātrumu, kas saistīts ar ātrumu, jābūt arī virzienam. Tāpēc Pascal likums kā tāds neattiecas uz šķidruma plūsmas spēka dinamiskiem faktoriem.

Plūsmas ātrums ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp šķidruma masas atdalīšanas pa slāņiem, kā arī no dažādiem faktoriem radītās pretestības.

Inerces un berzes dinamiskie faktori ir saistīti ar statiskajiem faktoriem. Ātruma galva un spiediena zudumi ir saistīti ar šķidruma hidrostatisko galvu. Tomēr daļu ātruma galvas vienmēr var pārveidot par statisku galvu.

Jaudas, kas var izraisīt spiediena vai spiediena, saskaroties ar šķidrumu, ir nepieciešams, lai sāktu kustību ķermeņa, kad tas ir miera, un ir klāt vai citādā veidā, kad kustība uz ķermeņa ir bloķēta.

Tāpēc ikreiz, kad tiek ievadīts šķidruma ātrums, tā sākotnējās statiskās galvas daļa tiek izmantota, lai organizētu šo ātrumu, kas pēc tam pastāv kā spiediena ātrums.

Apjoms un plūsmas ātrums

Šķidruma daudzums, kas iet caur noteiktu punktu noteiktā laikā, tiek uzskatīts par plūsmas tilpumu vai plūsmu. Plūsmas ātrumu parasti izsaka litros minūtē (l / min), un tas ir saistīts ar šķidruma relatīvo spiedienu. Piemēram, 10 litri minūtē 2,7 atm.

Plūsmas ātrums (šķidruma ātrums) tiek definēts kā vidējais ātrums, kādā šķidrums pārvietojas iepriekš noteiktā punktā. To parasti izsaka metros sekundē (m / s) vai metros minūtē (m / min). Plūsmas ātrums ir svarīgs faktors, kalibrējot hidrauliskās līnijas.

Šķidruma tilpumu un plūsmas ātrumu tradicionāli uzskata par "saistītiem" rādītājiem. Ar tādu pašu padeves apjomu ātrums var mainīties atkarībā no caurlaides šķērsgriezuma

Apjoms un plūsmas ātrums bieži tiek apspriesti vienlaikus. Visas pārējās lietas ir vienādas (ar nemainīgu ieejas apjomu), plūsmas ātrums palielinās, jo šķērsgriezums vai caurules izmērs samazinās, un plūsmas ātrums samazinās, palielinoties sekcijai.

Tādējādi plūsmas ātruma palēnināšanās vērojama lielās cauruļvadu daļās, bet šaurās vietās gluži pretēji - ātrums palielinās. Vienlaikus ūdens daudzums, kas iet caur katru no šiem kontroles punktiem, paliek nemainīgs.

Bernulli princips

Labi pazīstamais Bernoulli princips ir balstīts uz loģiku, kad šķidruma šķidruma spiediena pieaugums (kritums) vienmēr ir saistīts ar ātruma samazināšanos. Savukārt šķidruma ātruma palielināšanās (samazināšanās) izraisa spiediena samazināšanos (palielināšanos).

Šis princips ir pamats vairākām kopīgām santehnikas parādībām. Kā mazsvarīgs piemērs: Bernoulli princips ir "vainīgs", jo dušas aizkars "piesaista", kad lietotājs ieslēdz ūdeni.

Spiediena atšķirība iekšpusē un ārpusē rada spēku dušas aizkara iedarbībai. Ar šo spēku aizkars piesaista.

Vēl viens ilustratīvs piemērs ir smaržu pudele ar aerosolu, ja zemā spiediena zona tiek izveidota, nospiežot pogu, pateicoties lielam gaisa ātrumam. Un gaiss pārvadā ar to šķidrumu.

Bernulli princips lidmašīnas spārnam: 1 - zems spiediens; 2 - augsts spiediens; 3 - ātrs iesaiņojums; 4 - lēns iesaiņojums; 5 spārns

Bernoulli princips arī parāda, kāpēc logiem mājā ir īpašības, lai spontāni sadalītos laikā viesuļvētras. Šādos gadījumos ļoti lielais gaisa ātrums ārpus loga noved pie tā, ka ārējais spiediens kļūst daudz mazāks nekā spiediens iekšpusē, kur gaiss paliek praktiski nekustīgs.

Būtiska atšķirība spēka vienkārši nospiež logus, kas izraisa stikla iznīcināšanu. Tāpēc, tuvojoties spēcīgam viesuļvētram, logi ir jāatver pēc iespējas plašāk, lai izlīdzinātu spiedienu ēkā un ārpus tā.

Un pāris piemēri darbojas Bernulli princips lidmašīna pieaugumu seko lidojuma dēļ kustības spārniem un "līknes bumbas" in baseball.

Abos gadījumos tiek radīta atšķirība starp tuvo gaisa ātrumu pāri objektam virs un zem. Gaisa spārniņiem ātruma atšķirību rada atloka kustība, beisbolā - ar viļņotu malu klātbūtni.

Šķidruma spiediens caurulē

Šajā sadaļā mēs pielietojam enerģijas saglabāšanas likumu šķidruma vai gāzes kustībai cauruļvados. Šķidrumu caur caurulēm pārvietošana bieži notiek inženierzinātnēs un ikdienas dzīvē. Pilsētas ūdens caurules tiek piegādātas mājās, tā patēriņa vietās. Automašīnās caurules saņem eļļu eļļošanai, dzinējiem degvielu utt. Šķidrumu caur caurulēm pārvietošana bieži notiek dabā. Pietiek tikai teikt, ka dzīvnieku un cilvēku asinsriti ir asins plūsma caur caurulītēm - asinsvadiem. Zināmā mērā ūdens plūsma upēs ir arī šķidruma plūsma caur caurulēm. Upes gultne ir sava veida cauruļvads plūstošajam ūdenim.

Saskaņā ar Pascal likumiem, fiksēts šķidrums tvertnē pārveido ārējo spiedienu visos virzienos un visos tilpuma punktos bez izmaiņām. Tomēr, kad šķidrums plūst bez berzes caur cauruli, kura šķērsgriezuma laukums ir atšķirīgs dažādās vietās, spiediens gar caurulē ir nevienmērīgs. Uzziniet, kāpēc spiediens kustīgajā šķidrumā ir atkarīgs no caurules šķērsgriezuma laukuma. Bet vispirms apskatīsim vienu svarīgu jebkura šķidruma plūsmas iezīmi.

Pieņemsim, ka šķidrums plūst cauri horizontālai caurulei, kura šķērsgriezums dažādās vietās ir atšķirīgs, piemēram, caur cauruli, kuras daļa ir parādīta 207. attēlā.

Ja mēs garīgi izveidotu vairākas sekcijas gar cauruli, kuru laukumi ir vienādi un mēra šķidruma daudzumu, kas plūst cauri katram no tiem uz noteiktu laiku, mēs atklāsim, ka pa katru šķērsli plūst tāds pats šķidruma daudzums. Tas nozīmē, ka viss šķidrums, kas iziet caur pirmo laika posmu, vienā un tajā pašā laikā iet caur trešo sadaļu, lai gan tas ir daudz mazāks nekā pirmais. Ja tas tā nebūtu, un laika gaitā caur šķērsgriezuma laukumu, piemēram, šķērsgriezums pārsniedza šķidruma laukumu, tad kaut kur liek šķidrums. Bet šķidrums aizpilda visu cauruli un nekur to uzkrāt.

