Скорость воды в трубах отопления: Страница не найдена — Трубы и сантехника

Содержание

Скорость движения воды в системе отопления

На чтение 6 мин Просмотров 37 Опубликовано

Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.

Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:

1. Расход теплоносителя (воды) в трубе.
2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины.

Вот необходимые формулы, которые нужно знать:

S-Площадь сечения м 2 внутреннего просвета трубы
π-3,14-константа – отношение длины окружности к ее диаметру.
r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м
Q-расход воды м 3 /с
D-Внутренний диаметр трубы, м
V-скорость течения теплоносителя, м/с

Сопротивление движению теплоносителя.

Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение. Та сила, которая приложена к тому, чтобы остановить движение теплоносителя – является силой сопротивления.

Это сопротивление, называют – потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.

Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.

Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.

В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.

Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:

1. Находим сечение
2. Находим расход
D=12мм=0,012 м
п=3,14

S=3.14•0,012 2 /4=0,000113 м 2

Q=0,000113•1=0,000113 м 3 /с = 0,4 м 3 /ч.

Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.

Q=40л/мин=0,000666666 м 3 /с

Из выше указанных формул получил такую формулу.

Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:

Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.

Чем длиннее труба, тем больше потеря напора.
Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора.
Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора.
Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора.

Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:

А теперь рассмотрим задачу из реального примера.

Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

D=100 мм = 0,1м
L=376м
Геометрическая высота=17м
Отводов 21 шт
Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба)
Максимальный расход=90м 3 /ч
Температура воды 16°С.
Труба стальная железная

Найти максимальный расход = ?

Решение на видео:

Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.

В нашем случае будет такой график:

Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.

По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).

Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).

Поэтому решаем задачу ступенчато.

Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.

Находим скорость движения воды

Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.

V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с

Находим число рейнольдса

ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на вторую область при условии

10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.

Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:

Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час

Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.

V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.

Отмечаем на графике:

Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).

Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

Для проверки проверим:

Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.

А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:

Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.

Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

Скорость 1,91 м/с

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.

Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.

Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.

Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.

При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.

Отмечаем на графике:

Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч

Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.

Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м

Рисуем на графике:

Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.

В итоге, на размер диаметра влияют:

1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами
2. Необходимый расход
3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой

Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса. Увеличивать мощность насоса не экономично.

Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления

Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов.

При проведении дальнейших расчетов мы будем использовать все основные гидравлические параметры, в том числе расход теплоносителя, гидравлическое сопротивление арматуры и трубопроводов, скорость теплоносителя и т.д. Между данными параметрами есть полная взаимосвязь, на что и нужно опираться при расчетах.

К примеру, если повысить скорость теплоносителя, одновременно будет повышаться гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если повысить расход теплоносителя, с учетом трубопровода заданного диаметра, одновременно возрастет скорость теплоносителя, а также гидравлическое сопротивление. И чем больше будет диаметр трубопровода, тем меньше будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа данных взаимосвязей, можно превратить гидравлический расчет системы отопления (программа расчета есть в сети) в анализ параметров эффективности и надежности работы всей системы, что, в свою очередь, поможет снизить расходы на использующиеся материалы.

Отопительная система включает в себя четыре базовых компонента: теплогенератор, отопительные приборы, трубопровод, запорная и регулирующая арматура. Данные элементы имеют индивидуальные параметры гидравлического сопротивления, которые нужно учесть при проведении расчета. Напомним, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством. Ведущие производители материалов и отопительного оборудования в обязательном порядке указывают информацию по удельным потерям давления (гидравлические характеристики) на производимое оборудование или материалы.

Например, расчет для полипропиленовых трубопроводов компании FIRAT существенно облегчается за счет приведенной номограммы, в которой указываются удельные потери давления или напора в трубопроводе для 1 метра погонного трубы. Анализ номограммы позволяет четко проследить обозначенные выше взаимосвязи между отдельными характеристиками. В этом и состоит основная суть гидравлических расчетов.

Гидравлический расчет систем водяного отопления: расход теплоносителя

Думаем, вы уже провели аналогию между термином «расход теплоносителя» и термином «количество теплоносителя». Так вот, расход теплоносителя будет напрямую зависеть от того, какая тепловая нагрузка приходится на теплоноситель в процессе перемещения им тепла к отопительному прибору от теплогенератора.

