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?

Ричард
источник

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 8.9×104Pas . Предполагая, что труба5m и что3bar давление - манометрическое давление, скорость потока

Q=π(0.015)4(3×105Pa)128(8.9×104Pas)(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)8.9×104Pas=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.

Carlton
источник
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

ηefficiency

Npower

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(pinpout)ρ=cout=20ms

V˙=cA=10.60Lmin

ρ1000kgm3

pout1bar

Across-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.

IDKFA
источник
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