Kā šķidrums, kas plūst cauri plašai sekcijai, izdodas saspiest cauri šauram vienā un tajā pašā laikā? Acīmredzot šim nolūkam, izejot cauri šaurām cauruļvada daļām, kustības ātrumam jābūt lielākam, un tikpat daudz reižu, cik reizes reizes šķērsgriezuma laukums ir mazāks.

Patiešām, mēs uzskatām, ka kustīgās šķidruma kolonnas daļa, kas sākotnējā brīdī sakrīt ar vienu no caurules sekcijām (208. attēls). Laika gaitā šī vietne pārvietos attālumu, kas ir vienāds ar to, kur ir šķidruma plūsmas ātrums. Šķidruma tilpums V, kas plūst caur caurules šķērsgriezumu, ir vienāds ar šīs sadaļas platības un garuma

Tajā pašā laikā šķidruma plūsmas apjoms -

Plūsmas ātrums, kas plūst caur laika vienību caur caurules šķērsgriezumu, ir vienāds ar caurules šķērsgriezuma laukuma produktu ar plūsmas ātrumu.

Kā jau redzējām, šim tilpumam jābūt vienādam dažādās caurules daļās. Tādēļ jo mazāka ir caurules šķērsgriezums, jo lielāks ir kustības ātrums.

Cik daudz šķidruma iet cauri kādai cauruļvada daļai kādā brīdī, cik tas būtu jādara šim nolūkam

vienlaikus caur jebkuru citu sadaļu.

Tajā pašā laikā mēs ticam, ka konkrētajai šķidruma masai vienmēr ir tāds pats apjoms, ka tā nevar samazināties un samazināt tā apjomu (viņi saka, ka tas nav nesabojājams par šķidrumu). Piemēram, labi zināms, ka šaurās upes vietās ūdens plūsmas ātrums ir lielāks nekā platjoslas. Ja mēs apzīmē šķidruma plūsmas ātrumu sadaļās pa platībām, tad mēs varam rakstīt:

Tas parāda, ka tad, kad šķidrums izplūst no caurules sekcijas ar lielāku šķērsgriezuma laukumu līdz sekcijai ar mazāku šķērsgriezuma laukumu, plūsmas ātrums palielinās, t.i., šķidrums pārvietojas ar paātrinājumu. Un tas, saskaņā ar Ņūtona otro likumu, nozīmē, ka spēks darbojas uz šķidrumu. Kāda ir šī vara?

Šis spēks var būt tikai starpība starp spiediena spēkiem platas un šaurās cauruļu sekcijās. Tādējādi plašajā zonā šķidruma spiedienam jābūt lielākam nekā šaurā caurules daļā.

Tas izriet arī no enerģijas saglabāšanas likuma. Patiešām, ja šaurās vietās caurule palielina šķidruma ātrumu, tad tā kinētiskā enerģija arī palielinās. Un, tā kā mēs esam pieņēmuši, ka šķidrums plūst bez berzes, šis kinētiskās enerģijas pieaugums ir jākompensē, samazinot potenciālo enerģiju, jo kopējai enerģijai jābūt nemainīgai. Kāda veida potenciālā enerģija šeit mēs runājam? Ja caurule ir horizontāla, tad iespējamā mijiedarbības enerģija ar zemi visās caurules daļās ir vienāda un nevar mainīties. Tas nozīmē, ka saglabājas tikai elastīgās mijiedarbības potenciālā enerģija. Spiediena spēks, kas izraisa šķidruma plūsmu caur cauruli, ir elastīgais šķidruma saspiešanas spēks. Kad mēs sakām, ka šķidrums ir nespriegots, mēs domājam tikai to, ka to nevar saspiest tik daudz, ka tā tilpums ievērojami mainās, bet neizbēgami rodas ļoti maza kontrakcija, kas izraisa elastīgu spēku parādīšanos. Šie spēki rada šķidruma spiedienu. Šī šķidruma kompresija samazinās šaurās caurules daļās, kompensējot ātruma palielināšanos. Tāpēc šaurās cauruļvadu vietās šķidruma spiedienam jābūt mazākam nekā platas.

Šis ir pēterburgas akadēmiķa Daniela Bernulli atklātais likums:

Plūsmas šķidruma spiediens ir lielāks tajās plūsmas sekcijās, kurās kustības ātrums ir mazāks, un

Gluži pretēji, tajās iedaļās, kurās ātrums ir lielāks, spiediens ir mazāks.

Dīvaini, kā tas var likties, bet, kad šķidrums "izspiež" cauri šauriem cauruļu sekcijām, tā saspiešana nepalielinās, bet samazinās. Un pieredze to apstiprina.

Ja cauruļvads, caur kuru šķidrums plūst, tiek piegādāts ar atvērtajām caurulītēm, kas tajā ir noslēgtas ar spiediena mērītājiem (209. attēls), tad spiediena sadalījumu pa cauruli varēs novērot. Šaurās caurules vietās manometrijas mēģenē šķidruma kolonnas augstums ir mazāks nekā platās. Tas nozīmē, ka šajās vietās ir mazāks spiediens. Jo mazāka ir caurules šķērsgriezums, jo lielāka ir plūsmas ātrums un mazāks spiediens tajā. Protams, jūs varat uzņemt šķērsgriezumu, kurā spiediens ir vienāds ar ārējo atmosfēras spiedienu (šķidruma līmeņa augstums spiediena mērītājā būs nulle). Un, ja jūs lietojat vēl mazāku daļu, tad šķidruma spiediens tajā būs mazāks nekā atmosfēras.

Šo šķidruma plūsmu var izmantot gaisa padevei. Par šo principu darbojas tā dēvētais ūdens strūklas sūknis. Attēls 210 parāda šāda sūkņa diagrammu. Ūdens strūkla caur cauruli A tiek nodota ar šauru atveri galā. Ūdens spiediens caurules caurumā ir mazāks par atmosfēras spiedienu. Tādēļ

gāze no sūknētā tilpuma caur cauruli B tiek ievilkta līdz caurules A galam un tiek noņemta kopā ar ūdeni.

Viss, kas teica par šķidruma kustību caur caurulēm, attiecas arī uz gāzes kustību. Ja gāzes plūsmas ātrums nav pārāk augsts un gāze nav pietiekami saspiesta, lai mainītu tās tilpumu, un, ja turklāt triecienu neievēro, tad Bernulli likumi attiecas arī uz gāzes plūsmām. Šaurās cauruļvadu daļās, kurās gāze pārvietojas ātrāk, tās spiediens ir mazāks nekā plašās daļās, un tas var kļūt mazāk atmosfērisks. Dažos gadījumos tas pat neprasa caurules.

Jūs varat izdarīt vienkāršu pieredzi. Ja pūš papīra loksne pa tās virsmu, kā parādīts 211. attēlā, jūs varat redzēt, ka papīrs sāk palielināties. Tas ir saistīts ar spiediena samazināšanos gaisa strūklā virs papīra.