Гидравлический расчет подразумевает определение уровня расхода теплоносителя, касательно заданного участка. Расчетный участок представляет собой участок со стабильным расходом теплоносителя и с постоянным диаметром.

Гидравлический расчет систем отопления: пример

Если ветка включает в себя десять киловаттных радиаторов, а расход теплоносителя рассчитывался на перенос энергии тепла на уровне 10 киловатт, то расчетный участок будет представлять собой отрезом от теплогенератора до радиатора, который в ветке является первым. Но только при условии, что данный участок характеризуется постоянным диаметром. Второй участок располагается между первым радиатором и вторым радиатором. При этом, если в первом случае высчитывался расход переноса 10-киловаттной тепловой энергии, то на втором участке расчетное количество энергии будет составлять уже 9 киловатт, с постепенным уменьшением по мере проведения расчетов. Гидравлическое сопротивление должно рассчитываться одновременно для подающего и обратного трубопровода.

Гидравлический расчет однотрубной системы отопления подразумевает вычисление расхода теплоносителя

для расчетного участка по следующей формуле:

Qуч –тепловая нагрузка расчетного участка в ваттах. К примеру, для нашего примера нагрузка тепла на первый участок будет составлять 10000 ватт или 10 киловатт.

с (удельная теплоемкость для воды) – постоянная, равная 4,2 кДж/(кг•°С)

tг –температура горячего теплоносителя в отопительной системе.

tо –температура холодного теплоносителя в отопительной системе.

Гидравлический расчет системы отопления: скорость потока теплоносителя

Минимальная скорость теплоносителя должна принимать пороговое значение 0,2 — 0,25 м/с. Если скорость будет меньше, из теплоносителя будет выделяться избыточный воздух. Это приведет к появлению в системе воздушных пробок, что, в свою очередь, может служить причиной частичного или полного отказа отопительной системы. Что касается верхнего порога, то скорость теплоносителя должна достигать 0,6 — 1,5 м/с. Если скорость не будет подниматься выше данного показателя, то в трубопроводе не будут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что оптимальный скоростной диапазон для отопительных систем составляет 0,3 — 0,7 м/с.

Если есть необходимость рассчитать диапазон скорости теплоносителя более точно, то придется брать в расчет параметры материала трубопроводов в отопительной системе. Точнее, вам понадобится коэффициент шероховатости для внутренней трубопроводной поверхности. К примеру, если речь идет о трубопроводах из стали, то оптимальной считается скорость теплоносителя на уровне 0,25 — 0,5 м/с. Если трубопровод полимерных или медный, то скорость можно увеличить до 0,25 – 0,7 м/с. Если хотите перестраховаться, внимательно почитайте, какая скорость рекомендуется производителями оборудования для систем отопления. Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов. Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления: потеря давления

Потеря давления на определенном участке системы, которую также называют термином «гидравлическое сопротивление», представляет собой сумму всех потерь на гидравлическое трение и в локальных сопротивлениях. Данный показатель, измеряемый в Па, высчитывается по формуле:

ΔPуч=R* l + ( (ρ * ν2) / 2) * Σζ

ν — скорость используемого теплоносителя, измеряемая в м/с.

ρ — плотность теплоносителя, измеряемая в кг/м3.

R –потери давления в трубопроводе, измеряемые в Па/м.

l – расчетная длина трубопровода на участке, измеряемая в м.

Σζ — сумма коэффициентов локальных сопротивлений на участке оборудования и запорно-регулирующей арматуры.

Что касается общего гидравлического сопротивления, то оно представляет собой сумму всех гидравлических сопротивлений расчетных участков.

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления: выбор основной ветви системы

Если система характеризуется попутным движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо самого загруженного стояка через нижний прибор отопления. Для однотрубной системы – кольцо через самый загруженный стояк.

Если система характеризуется тупиковым движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо нижнего прибора отопления для самого загруженного из наиболее удаленных стояков. Соответственно, для однотрубной отопительной системы выбирается кольцо через наиболее загруженный из удаленных стояков.

