Чи можливий скільки-небудь простий розрахунок витрати води по діаметру труби? Або єдиний спосіб - звертатися до фахівців, заздалегідь видавивши детальну карту всіх водопроводів в окрузі?
Адже гідродинамічні розрахунки вкрай складні ...
Наше завдання - з'ясувати, скільки води може пропустити ця труба
Для чого це потрібно?
- При самостійному розрахунку водопровідних систем.
Якщо планується будувати великий будинок з декількома гостьовими ваннами, міні - готель, продумувати систему пожежогасіння - бажано знати, яка кількість води може поставити труба заданого діаметра при певному тиску.
Адже значне падіння напору в піках споживання води чи порадує мешканців. Та й слабка цівка води з пожежного шланга швидше за все буде марна.
- За відсутності водолічильників комунальні служби зазвичай виставляють рахунок організаціям «по прохідності труби».
Як будь-які розумні люди, ми схильні вважати гроші. Якщо платимо - то хочемо знати, за що і за якими тарифами, чи не так?
Зверніть увагу: другий сценарій не зачіпає квартири і приватні будинки. Якщо немає водолічильників, комунальники беруть оплату за воду згідно санітарних норм. Для сучасних упорядкованих будинків це не більше ніж 360 літрів на людину на добу.
Потрібно визнати: водолічильник сильно спрощує відносини з комунальними службами
Фактори, що впливають на прохідність труби
Що впливає на максимальний витрата води в трубі круглого перетину?
очевидна відповідь
Здоровий глузд підказує, що відповідь має бути дуже простим. Є труба для водопроводу. У ній отвір. Чим воно більше - чим більше води через нього пройде за одиницю часу. Ах, вибачте, ще тиск.
Очевидно, що стовп води в 10 сантиметрів буде продавлювати через сантиметрове отвір менше води, ніж водяний стовп заввишки з десятиповерховий будинок.
Значить, від внутрішнього перерізу труби і від тиску в водопроводі, так?
Невже потрібно щось ще?
Правильну відповідь
Ні. Ці фактори на витрату впливають, але вони - лише початок довгого списку. Розраховувати витрата води по діаметру труби і тиску в ній - це все одно, що розраховувати траєкторію летить на Місяць ракети, виходячи з відомого положення нашого супутника.
Якщо не врахувати обертання Землі, рух Місяця по своїй орбіті, опір атмосфери і гравітацію небесних тіл - чи наш космічний корабель потрапить хоч приблизно в потрібну точку простору.
На те, скільки води виллється з труби діаметром x при тиску в трасі y, впливають не тільки ці два фактори, але ще і:
- Протяжність труби. Чим вона довша - тим сильніше тертя води об стінки уповільнює потік води в ній. Так, на воду у самого торця труби впливає лише тиск в ній, але ж такі обсяги води повинні зайняти її місце. А водопровідна труба гальмує їх, і ще як.
Саме через втрату напору в довгій трубі на нафтопроводах стоять насосні станції
- Діаметр труби впливає на витрату води куди складніше, ніж підказує «здоровий глузд». Для труб малого діаметра опір стінок руху потоку куди більше, ніж для товстих труб.
Причина - в тому, що тим менше труба, тим менш вигідно в ній з точки зору швидкості потоку води співвідношення внутрішнього обсягу і площі поверхні при фіксованій довжині.
Простіше кажучи, по товстої трубі воді легше рухатися, ніж по тонкій.
- Матеріал стінок - ще один найважливіший фактор, від якого залежить швидкість руху води. Якщо по гладкому поліпропілену вода ковзає, як частина філе незграбною дами по тротуару в ожеледь, то шорстка сталь створює куди більший опір потоку.
- Вік труби теж дуже сильно впливає на прохідність труби. Сталеві водопровідні труб и іржавіють, крім того, сталь і чавун з роками експлуатації заростають вапняними відкладеннями.
Заросла труба надає куди більший опір потоку (опір полірованої нової сталевої труби і іржавою відрізняються в 200 разів!). Мало того - ділянки всередині труби внаслідок заростання зменшують свій просвіт; навіть в ідеальних умовах через зарослу трубу пройде куди менше води.
Як ви думаєте, чи є сенс розраховувати прохідність по діаметру труби у фланця?
Зверніть увагу: стан поверхні пластикових і металополімерних труб з часом не погіршується. Через 20 років труба буде чинити такий же опір потоку води, як і в момент монтажу.
- Нарешті, будь-який поворот, перехід діаметра, різноманітна запірна арматура і фітинги - все це теж гальмує потік води.
Ах, якби наведеними вище факторами можна було знехтувати! Однак мова йде не про відхилення в межах похибки, а про різницю в рази.
Все це приводить нас до сумного висновку: простий розрахунок витрати води через трубу неможливий.
Промінь світла в темному царстві
У разі витрати води через кран, однак, завдання може бути різко спрощена. Основна умова простого розрахунку: отвір, через яке вода виливається, має бути дуже малий в порівнянні з діаметром підвідної воду труби.
Тоді діє закон Торрічеллі: v ^ 2 = 2gh, де v - швидкість витікання з малого отвору, g - прискорення вільного падіння, а h - висота водяного стовпа, який стоїть над отвором. При цьому через отвір з перетином s за одиницю часу буде проходити обсяг рідини s * v.
Метр залишив вам подарунок
Не забудьте: перетин отвору - це не діаметр, це площа, яка дорівнює pi * r ^ 2.
Для стовпа води 10 метрів (що відповідає надмірному тиску в одну атмосферу) і отвори діаметром 0,01 метр розрахунок буде таким:
Витягуємо квадратний корінь і отримуємо v = +13,98570698963767. Для простоти розрахунків округлимо значення швидкості потоку до 14 м / с.
Перетин отвори діаметром 0,01 м одно 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 м2.
Таким чином, витрата води через наше отвір буде рівним +0,000314159265 * 14 = +0,00439822971 м3 / с, або трохи менше чотирьох з половиною літрів в секунду.
Як бачите, в цьому варіанті розрахунок не дуже складний.
Крім того, в додатку до статті ви знайдете таблицю витрати води найбільш поширеними сантехнічними приладами з зазначенням мінімального діаметра підводки.
висновок