Tāda pati parādība rodas, kad lido lidmašīna. Gaisa plūsma sākas uz lidojošā gaisa kuģa spārna izliektā augšējā virsma, un tādēļ notiek spiediena samazināšanās. Spiediens virs spārnu ir mazāks par spiedienu zem spārnā. Tāpēc notiek spārna pacēlums.

1. Pieļaujamais eļļas plūsmas ātrums caur caurulēm ir 2 m / s. Kāds eļļas daudzums 1 stundā caur cauruli tiek izvadīts caur diametru 1 m?

2. Mēra ūdens daudzumu, kas izplūst no ūdens krānas noteiktā laika periodā. Nosakiet ūdens plūsmas ātrumu, mērot caurules diametru krānas priekšā.

3. Kādam jābūt cauruļvada diametram, caur kuru ūdenim vajadzētu plūst stundā? Pieļaujamais ūdens plūsmas ātrums ir 2,5 m / s.

Mācību grāmatas

Journal "Quantum"

Ģenerālis

Iepirkumu aprīkojumā BOXFIT! Apģērbs un aprīkojums

Spiediena spiediena atkarība no plūsmas ātruma

Iepriekšējos punktos tika aplūkoti šķidrumu un gāzu līdzsvara likumi. Tagad apskatiet dažas no parādībām, kas saistītas ar to kustību.

Šķidruma kustību sauc par plūsmu, un kustīgā šķidruma daļiņu savākšana ir plūsma. Aprakstot šķidruma kustību, nosaka ātrumus, pie kuriem šķidruma daļiņas iziet cauri konkrētam punktam kosmosā. Ja katrā telpā, kas ir piepildīts ar kustīgu šķidrumu, ātrums ar laiku nemainās, tad šo kustību sauc par noturīgu vai nekustīgu. Stacionārā plūsmā jebkura šķidruma daļiņa iziet caur noteiktu punktu telpā ar tādu pašu ātruma vērtību. Mēs apsvērsim tikai nevainojamu šķidruma stacionāro plūsmu. Ideāls ir šķidrums, kurā trieciena spēki nav.

Kā zināms, fiksēts šķidrums traukā, saskaņā ar Pascal likumiem, pārnes ārējo spiedienu uz visiem šķidruma punktiem bez izmaiņām. Bet, kad šķidrums plūst bez berzes caur mainīgas šķērsgriezuma cauruli, spiediens dažādās caurules daļās nav vienāds. Ir iespējams novērtēt spiediena sadalījumu cauruļvadā, caur kuru šķidrums plūst, izmantojot shēmu, kas parādīta 1. attēlā. Vertikālie spiediena mērinstrumenti ar atvērtu cauruli ir pielodēti gar cauruli. Ja caurules šķidrums ir zem spiediena, tad manometrijas mēģenē šķidrums paaugstinās līdz noteiktam augstumam atkarībā no spiediena konkrētajā caurules vietā. Pieredze rāda, ka šaurās cauruļvada vietās šķidruma kolonnas augstums ir mazāks nekā platās. Tas nozīmē, ka šajās vājās vietās ir mazāks spiediens. Kā tas tiek izskaidrots?

Pieņemsim, ka nesaspiežams šķidrums plūst cauri horizontālai caurulei ar mainīgu šķērsgriezumu (1. att.). Ļaujiet mums garīgi izvēlēties vairākas caurules sadaļas, kuru apgabalus apzīmē S1 un s2. Stacionāra plūsmas gadījumā vienādus šķidruma daudzumus pārnes caur jebkuru caurules šķērsgriezumu vienādiem laika posmiem.

Ļaujiet tev1 - šķidruma ātrums caur S sadaļu1, υ2 - šķidruma ātrums caur S sadaļu2. Δt laikā šķidrumu daudzums, kas plūst caur šīm sadaļām, būs vienāds ar:

begin Delta V_1 = l_1S_1 = upsilon_1 Delta t_1 cdot S_1; \ Delta V_2 = l_2S_2 = upsilon_2 Delta t_2 cdot S_2. end)

Tā kā šķidrums ir nesamierināms, tad ΔV1 = ΔV2. Tāpēc, u1S1 = υ2S2 vai υS = const nesaistām šķidrumam. Šo attiecību sauc par nepārtrauktības vienādojumu.

No šī vienādojuma (

frac = frac) t.i. šķidruma ātrums jebkurā divās daļās ir apgriezti proporcionāls šķērsgriezuma laukumiem. Tas nozīmē, ka šķidruma daļiņas tiek paātrinātas, pārejot no platas daļas uz šauru. Līdz ar to šķidrums, kas nonāk šaurākajā cauruļvada daļā, no šķidruma sāna, kas joprojām atrodas cauruļvada plašajā daļā, iedarbojas uz noteiktu spēku. Šāds spēks var notikt vienīgi spiediena starpības dēļ dažādās šķidruma daļās. Tā kā spēks ir vērsts uz šauru cauruļvada daļu, spiedienam cauruļvada plašajā daļā jābūt lielākam nekā šaurā daļā. Ņemot vērā nepārtrauktības vienādojumu, mēs varam secināt, ka ar vienmērīgu šķidruma plūsmu spiediens ir mazāks tajās vietās, kur plūsmas ātrums ir lielāks, un, gluži otrādi, vairāk vietās, kur plūsmas ātrums ir mazāks.

Šo secinājumu vispirms pieņēma D. Bernulli, tādēļ šo likumu sauc par Bernuļu likumu.

Enerģijas saglabāšanas likuma piemērošana kustīga šķidruma plūsmai ļauj mums iegūt vienādojumu, kas izsaka Bernuļu likumu (mēs šeit sniedzam bez atvasinājuma) [

p_1 + frac< ho upsilon^2_1> <2>= p_2 + frac< ho upsilon^2_2><2>] - Bernulli vienādojums horizontālai caurulei.

Šeit p1 un p2 - statiskais spiediens, ρ - šķidruma blīvums. Statiskais spiediens ir vienāds ar vienas šķidruma daļas spiediena spēka attiecību pret otru līdz saskares zonai, ja to relatīvais kustības ātrums ir nulle. Šāds spiediens mērītu manometru, kas pārvietojas ar plūsmu. Fiksēta monometriskā caurule ar caurumu, kas vērsta pret plūsmu, izmērīs spiedienu (

frac< ho upsilon^2_2><2>), no vienas puses, ir spiediena izmērs, no otras puses - enerģijas lieluma blīvuma lielums, t.i., enerģija tilpuma vienībā. Patiešām, (

W_k = frac<2>), šķidruma masa m = ρV. Ja V = 1 m 3, tad (

frac< ho upsilon^2><2>) - sauc par dinamiskajiem spiedieniem. Tā ir plūsmas kinētiskā enerģija šķidruma vienības tilpumā (masas enerģijas blīvums).

Ja caurule nav horizontāla, jāņem vērā šķidruma hidrostatiskais spiediens. Bernoulli vienādojums būs šāds:

Bernulli likumi pamatojas uz daudzu tehnisko ierīču un instrumentu darbības principu: ūdens strūklas sūkni, smidzināšanas pistoli un karburatora sprauslu. Bernulli likumi ļauj mums izskaidrot gaisa kuģa spārna pacelšanas spēka rašanos.