Если речь идет о горизонтальной отопительной системе, то выбирается кольцо через наиболее загруженную ветвь, относящуюся к нижнему этажу. Говоря о загрузке, мы имеем в виду показатель «тепловая нагрузка», который был описан выше.

Скорость движения воды в трубах системы отопления.

На лекциях нам говорили, что оптимальная скорость движения воды в трубопроводе 0,8-1,5 м/с. На некоторых сайтах встречаю подобное (конкретно про максимальную в полтора метра в секунду).

НО в методичке сказано принимать потери на метр погонный и скорости – по приложению в методичке. Там скорости ну совсем другие, максимальная, что есть в табличке – как раз 0,8 м/с.

И в учебнике встретил пример расчета, где скорости не превышают 0,3-0,4 м/с.

Дак в чем же суть? Как вообще принимать (и как в реальности, на практике)?

Скрин таблички из методички прилагаю.0.49 – для концевых участков ветки с нагрузкой в 1/3 от всей ветки

В курсовике то я посчитал как по методичке. Но хотел узнать, как по делу обстановка.

Тоесть получается в учебнике (Староверов, М. Стройиздат) тоже не верно (скорости от 0,08 до 0,3-0,4). Но возможно там только пример расчета.

Offtop: Тоесть вы тоже подтверждайте, что по сути старые (относительно) СНиПы вполне ничем не уступают новым, а где то даже лучше. (нам об этом многие преподаватели говорят. По ПСП вообще декан говорит, что их новый СНиП во многом противоречит и законам и самому себе).

Но в принципе все пояснили.

а расчет на уменьшение диаметров по ходу потока вроде экономит материалы. но увеличивает трудозатраты на монтаж. если труд дешевый-возможно имеет смысл. если труд дорогой – никакого смысла нет. И если на большои длине (теплотрасса) изменение диаметра выгодно -в пределах дома возня с этими диаметрами не имеет смысла.

и еще есть понятие гидравлическои устойчивости системы отопления – и здесь выигрывают схемы ShaggyDoc

Каждый стояк (верхняя разводка) отключаем вентилем от магистрали. Дак вот встречал, что сразу после вентиля ставят краны двойной регулировки. Целесообразно?

И чем отключать сами радиаторы от подводок: вентилями, или ставить кран двойной регулировки, или и то и то? (тоесть если бы этот кран мог полностью перекрывать трупровод – то вентиль тогда вообще не нужен?)

И с какой целью изолируют участки трубопровода? (обозначение – спиралью)

Система отопления двухтрубная.

Мне конкретно по подающему трубопроводу узнать, вопрос выше.

У нас есть коэффициент местного сопротивления на вход потока с поворотом. Конкретно применяем на вход через жалюзийную решетку в вертикальный канал. И коэффициент этот равен 2,5 – что есть не мало.

Тоесть как бы так придумать, чтобы избавиться от этого. Один из выходов – если решетка будет “в потолке”, и тогда входа с поворотом не будет (хотя небольшой все же будет, так как воздух будет стягиваться по потолку, двигаясь горизонтально, и двигаться к этой решетке, поворачивать на вертикальное направление, но по логике это должно быть меньше, чем 2,5).

В многоквартирном дме решетку в потолке не сделаешь, соседи. а в одноквартирном – потолок не красивый с решеткой будет, да и мусор может попасть. тоесть проблему так не решить.

часто сверлю, потом затыкаю

Возьмите тепловую мощность и начальную с конечной температуры. По этим данным Вы совершенно достоверно посчитаете

скорость. Она, скорее всего, будет максимум 0.2 мС. БОльшие скорости – нужен насос.

Типичные скорости (практические скорости) потока жидкости в трубопроводах (трубах) в различных технологических и коммунальных сетях. Водопровод. Канализация. Теплоснабжение (отопление).