Literatūra

Aksenovičs L. A. Fizika vidusskolā: teorija. Uzdevumi. Testi: mācību grāmata. pabalstu iestādēm, kas sniedz obsch. vide, izglītība / L.A.Aksenovičs, N.N.Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Minska: Adukatsija un Vyhvanna, 2004. - C. 106-108.

5. nodaļa. Šķidruma kustība izplūdes caurulē

5.1. Vispārīga informācija par cauruļvadu hidraulisko aprēķinu

Aprēķinot cauruļvadus, tiek uzskatīts vienmērīgs stāvoklis jebkura šķidruma, kas atbilst turbulentā režīmā, vienmērīgu spiedienu apļveida cilindriskās caurulēs. Spiediena cauruļvados šķidrums ir zem spiediena, un to šķērsgriezumi ir pilnībā piepildīti. Šķidruma pārvietošanās pa cauruļvadu notiek tādēļ, ka spiediens tā sākumā ir lielāks nekā beigās.

Tiek veikts hidrauliskais aprēķins, lai noteiktu cauruļvada d diametru ar zināmu garumu, lai nodrošinātu zināmu plūsmas ātrumu Q vai iestādi cauri noteiktā vajadzīgā galvas diametram un garumam un plūsmas ātrumam. Atkarībā no garuma cauruļvadi un to izkārtojums ir sadalīti vienkārši un sarežģīti. Vienkārši cauruļvadi ietver cauruļvadus, kuriem garumā nav filiāļu ar vienmērīgu vienādu plūsmu.

Cauruļvadi sastāv no tāda paša diametra caurulēm visā garumā vai no cauruļu sekcijām ar dažādu diametru un garumu. Pēdējais gadījums attiecas uz seriālo savienojumu.

Atkarībā no garuma, vienkāršie cauruļvadi ar vietējo pretestību ir sadalīti īsos un garos. Īsie cauruļvadi ir cauruļvadi ar pietiekami mazu garumu, kur vietējā pretestība veido vairāk nekā 10% hidraulisko zudumu visā garumā. Piemēram, tie ietver: sifona cauruļvadus, sūknēšanas caurules no pļavas, sūkņus (spiediena ūdens caurules zem ceļa krastmalas), cauruļvadus ēku un būvju iekšienē utt.

Gari cauruļvadi sauc par relatīvi liela garuma cauruļvadiem, kuros spiediena zudumi gar garumu pārspēj vietējos zaudējumus. Vietējie zudumi ir mazāki par 5-10% no zaudējumiem gar cauruļvada garumu, un tādēļ tos hidrauliskos aprēķinos var neievērot vai ieviest pieaugošais koeficients, kas vienāds ar 1,05-1,1. Ilgtermiņa cauruļvadi ir iekļauti ūdensapgādes tīklu sistēmā, sūkņu staciju ūdensvados, rūpniecības un lauksaimniecības uzņēmumu ūdeņos un cauruļvados uc

Kompleksajiem cauruļvadiem ir dažādas zonas to garumā, t.i. cauruļvads sastāv no cauruļvadu tīkla ar noteiktu diametru un garumu. Kompleksie cauruļvadi ir sadalīti paralēlos, sazarotos, gredzenos (slēgtos) cauruļvados, kas ir daļa no ūdensapgādes tīkla.

Parasti cauruļvada hidrauliskais aprēķins tiek samazināts, lai atrisinātu trīs galvenos uzdevumus:

Cauruļvada plūsmas Q noteikšana, ja ir zināms galvas H, cauruļvada garums l un diametrs d, ņemot vērā noteiktu vietējo pretestību klātbūtni vai trūkumu;

nepieciešamās galvas H noteikšana, kas vajadzīga, lai nodrošinātu zināmo plūsmas ātrumu Q caur cauruļvadu ar garumu l un diametru d;

cauruļvada diametra d noteikšana, ja ir zināmas galvas H vērtības, plūsmas ātrums Q un garums l.

5.2. Īsu cauruļvadu aprēķins

Aprēķinot īsus cauruļvadus, tiek ņemti vērā gan vietējie galviņu zaudējumi, gan zaudējumi garumā.

Lai noteiktu cauruļvada jaudu, t.i. plūstot caur to, jūs varat izmantot šādu vienādojumu:

kur ir sistēmas koeficients; - cauruļvada šķērsgriezuma laukums; - spiediena starpība sākotnējā un pēdējā daļā, kas ir vienāda ar kopējo hidrauliskā spiediena zudumu, kad šķidrums pārvietojas cauruļvadā.

Plūsmas sistēmas koeficients pastāvīga diametra cauruļvadam

kur ir visu vietējās pretestības koeficientu summa; - izturība gar cauruļvada garumu l ar diametru d; -Fiksācijas berzes koeficients.

Gadījumā, ja tiek atrasta vajadzīgā galva, kas vajadzīga, lai nodrošinātu caurlaidspēju Q, sākotnējā izteiksme saskaņā ar (4.150)

vai saskaņā ar (4.158.)

kur ir sistēmas pretestības koeficients; - cauruļvadu pretestība.

Ja jums ir nepieciešams atrast cauruļvada diametru, izmantojiet iepriekš sniegto formulu. Šī problēma tiek atrisināta ar diametra izvēles metodi. Ņemot vērā dažādus diametrus, vidējo ātrumu, Reinoldsa skaitli aprēķina ar zināmu plūsmas ātrumu, pretestības reģions tiek izvēlēts, pamatojoties uz Re numuru un. Līdzvērtīgs raupjums būs atkarīgs no izvēlētā cauruļvada veida. Atbilstoši izvēlētajam pretestības apgabalam pēc A. Altshula (4.95.) Vai Kolbrook (4.94) formulas tiek konstatēts hidrauliskās berzes koeficients. Daži diametrs d atbilst spiediena zudumam (), kas ir vienāds ar nepieciešamo spiedienu.

Problēma tiks atrisināta izvēlētajā cauruļvada diametrā.

Diametru var atrast, konstruējot grafiku, uz kura, nosakot zināmo spiedienu uz koordinātu, nosaka d. Tātad, atbilst diametram, -.

Apsveriet dažu cauruļvadu aprēķināšanu.

Centrbēdzes sūkņa atsūkšanas caurules aprēķins

Centrbēdzes sūkņa sūkšanas caurule ir caurules no ūdens ieplūdes vietas (rezervuārs) līdz sūknim (5.1. Attēls). Pie ieejas sūknī, kas atrodas sadaļā 2-2, ir uzstādīts vakuuma mērītājs.

Zīm. 5.1. Lai aprēķinātu sūkņa sūkšanas cauruli:

un - centrbēdzes sūknis; b - sūkšanas caurule;

c - vārsts ar grilu; - attālums no ūdens līmeņa dīķī līdz sūkņa asij

Par noteiktu plūsmas ātrumu Q vidējais plūsmas ātrums caurulē V parasti tiek ņemts m / s. Ņemot vērā ātrumu, jūs varat noteikt sūkšanas caurules šķērsgriezuma laukumu:

Ar zināmu caurplūdumu Q ieplūdes caurulē, šīs caurules diametrs būs

Izveidojiet Bernulli vienādojumu 1.-1. Un 2.-2. Iedaļai attiecībā pret salīdzinājuma plakni 0-0, kas sakrīt ar ūdens līmeni rezervuārā un 1.-1. Iedaļā, kur spiediens ir atmosfēras un ātrums. 2.-2. Iedaļa ņemta pie sūkšanas caurules pie sūkņa ieejas:

kur - sūkšanas augstums, t.i. vertikālais attālums no plaknes 1-1 līdz sūkņa asij; - ātrums pie sūkņa ieplūdes un pašas sūkšanas caurules; - kopējais spiediena zudums caurulē.

Par spiedienu, kas norādīts 2-2. Iedaļā, pieņem, ka tas ir vienāds ar absolūto, t.i..

Kopējie hidrauliskie zudumi cauruļvadā

kur - caurules vidējais plūsmas ātrums; - hidrauliskās berzes koeficients;, d - attiecīgi cauruļvada garums un diametrs; - cauruļvada vietējās pretestības koeficientu summa.

Absolūtais spiediens sūkņa ieplūdē (- vakuuma spiediens pie sūkņa ieplūdes). Bernulli vienādojumu var uzrakstīt kā

Apzīmēsim - vakuuma galviņu.

pļāvēja sūknim to sauc par vakuuma iesūkšanas pacēlāju. ir atkarīgs no sūkņa un plūsmas dizaina elementiem.

No vienādojuma (5.8.) Jūs varat noteikt sūkņa sūkšanas augstumu:

Tādējādi sūkņa sūkšanas augstums ir atkarīgs no sūkņa vakuuma iesūkšanas augstuma un hidrauliskajiem zudumiem sūkšanas caurulē.

Vakuuma iesūkšanas pacēlumu nosaka sūkņa kavitācijas īpašības.

Ūdens (° С) no ūdens tornis tiek piegādāts saņēmēja tvertnē caur jaunu cauruļvadu no metinātām tērauda caurulēm ar diametru m un m. Cauruļvadam ir vārsts un pretvārsts.

Nosakiet cauruļvada diametru, ja tiek atvērts vārsts, un nodrošina plūsmas ātrumu l / s. Tiek uzskatīts, ka starp torņa un rezervuāra ūdens līmeņiem ir nemainīgs un vienāds ar m (5.2. Attēls).

Zīm. 5.2. Piemēram, 5.1

Veicot Bernulli vienādojumu 1.-1. Un 2.-2. Iedaļai, noformējot salīdzinājuma plakni pa 2.-2. Iedaļu, mēs iegūstam, kur ir hidrauliskais zudums cauruļvadā:

Vidējais ātrums cauruļvadā

Hidrauliskās berzes koeficientu nosaka pēc kvadrātiskās rezistences reģiona formulas.

Metinātās tērauda caurules dzeltenums (skatīt 3.1. Tabulu).

Vietējās pretestības koeficientu summa

kur - izturības koeficients pie ieejas cauruļvadā no tvertnes; - pretvārsts; - vārsta pretestība; - pretestība pret ceļiem; - pretestība cauruļvada izvadā pie tvertnes.

Saskaņā ar tabulu. Lietojumprogrammas A1.4. Atroda vērtības:

Cilnē 4.2 mēs atrodam, atverot 0,75:.

Sistēmas pretestības koeficients

Mēs pajautājamies ar dažādiem diametriem d, mēs definējam vidējo ātrumu un spiediena zudumu.

Šķidrumu pārvietošana caur caurulēm

Kā izriet no Bernoulli vienādojuma, lai kompensētu enerģijas zudumus (spiediena zudumu), plūsmas sākumā enerģijai jābūt lielākai nekā beigās.

Šķidruma plūsmas enerģijas avoti. Sākotnējā enerģija tiek radīta pozīcijas (ģeometriskās galvas) īpašās potenciālās enerģijas formā vai spiediena īpašajā potenciālajā enerģijā (piezometriskā galva).

Potenciālais saglabāta pozīcijā spiediena tvertnēm enerģijas (att. 6.8, b) palielinot esošo šķidrumu gravitācijas laukā noteiktā augstumā, kas ir sākotnējais ģeodēziskā galvu.

Kad šķidrums virsma mašīnā, lai radītu pievienoto gāzes spiediens (6.8 att., B), īpašais potenciālā enerģija no spiediena sniegs arī šķidruma kustību cauruļvadā. Šādas ierīces sauc par montāžu.

Visbiežāk enerģija cauruļvada sākumā ir izveidota ar sūkni (6.8. Attēls, c). Sūknis ir hidrauliska mašīna, kas paredzēta enerģijas padevei šķidruma plūsmā. Galvenā šīs enerģijas daļa ir potenciālā spiediena enerģija un daļēji kinētiska.

Galvas zaudējums plūsmas garumā. Kad grāmata tiek pārvietota uz galda, viņi tērē enerģiju, lai pārvarētu berzes spēku uz galda. Kad šķidrums pārvietojas, enerģija tiks iztērēta, lai pārvarētu berzes spēkus šķidrumā. Eksperimentāli ir pierādīts, ka tad, kad šķidrums pārvietojas uz cauruļu sienas, veidojas ļoti plāns fiksētā šī šķidruma slānis. Tādēļ, pat pie caurules sienas, tiek saglabāts berze.

Spiediena zudumu uz berzi gar caurules garumu nosaka pēc formulas:

kur ir berzes koeficients; l ir caurules garums; d - tā diametrs: v 2 / (2g) - ātruma galva.

Ir skaidrs, ka jo garāks ir caurules garums /, jo lielākas enerģijas izmaksas (spiediens), lai pārvarētu berzi. Savukārt, palielinot caurules diametru d, enerģijas izmaksas samazinās, jo berzes virsma kļūst salīdzinoši mazāka.

Atsauces dokumentos norādītā berzes koeficienta vērtības ir atkarīgas no šķidruma plūsmas režīma, ko nosaka Reinoldsa skaitlis, un attīstītās turbulentās plūsmas gadījumā - no cauruļu nelīdzenuma pakāpes.

Par asumiem par apmēriem spiediena zuduma efektu dēļ veidojas virpuļu uz prognozes pārkāpumiem cauruli, kas prasa zināmu daļu no izmaksām saistībā ar enerģijas plūsmu. Ir absolūts un relatīvs raupjums.

Absolūtais nelīdzenums (e) ir cauruļu sienu neatbilstību izvirzīšanas augstums. Tas ir atkarīgs no caurules ražošanas materiāla un ražošanas metodes. Absolūta nelīdzena vērtība ir dota atsauces grāmatā.

Relatīvais nelīdzenums ir absolūtā nelīdzenuma attiecība pret caurules diametru (e / d). Nosakot berzes koeficientu, parasti tiek izmantots abpusējs - raupjuma raksturlielums (d / e).

Pieaugot nelīdzenumam, palielinās raundu skaits un palielinās spiediena zudums. Piemēram, spiediena zudums čuguna caurulē ir lielāks nekā stikls, ceteris paribus.