Комфортной (не вызывающей излишней коррозии / эрозии или шума в трубопроводах) считается скорость до 1,5 м/с. Приемлемой – до 2,5 м/с. А практически встречающиеся скорости см. в таблице ниже:

Самоциркулирующее теплоснабжение – скорость потока 0,2-0,5 Теплоснабжение с принудительной циркуляцией основная “прямая труба” – скорость потока 0,5-3 (выше – не стоит подключать новые нагрузки) Теплоснабжение с принудительной циркуляцией – отводы на батареи = радиаторы – скорость потока 0,2-0,5 Водоснабжение магистральное – скорость потока 0,5-4 (выше – не стоит подключать новые нагрузки) Водоснабжение ХВС и ГВС (разбор воды) – скорость потока 0,5-1 (выше – потребители не оценят фонтан. ) Циркуляция в системе ГВС – скорость потока 0,2-0,5 ( выше никому не нужно) Промышленное холодоснабжение основная “прямая труба” – скорость потока 0,5-3 (до 5 м/с) Промышленное холодоснабжение отводы на холодильные радиаторы камер – скорость потока 0,2-0,5 Канализация, безнапорная, в том числе ливневая – скорость потока 0,5-1 (до 3 м/с)

Дополнительная информация: “. Скорость потока учитывается только для определения диаметра трубопровода. При неправильном выборе диаметра (скорость потока для: жидкой среды от 3 до 10 м/с; газообразной – свыше 20 м/с) будет наблюдаться повышенная вибрация трубопровода и образование статического электричества. Кавитация от скорости не зависит, а только от перепада давления и давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости.” ТПА номер 5(86) 2016 г – Якименко В.К. ЗАО “ТюменьВНИПИнефть”

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

“>

Допустимая скорость движения воды в трубах

Допустимый эквивалентный уровень шума, дБ

Допустимая скорость движения воды, м/с, в трубах при коэффициентах местных сопротивлении узла отопительного прибора или стояка с арматурой, приведенных к скорости теплоносителя в трубах

до 5

10

15

20

30

25

1,5 / 1,5

1,1 / 0,7

0,9 / 0,55

0,75 / 0,5

0,6 / 0,4

30

1,5 / 1,5

1,5 / 1,2

1,2 / 1,0

1,0 / 0,8

0,85 / 0,65

35

1,5 / 1,5

1,5 / 1,5

1,5 / 1,1

1,2 / 0,95

1,0 / 0,8

40

1,5 / 1,5

1,5 / 1,5

1,5 / 1,5

1,5 / 1,5

1,3 / 1,2

Примечания: 1. В числителе приведена допустимая скорость теплоносителя при применении кранов пробочных, трехходовых и двойной регулировки, в знаменателе ‑ при применении вентилей.

2. Скорость движения воды в трубах, прокладываемых через несколько помещений, следует определять, принимая в расчет:

а) помещение с наименьшим допустимым эквивалентным уровнем шума;

б) арматуру с наибольшим коэффициентом местного сопротивления, устанавливаемую на любом участке трубопровода, прокладываемого через это помещение, при длине участка 30м в обе стороны от помещения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 15

Обязательное

Применение печного отопления в зданиях

Число

Здания

этажей, не более

мест, не более

Жилые, административные

2

Общежития, бани

1

25

Поликлиники, спортивные, предприятия бытового обслуживания населения (кроме домов быта, комбинатов обслуживания), предприятия связи, а также помещения категорий Г и Д площадью не более 500 м2

1

Клубы

1

100

Общеобразовательные школы без спальных корпусов

1

80

Детские дошкольные учреждения с дневным пребыванием детей, предприятия общественного питания и транспорта

1

50

Примечание. Этажность зданий следует принимать без учета цокольного этажа.

ПРИЛОЖЕНИЕ 16

Обязательное

Размеры разделок и отступок у печей и дымовых каналов

1. Размеры разделок печей и дымовых каналов с учетом толщины стенки печи следует принимать равными 500 мм до конструкций зданий из горючих материалов и 380 мм — до конструкций, защищенных в соответствии с п. 3.84, б.

2. Требования к отступкам приведены в следующей таблице:

Толщина

Расстояние от наружной поверхности печи или дымового канала (трубы) до стены или перегородки, мм

стенки печи, мм

Отступка

не защищенной от возгорания

защищенной от возгорания (в соответствии с п. 3.84,б)

120

Открытая

260

200

120

Закрытая

320

260

65

Открытая

320

260

65

Закрытая

500

380

Примечания: Для стен с пределом огнестойкости 1 ч и более и пределом распространения пламени 0 см расстояние от наружной поверхности печи или дымового канала (трубы) до стены перегородки не нормируется.

2. В зданиях детских учреждений, общежитий и предприятий общественного питания предел огнестойкости стены (перегородки) в пределах отступки следует обеспечить не менее 1 ч.

3. Защиту потолка в соответствии с п. 3.81, пола, стен и перегородок — в соответствии с п. 3.84 следует выполнять на расстоянии, не менее чем на 150 мм превышающем габариты печи.

ПРИЛОЖЕНИЕ 17

Обязательное

Практические скорости потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Инженерные приемы и понятия / / Падение (потеря) давления.  / / Практические скорости потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.

Практические скорости потока жидкости в трубопроводах (трубах) в различных технологических и коммунальных сетях. Водопровод. Канализация. Теплоснабжение (отопление).

Комфортной (не вызывающей излишней коррозии / эрозии или шума в трубопроводах) считается скорость до 1,5 м/с. Приемлемой — до 2,5 м/с. А практически встречающиеся скорости см. в таблице ниже:

Система

Диапазон практических скоростей (м/с)

Самоциркулирующее теплоснабжение 0,2-0,5
Теплоснабжение с принудительной циркуляцией основная «прямая труба» 0,5-3 (выше — не стоит подключать новые нагрузки)
Теплоснабжение с принудительной циркуляцией — отводы на батареи = радиаторы 0,2-0,5
Водоснабжение магистральное 0,5-4 (выше — не стоит подключать новые нагрузки)
Водоснабжение ХВС и ГВС (разбор воды) 0,5-1 (выше — потребители не оценят фонтан…)
Циркуляция в системе ГВС 0,2-0,5 ( выше никому не нужно)
Промышленное холодоснабжение основная «прямая труба» 0,5-3 (до 5 м/с)
Промышленное холодоснабжение отводы на холодильные радиаторы камер 0,2-0,5
Канализация, безнапорная, в том числе ливневая 0,5-1 (до 3 м/с)



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Типичные скорости (практические скорости) потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.


Таблицы DPVA.ru — Инженерный Справочник



Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Инженерное ремесло / / Падение давления, потери давления на трение.  / / Типичные скорости (практические скорости) потока жидкости (воды) в трубопроводах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.

Поделиться:   

Типичные скорости (практические скорости) потока жидкости в трубопроводах (трубах) в различных технологических и коммунальных сетях. Водопровод. Канализация. Теплоснабжение (отопление).

Комфортной (не вызывающей излишней коррозии / эрозии или шума в трубопроводах) считается скорость до 1,5 м/с. Приемлемой — до 2,5 м/с. А практически встречающиеся скорости см. в таблице ниже:

Система

Диапазон практических скоростей (м/с)

Самоциркулирующее теплоснабжение — скорость потока 0,2-0,5
Теплоснабжение с принудительной циркуляцией основная «прямая труба» — скорость потока 0,5-3 (выше — не стоит подключать новые нагрузки)
Теплоснабжение с принудительной циркуляцией — отводы на батареи = радиаторы — скорость потока 0,2-0,5
Водоснабжение магистральное — скорость потока 0,5-4 (выше — не стоит подключать новые нагрузки)
Водоснабжение ХВС и ГВС (разбор воды) — скорость потока 0,5-1 (выше — потребители не оценят фонтан…)
Циркуляция в системе ГВС — скорость потока 0,2-0,5 ( выше никому не нужно)
Промышленное холодоснабжение основная «прямая труба» — скорость потока 0,5-3 (до 5 м/с)
Промышленное холодоснабжение отводы на холодильные радиаторы камер — скорость потока 0,2-0,5
Канализация, безнапорная, в том числе ливневая — скорость потока 0,5-1 (до 3 м/с)