Vadīt zaudējumus vietējiem pretestības gadījumiem. Cauruļvadā šķidruma ātrums var mainīties pēc lieluma un virziena kanālu pagriešanās, ierobežojumu, dažādu vadības ierīču uzstādīšanas uc dēļ. Šādās vietās, ko sauc par vietējiem hidrauliskiem pretestības veidiem, inerces dēļ tiek veidots šķidrums, kas atdala no sienām un veido virpuļstrāvas zonu. Daļa no plūsmas enerģijas tiek tērēta virpuļu veidošanai. Vietējie pretestības piemēri ir pēkšņa plūsmas paplašināšanās un caurules vienmērīga rotācija (ievilkšana), kā parādīts attēlā. 6.9. Pirmajā gadījumā mainās ātruma vērtība, otrajā - virzienā.

Spiediena zudumu atsevišķā vietējā pretestība nosaka pēc formulas

kur ir vietējās pretestības koeficients. Vērtība ir atkarīga no vietējās hidrauliskās pretestības veida (tās vērtības publicētas atsauces grāmatā).

Kopējais spiediena zudums cauruļvadā. Ražošanas cauruļvadi tiek mainīti gan telpā, gan aprīkojumā ar vadības ierīcēm un palīgiekārtām.

Vadības ierīces darbojas, lai regulētu šķidruma plūsmas ātrumu vai pilnībā izslēgtu plūsmu (krāns, vārsts, vārsta vārsts), ierobežotu spiedienu cauruļvadā (drošības vārsts), šķidrumu izlaiž tikai vienā virzienā (pretvārsts) un citiem mērķiem.

Palīgierīces novietotas uz cauruļvadiem ir šķidrus (filtru), akumulatori (aparātu hidrauliskā trieciena termiņu), un citi.

Visiem cauruļvadu elementiem hidrauliskajās shēmās ir standarta standarta attēli. Cauruļvads ir attēlots kā cieta līnija.

Attēlā Attēls 6.10 parāda vienkāršā cauruļvada piemēru. Tās sākums ir atzīmēts ar skaitli 1, un beigās ir atzīme ar 2. numuru. Parādīts šķidruma pieauguma augstums. Cauruļvada šķidruma pārvietošana notiek kopā ar spiediena zudumiem vienlaicīgi garā un lokālajos pretestos. To summēšana ļauj noteikt kopējo spiediena zudumu cauruļvadā. Attiecībā uz iepriekš minēto shēmu

kur: - spiediena zudums garumā (berze); - zaudējumi vienā izplūdē - vienmērīgs pagrieziens (ir divi); - pārvarēt cauruļu veidgabalu pretestību - vārstus, pretvārstu un filtru; - spiediena zudums caurules izejā tvertnē. Ņemiet vērā, ka caurules izejas punkts ir īpašs pēkšņas izplešanās gadījums, kad šķidruma ātrums nokrīt līdz nullei (tvertnē).

Nepieciešamais spiediens. Piesometriskā galva cauruļvada sākumā, kas vajadzīga šķidruma izlaišanai caur noteiktu caurplūdi, tiek dēvēta par vajadzīgo galvu. Pamatojoties uz tā vērtību, izvēlieties sūkņa zīmolu.

Cauruļvada vajadzīgā galva (īpašā enerģija) nodrošināšana ir saistīta ar šķidruma paaugstināšanu, radot vajadzīgo pjezometrisko galvu cauruļvada galā, pārvarot kopējos galvas zudumus cauruļvadā. Šīs īpašās enerģijas izmaksas var atspoguļot šādi:

Cauruļvads, kura shēma parādīta attēlā. 6.10. Sauc par vienkāršu, jo tai nav filiāļu. Cauruļvadi ar filiālēm sauc par kompleksu.

Ražošanas praksē tiek izmantoti divi galvenie sarežģīto cauruļvadu veidi: ar paralēlu cauruļu savienošanu un kompleksu bezgaisa cauruļvadu.

Paralēlā caurules savienojuma piemērs ir parādīts attēlā. 6.11. Šeit galvenā šķidruma plūsma ar plūsmas ātrumu M punktā tiek sadalīta paralēli ar plūsmas ātrumu filiālēs, kas ir vienādas ar un. N punktā plūsmas saplūst. Ir skaidrs, ka ceļa izdevumi ir vienādi ar izdevumu summu filiālēs:

Šī vienādība ir spēkā arī tad, ja filiālēm ir atšķirīgs garums un diametrs, kā arī dažādi vietējie hidrauliskie pretestības elementi. Šajā gadījumā izmaksu vērtības tiek iestatītas automātiski.

Kompleksā bezgaisa cauruļvadā (6.12. Attēls) galvenā plūsma (AB sadaļa) ir sadalīta divās plūsmas (filiāles BC un BD). Ir skaidrs, ka izdevumu summa cauruļvada filiālēs ir vienāda ar plūsmas ātrumu cauruļvadā;

Risinot praktiskas problēmas, izmaksas filiālēs, galvas spiediens beigās (un HD) un cauruļvada telpiskais sadalījums, ieskaitot gala punktu (-u) augstumu. Turklāt caurules zināmie ģeometriskie parametri (garums un diametrs), vietējās pretestības koeficienti un šķidruma īpašības (blīvums un viskozitāte). Parasti vispārējais uzdevums ir atkarīgs no vajadzīgās galvas noteikšanas punktā A. Tā kā sūkņa izvēle ir jāzina tā vērtība, kā arī plūsma.

Nosakot vajadzīgo galvu, viss kompleksais cauruļvads tiek sadalīts vienkāršās sekcijās (AB, BC un BD), un nepieciešamie parametri ir atrodami noteiktos punktos ķēdē, sākot pārbaudes no gala punktiem (C un D) un virzoties pret plūsmu.

Zemāk redzamajā diagrammā (skat. 6.12. Att.) Spiediens punktā B ir vienāds lidmašīnu vienkāršajām daļām un BD. Atšķirīgo izmaksu un citu filiāļu parametru gadījumā aprēķinātās vajadzīgās galvas vērtības (sk. Formulu (6.7.)) Filiālēm nav vienādas. Lai veiktu papildu aprēķinus, izvēlieties lielāko no iegūtajām vērtībām.

Nosakot nepieciešamo galvu līnijas sākumā, filtri BC un BD parasti tiek noraidīti no ķēdes. Turklāt aprēķins tiek veikts tāpat kā vienkāršs cauruļvads AB ar zināmu galvu tā galā.

Lai sasniegtu nepieciešamās izmaksas un 1 filiāles vai iegūtu nepieciešamo šo izmaksu attiecību, izmantojiet 3 filtru, kas iebūvēti filiālēs.

Ierīces plūsmas mērīšanai. Ražošanas iekārtās plūsmas ātrumu mēra, izmantojot sašaurināšanas ierīces - droseles plūsmas mērītājus. Vienkāršākā konstrukcijā un plaši izplatītā ierīce ir diafragma. Plūsmas mērīšanas diagramma, izmantojot diafragmu, parādīta attēlā. 6.13.

Diafragma ir disks ar noteiktas formas caurumu. Tas tiek saspiests starp vidējām kamerām, kuras ir nepieciešamas, lai uzlabotu mērījumu precizitāti. Šīm kamerām ir pievienots diferenciālais spiediena mērītājs, lai mērītu diferenciālo spiedienu pirms un pēc diafragmas.