Дополнительная информация: «… Скорость потока учитывается только для определения диаметра трубопровода. При неправильном выборе диаметра (скорость потока для: жидкой среды от 3 до 10 м/с; газообразной — свыше 20 м/с) будет наблюдаться повышенная вибрация трубопровода и образование статического электричества. Кавитация от скорости не зависит, а только от перепада давления и давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости.» ТПА номер 5(86) 2016 г — Якименко В.К. ЗАО «ТюменьВНИПИнефть»

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator

Максимальная скорость воды в трубе

Информационный инженерный портал

Внутренние инженерные системы и внешние сети

Допустимая скорость движения воды в трубопроводах

Согласно п. 6.3.7 СП 60.13330.2012 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003):
Скорость движения теплоносителя в трубопроводах систем внутреннего тепло-снабжения следует принимать в зависимости от допустимого эквивалентного уровня звука в помещении:

а) выше 40 дБА — не более 1,5 м/с в общественных зданиях и помещениях; не более 2 м/с в административно-бытовых зданиях и помещениях; не более 3 м/с в производственных зданиях и помещениях;

б) 40 дБА и ниже — по приложению Е.

Скорость движения пара в трубопроводах следует принимать:

а) в системах низкого давления (до 70 кПа на вводе) при попутном движении пара и конденсата — 30 м/с, при встречном — 20 м/с;

б) в системах высокого давления (от 70 до 170 кПа на вводе) при попутном движении пара и конденсата — 80 м/с, при встречном — 60 м/с.

Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.

Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:

1. Расход теплоносителя (воды) в трубе.
2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины.

Вот необходимые формулы, которые нужно знать:

S-Площадь сечения м 2 внутреннего просвета трубы
π-3,14-константа — отношение длины окружности к ее диаметру.
r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м
Q-расход воды м 3 /с
D-Внутренний диаметр трубы, м
V-скорость течения теплоносителя, м/с

Сопротивление движению теплоносителя.

Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение. Та сила, которая приложена к тому, чтобы остановить движение теплоносителя — является силой сопротивления.

Это сопротивление, называют — потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.

Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.

Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.

В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.

Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:

1. Находим сечение
2. Находим расход
D=12мм=0,012 м
п=3,14

S=3.14•0,012 2 /4=0,000113 м 2

Q=0,000113•1=0,000113 м 3 /с = 0,4 м 3 /ч.

Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.

Q=40л/мин=0,000666666 м 3 /с

Из выше указанных формул получил такую формулу.

Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:

Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.

Чем длиннее труба, тем больше потеря напора.
Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора.
Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора.
Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора.

Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:

А теперь рассмотрим задачу из реального примера.

Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

D=100 мм = 0,1м
L=376м
Геометрическая высота=17м
Отводов 21 шт
Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба)
Максимальный расход=90м 3 /ч
Температура воды 16°С.
Труба стальная железная

Найти максимальный расход = ?

Решение на видео:

Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.

В нашем случае будет такой график:

Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.

По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).

Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).

Поэтому решаем задачу ступенчато.

Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.

Находим скорость движения воды

Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.

V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с

Находим число рейнольдса

ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на вторую область при условии

10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.

Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:

Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час

Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.

V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.

Отмечаем на графике:

Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).

Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

Для проверки проверим:

Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.

А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:

Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм.
V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.

Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

Скорость 1,91 м/с

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.

Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.

Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.

Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.

При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.

Отмечаем на графике:

Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч

Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.

Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м

Рисуем на графике:

Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.

В итоге, на размер диаметра влияют:

1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами
2. Необходимый расход
3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой

Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса. Увеличивать мощность насоса не экономично.

Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления

Воспользовавшись калькулятором, можно при введении минимальных данных, получить быстрый расчет скорости жидкости в определенном трубопроводе.

Если прибегать к самостоятельным расчетам, следует учесть, что кроме формул потребуется изучить информацию согласно норм, относительно трубопровода.

Скорость определенной жидкости в трубопроводе рассчитывается по следующей формуле:

Где:
D – Внутренний диаметр трубы, м;
Q – расход воды м3/с.

Как избавиться от шума отопления и водопровода – Москва 24, 05.02.2015

Жители многоэтажки на улице Маршала Голованова в течение года жаловались на шум в своих квартирах. Причиной громкого гула оказались новые трубы в подвале дома. О том, почему появился этот звук и что делать, если вы столкнулись с подобной ситуацией, читайте в материале M24.ru.