Pirmajā iedaļā pirms plūsmas sašaurināšanās tās ātrums ir vienāds ar spiedienu šajā iedaļā. Ja plūsma sašaurinās 2-2. Iedaļā, tā ātrums palielinās līdz vērtībai. Citiem vārdiem sakot, ātruma galva vai īpaša kinētiskā enerģija palielinās. Saskaņā ar Bernulli vienādojumu spiediens 2-2. Iedaļā kļūst mazāks nekā 1-1. Iedaļā. Parādās spiediena starpība un atbilstošā šķidruma līmeņa atšķirība, ko mēra ar manometru.

Spiediena starpības atkarība no plūsmas ātruma ir grafiski parādīta kā kalibrēšanas līkne, kas pievienota katrai konkrētai diafragmai. Izmantojot šādu līkni, plūsmas ātrumu var noteikt pēc instrumenta rādījumiem.

Vajadzīgā ūdens spiediena aprēķināšana cauruļvadā: kāpēc tas ir vajadzīgs un kā tas tiek ražots

Komfortu mājā ir grūti iedomāties bez tekoša ūdens. Un jaunu tehnoloģiju parādīšanās mazgāšanas, trauku mazgājamās mašīnas, katlu un citu vienību veidā vēl vairāk palielināja savu lomu 21.gadsimta izlases korpusā. Bet šīm vienībām ir nepieciešams, lai ūdens nāk no ūdens piegādes ar noteiktu spiedienu. Tādēļ persona, kas ir nolēmusi aprīkot savu māju ar ūdens apgādes sistēmu, ir jāzina, kā aprēķināt nepieciešamo ūdens spiedienu cauruļvadā, lai visas ierīces darbotos normāli.

Cauruļvada spiediena normālai darbībai tai jāatbilst standartiem

Pasākuma definīcija

Cauruļvada spiedienu var iedalīt šādos veidos: darba, nosacītā, izmēģinājuma un aprēķinātā. Nezinot to atšķirības, būs grūti aprēķināt šķidruma spiediena kritumu, ko pārvadā, izmantojot inženierkomunikācijas. Tādējādi piemērotu santehnikas elementu izvēlei būs grūtības, kas neļauj ērti uzturēties dzīvojamā telpā.

  1. Darba Tas ir ārējs vai iekšējs, obligāti maksimālais pārspiediens, kas reģistrēts standarta sastāvdaļās procesā, kas transportē ūdeni normālos apstākļos.
  2. Nosacījumi. Šo indikatoru izmanto, aprēķinot cauruļvadu (un tvertņu) stiprību, kuri darbojas ar noteiktu spiedienu pie ūdens temperatūras 20 ° C.
  3. Izmēģinājums. Šis vienkāršais indikators tiek izmērīts projekta pārbaudes laikā. Pamatojoties uz to, sistēmas elementu uzvedība tiek uzraudzīta, mainoties spiediena izmaiņām ūdens apgādes sistēmā. Šī pieeja kalpo kā vispārēja apdrošināšana pirms tīkla izveidošanas.
  4. Paredzēts. Ar to tiek saprasts maksimālais pārmērīgais spiediens cauruļvada dobumā, ko rada caur to pārvadātā viela. Jāpatur prātā, ka ietekme ietekmē ne tikai caurules, bet arī visus elementus, kas veido inženierkomunikāciju. Pamatojoties uz projektēto spiedienu, tiek noteikts ūdens caurules sienas biezums. No tā atkarīga funkcionalitāte, kā arī sistēmas darbības ilgums un, protams, arī mājas iedzīvotāju drošība.

Ūdens spiediens krānā ir atkarīgs no spiediena santehnikas sistēmā

Vienkāršs piemērs, kā aprēķināt spiedienu caurulē

Kā jūs zināt, ne tik sen, ūdensvads tika savienots ar ūdens torni. Pateicoties šai struktūrai, ūdensapgādes tīklā tiek radīts spiediens. Šīs īpašības mērvienība ir atmosfēra. Turklāt tvertnes augšdaļā esošā tvertnes izmērs neietekmē šī parametra vērtību, tas ir atkarīgs tikai no torņa augstuma.

Labi zināt! Praksē spiedienu mēra ūdens staba metros. Kad 10 metru augstumā caurulē ielej ūdeni, viszemākajā punktā tiek noteikts spiediens, kas vienāds ar vienu atmosfēru.

Apsveriet piemēru ar 5 stāvu māju. Tā augstums ir 15 metri. Tas ir, vienā stāvā ir 3 metri. Tornis ar 15 metru augstumu pirmajā stāvā radīs 1,5 atmosfēras spiedienu. Šī indikatora vērtība otrā stāva caurulē jau būs 1,2 atmosfēras. Tas izrādās, atņemot vienu grīdas augstumu no 15 līdz 3 metriem un rezultātu dalot ar 10. Veicot turpmākus aprēķinus, mēs sapratīsim, ka 5. stāvā nebūs spiediena. Logic nosaka, ka, lai nodrošinātu ūdeni cilvēkiem, kas dzīvo augšējā stāvā, būs nepieciešams veidot lielāku torni. Un, ja mēs runājam, piemēram, par 25 stāvu ēku? Neviens neuzbūvēs tik lielas iekārtas. Šajā nolūkā modernās ūdenssaimniecības sistēmas ir aprīkotas ar dziļurbuma sūkņiem.

Spiediens pie šādas vienības izejas tiek aprēķināts ļoti vienkārši. Piemēram, ja zemūdens sūknis, kura ietilpība ir pietiekama, lai paaugstinātu ūdeni līdz ūdens stabu atzīmei līdz 50 metru atzīmei, iegremdē to 15 metru dziļurbumā, tas rada 3.5 atmosfēras spiedienu zemes līmenī (50-15 / 10 = 3,5).

Jūs varat nodrošināt nepieciešamo spiedienu sistēmā ar sūkni.

Kā caurules biezums tiek aprēķināts ar spiedienu?

Kad ūdens šķērso caur cauruli, tā ir berze pret sienām, kā arī pret dažādiem šķēršļiem. Šo fenomenu sauc par cauruļvada hidraulisko pretestību. Tās skaitliskā vērtība ir tieši proporcionāla plūsmas ātrumam. Iepriekšējā piemērā mēs jau zinām, ka dažādos augstumos ūdens spiediens ir citāds, un šī funkcija jāņem vērā, aprēķinot caurules iekšējo diametru, tas ir, tā biezumu. Vienkāršota formula šī parametra aprēķināšanai konkrētajam spiediena zudumam (spiedienam) ir šāda:

Dext = KGSopr × Dl. tr. / PD × (Ud × × Sk / 2g),

kur: Dvn. - cauruļvada iekšējais diametrs; KGSopr. - hidrauliskās pretestības koeficients; Dl.tr - cauruļvada garums; PD - noteiktais vai pieļaujamais spiediena zudums starp cauruļvada galu un sākotnējām daļām; Ud.ves. - ūdens īpatsvars - 1000 kg / (9815 m /; Sk - plūsmas ātrums m / s; g - 9,81 m / s2. Pazīstamā konstante ir gravitācijas paātrinājums.

Cauruļvada stiegrojuma un savienotājelementu spiediena zudumu ar pietiekamu precizitāti nosaka zaudējumi taisnā caurulē ar līdzvērtīgu garumu un ar tādu pašu nosacīto pāreju.