По словам строительного эксперта Дмитрия Гореликова после замены транзитного трубопровода в подвале дома из-за сужения трубы возникла турбулентность, которая вызвала колебания, передавшиеся в квартиры.

«Шум появлялся в ночное время, когда увеличивалась скорость подачи воды за счет увеличения давления, и это привело к вибрациям», — рассказал эксперт в эфире канала «Москва Доверие».

Горелик отметил, что если трубопровод длиной порядка 200 метров нигде не закреплен, он будет вибрировать от малейших колебаний, «как гитарная струна».

Решить эту проблему, по словам эксперта, поможет установка дополнительных опор.

«Если трубопровод с определенным шагом закреплен на опорах, тогда колебания будут гаситься», — пояснил он.

Однако дополнительные опоры не устанавливались в течение долгого времени, потому что управляющая компания и МОЭК не могли определиться, кому из них подведомствен трубопровод. В результате жильцы дома сами начали устанавливать опоры под трубой.

При этом, как рассказал член Общественной палаты России Георгий Федоров, эту проблему должна была решать та организация, которой принадлежат трубы, то есть МОЭК.

«У МОЭК есть специалисты, которые могут решить эту проблему в течение часа», — добавил он.

По словам Федорова, в случае, если МОЭК не берется за устранение проблемы, жители должны жаловаться в Мосжилинспекцию, если и там им не помогают, то нужно обращаться в Роспотребнадзор, а затем и в прокуратуру.

Ссылки по теме

В свою очередь представитель МОЭК Расим Тактаров заявил о том, что о трубопроводе должны заботиться его балансодержатели.

«Система такова, что сейчас транзитные трубопроводы не принадлежат ни Московской энергетической компании, ни управляющей компании. Можно сказать, что по балансовой принадлежности эти трубопроводы висят в воздухе. Но было принято решение, что все проблемы на транзитных трубопроводах решаются сообща МОЭК и управляющей компанией», — рассказал он.

Однако кроме труб отопления, досаждать жильцам могут и водопроводные трубы.

Зачастую они гудят из-за завихрения потока воды в месте сужения. Вода движется с высокой скоростью по трубе одного диаметра, а потом попадает в узкий участок, который может появиться из-за засора, неправильной сварки, плохих соединений резьбы, а также из-за попадания внутрь трубы уплотнительных прокладок. Кроме того, сами трубы могут быть плохо закреплены и создавать дополнительные вибрации.

Шум в трубах горячей и холодной воды может появиться также из-за неисправностей в насосных установках. Со временем в механизме происходит износ электродвигателей, соединительных муфт, подшипников и вращающихся деталей. Гул от насоса передается через стены и фундамент, вызывая вибрацию труб водопровода и передачу шума по трубам в квартиры.

Очень сильный гул, распространяющийся по трубам практически по всему дому, возникает в смесителях на кухне и в ванной. Там довольно быстро изнашиваются уплотнительные прокладки, поэтому при открытии крана появляются сильные колебания клапана, вызывающие гул и вибрацию.

Определить место появления шума можно прослушав систему специальным акустическим прибором — течеискателем. В тех местах, где сечения трубы заужены из-за засоров или некачественной сварки, скорость воды быстро возрастает, поэтому и увеличивается шумовой эффект.

Специалисты устраняют засор с помощью пневматической или гидравлической промывки, а также механической прочистки.

Промывка — это создание сильного постоянного потока воды через водопровод. Промыть таким образом можно только засоры, состоящие из легких частиц, в трубах, где высокая скорость прохождения воды. Для труб большого диаметра и там, где вода протекает медленно, такой способ неэффективен, потому что тяжелые частицы будут все равно оседать на стенках.

Прочистку можно провести на отдельных доступных участках. В этом случае отключают воду и спускают из участка с предполагаемым засором. Трубу отсоединяют и прочищают толстой проволокой, к которой прикреплен ерш для извлечения грязи. Если трубу не удается прочистить ни одним из способов, то приходится вырезать кусок с засором и заменять его новым.