Kā aprēķināt caurules sienas spiedienu

Precīzi aprēķina šīs indikatora tērauda caurules, kas darbojas pārmērīga iekšējā spiediena ietekmē, ietver divus posmus. Pirmkārt, aprēķina tā saukto aprēķināto sienu biezumu. Tad iegūtajam skaitlim pievieno korozijas nodiluma biezumu.

Spiediena aprēķins, kas nepieciešams cauruļu sienas biezuma izvēlei

Padoms. Veicot un montējot cauruļvadu, neuzstādiet atsevišķus izlases veida ieliktņus. Lai negadītu provokāciju, strādājiet tikai ar tiem, kuru izmēri sakrīt ar aprēķinātajiem.

Tādējādi sieniņu biezuma aprēķina vispārējā formula ir šāda:

kur: T ir vēlamais parametrs - sienas biezums; RTS - aprēķinātais sienas biezums; PC - palielinās korozīvs nodilums.

Aprēķinātais sienas biezums atkarībā no spiediena tiek aprēķināts pēc šādas formulas:

kur: tips - iekšējais pārspiediens; Dņar - caurules ārējais diametrs; DR - pieļaujamais spriegums pārtraukumā; KPSH - šuvju stiprības koeficients. Tās vērtība ir atkarīga no ražošanas cauruļu ražošanas tehnoloģijas. Cauruļu sienas spiediena aprēķina pēdējā posmā mēs pievienojam PC parametra vērtību RTS. Tas tiek ņemts no kataloga.

Spiediena un cauruļvadu diametrs

Pareizs caurules šķērsgriezuma noteikšana ir ne mazāk svarīga kā to izvēle pēc ražošanas materiāla. Ja diametrs un spiediens tiek nepareizi aprēķināti, tajā esošajā caurulē, kā arī ūdens plūsmā būs gaisa turbulence. Tādēļ šķidruma pārvietošana cauri caurulei tiks papildināta ar paaugstinātu troksni, un ūdens piegādes līnijas iekšējā virsmā veidosies daudz kaļķu nogulsnes. Turklāt jāatceras, ka spiediena atkarība no caurules diametra var negatīvi ietekmēt ūdens apgādes sistēmas caurlaidspēju. Praksē daudzi dzīvokļu un māju iedzīvotāji saskārās ar situāciju, kad, vienlaikus ieslēdzot vairākus krānus, ūdens spiediens strauji kritās. Šī problēma rodas divu iemeslu dēļ: kad spiediens samazinājās visā sistēmā un ar samazinātu cauruļvadu diametru.

Ūdensapgādes tīkla jauda ir atkarīga no caurules diametra

Zemāk ir tabula maksimālai paredzamajai ūdens plūsmai cauri visbiežāk sastopamo diametru cauruļvadiem ar dažādiem spiediena lielumiem.

Šķidruma kustība caur caurulēm. Spiediena spiediena atkarība no plūsmas ātruma

Šķidruma kustība caur caurulēm.
Spiediena spiediena atkarība no plūsmas ātruma

Stacionāra šķidruma plūsma. Nepārtrauktības vienādojums

Apsveriet gadījumu, kad šķidruma šķidrums plūst cauri horizontālai cilindriskai caurulei ar mainīgu šķērsgriezumu.

Šķidruma plūsmu sauc par stacionāriem, ja katrā plūsmas aizņemto vietu punktā tā ātrums nemainās ar laiku. Stacionāra plūsmas gadījumā caur jebkura caurules šķērsgriezuma vienādus šķidruma tilpumus pārnes vienādos laika periodos.

Šķidrumi ir praktiski nesaspiežami, tas ir, mēs varam pieņemt, ka konkrētajai šķidruma masai vienmēr ir pastāvīgs tilpums. Tādēļ šķidruma tilpuma viendabīgums caur dažādām caurules sekcijām nozīmē to, ka šķidruma plūsmas ātrums ir atkarīgs no caurules sekcijas.

Ļauj vienmērīgi šķidruma plūsmas ātrumiem caur caurules S1 un S2 šķērsgriezumiem attiecīgi būt v1 un v2. Siltuma plūsma, kas plūst laikā t no S1 sekcijas, ir V1 = S1v1t, un šķidruma tilpums, kas plūst cauri S2 sekcijai vienlaicīgi, ir vienāds ar V2 = S2v2t. No vienlīdzības V1 = V2 no tā izriet

Attiecību (1) sauc par nepārtrauktības vienādojumu. No tā izriet

Tāpēc, pie vienmērīgas šķidruma plūsmas, tā daļiņu kustības ātrums caur dažādiem cauruļvada šķērsgriezumiem ir apgriezti proporcionāls šo sekciju zonām.

Spiediens kustīgajā šķidrumā. Bernuļu likumi

Plūsmas ātruma palielinājums, pārejot no caurules sekcijas ar lielāku šķērsgriezuma laukumu līdz caurules sekcijai ar mazāku šķērsgriezuma laukumu, nozīmē, ka šķidrums pārvietojas paātrinājumu.

Saskaņā ar Ņūtona otro likumu, paātrinājumu izraisa spēks. Šajā gadījumā šis spēks ir spiediena spēku atšķirība, kas ietekmē pašreizējo šķidrumu cauruļvada plašās un šaurās daļās. Līdz ar to caurules plašajā daļā šķidruma spiedienam jābūt lielākam nekā šaurā. To var tieši novērot ar pieredzi. Attēlā Ir parādīts, ka dažādu šķērsgriezumu sekcijās S1 un S2 manometriskās caurules ievieto caurulītē, caur kuru šķidrums plūst.

Kā liecina novērojumi, šķidruma līmenis manometriskajā mēģenē caurules S1 sadaļā ir augstāks nekā S2 sekcijas šķidrums. Līdz ar to spiediens šķidrumā, kas plūst cauri šķērsgriezumam ar lielāku platību S1, ir lielāks nekā spiediens šķidrumā, kas plūst cauri šķērsgriezumam ar mazāku laukumu S2. Līdz ar to vienmērīga šķidruma plūsma tajās vietās, kur plūsmas ātrums ir mazāks, spiediens šķidrumā ir lielāks un, gluži pretēji, ja plūsmas ātrums ir lielāks, spiediens šķidrumā ir mazāks. Šo secinājumu vispirms panāca Bernulli, tādēļ šo likumu sauc par Bernuļu likumu.

Problēmu risināšanas demontēšana:

PROBLĒMA 1. Ūdens plūst horizontālā caurulē ar mainīgu šķērsgriezumu. Plūsmas ātrums plūsmas daļā ir 20 cm / s. Nosakiet ūdens plūsmas ātrumu šaurā caurules daļā, kuras diametrs ir 1,5 reizes mazāks par platas daļas diametru.

PROBLĒMA 2. Horizontālā caurulē ar 20 cm2 sekciju šķidrums plūst. Vienā vietā caurulei ir 12 cm2 sašaurinājuma daļa. Starp cauruļu platākajām un šaurākajām daļām uzstādīto šķidrumu līmeņus manometriskajās caurulēs ir 8 cm. Nosakiet šķidruma tilpuma plūsmas ātrumu 1 sek.

PROBLĒMA 3. Horizontāli novietota šļirces virzuve tiek pielikta ar 15 N spēku. Nosakiet ūdens plūsmas ātrumu no šļirces gala, ja virzuļa laukums ir 12 cm2.