Чтобы избавиться от гула из-за неисправности в смесителе, не требуются специальные сантехнические знания. Для ликвидации шума нужно просто заменить прокладку в смесителе и надежно закрепить клапан.

Расходомер теплоносителя в автономной системе отопления — StopTest.ru

В данной статье я буду рассматривать все процессы применительно к автономной системе отопления частного дома с автоматическим газовым котлом и приведу пример конструкции расходомера на базе бытового недорогого счетчика воды.

Расход теплоносителя (в моем случае воды) в системе отопления является одним из главных параметров, который влияет на поддержание заданного микроклимата в помещении при любых погодных условиях и наряду с другими параметрами определяет качество функционирования системы отопления в целом.  Расход теплоносителя показывает какой его объем  прошел через систему отопления за определенное время.  Так как система отопления может быть разветвленной — например на первом и втором этажах дома может быть два независимых контура отопления — то расход теплоносителя мы будем рассматривать применительно к отопительному котлу.  Необходимый номинальный расход теплоносителя рассчитывается  на этапе проектирования системы отопления и в процессе ее эксплуатации должен оставаться неизменным. О методах расчета необходимого расхода теплоносителя я расскажу в отдельной статье, в которой будет приведен пример расчета простой системы отопления небольшого частного дома.

Возможно некоторым читателям более понятным будет термин скорость циркуляции теплоносителя или скорость потока теплоносителя в трубах, но скорость циркуляции в отличии от расхода зависит от сечения трубы и на разных участках системы отопления будет разной. Поэтому удобнее пользоваться таким понятием как расход.

Причины по которым расход теплоносителя может уменьшаться:

  • отложение накипи внутри теплообменника котла или засорение труб системы отопления, в результате чего увеличивается сопротивление потоку теплоносителя, а значит уменьшается его скорость и, как следствие, объем, прошедший через котел за определенное время, то есть расход;
  • засорение фильтров в системе отопления;
  • уменьшение производительности циркуляционного насоса из-за всевозможных неисправностей.

Признаки уменьшения расхода теплоносителя в действующей системе отопления:

  • котел начал часто включаться и выключаться;
  • теплоотдача в системе отопления уменьшилась, батареи прогреваются не полностью даже при установке максимальной температуры отопления на котле, как следствие  температура в помещении может быть занижена;

Но указанные признаки могут иметь и другие причины, поэтому было бы неплохо контролировать уровень расхода теплоносителя в своей системе отопления. В таком случае необходим расходомер.

Расходомер на базе бытового счетчика воды.

В моей системе отопления в качестве теплоносителя используется вода. Для контроля расхода теплоносителя я использовал обычный бытовой счетчик воды, который установил на входе теплоносителя в котел (на обратке).  При этом счетчик выступал в качестве индикатора, по которому было видно есть ли циркуляция в системе и примерно оценить ее скорость по вращению счетного механизма счетчика. Чтобы узнать расход необходимо было отсчитать по секундомеру определенное время и зафиксировать показания счетчика в начале и конце отрезка этого времени. Конечно это не удобно. Тогда я и задался целью встроить в счетчик дисплей и микроконтроллер, который бы сам считал расход. Таким образом и родилось описываемое ниже устройство.

Счетчик воды со снятым счетным механизмом

Принцип работы счетчика воды очень прост. В нижней герметичной части счетчика расположена крыльчатка, которая вращается за счет потока воды, протекающей через счетчик. На крыльчатке установлены магниты. Счетный механизм крепится сверху на герметичную часть и тоже имеет на одной из шестеренок магнит. Таким образом с помощью магнитного сцепления осуществляется передача вращения крыльчатки на счетный механизм.

Если расположить датчик Холла в месте  расположения вращающихся магнитов (в основании счетного механизма) мы получим электрические импульсы, которые уже можно  подсчитать микроконтроллером  и вывести на дисплей.  Вот и вся идея. Дальше, как говорится, дело техники.

Датчик Холла, закрепленный в основании счетного механизма счетчика

В качестве дисплея был выбран светодиодный семисегментный двухразрядный индикатор.  Расход теплоносителя было решено измерять в литрах в минуту. Объясню почему именно такая размерность. Я не буду вдаваться в теорию, но ориентировочно расход в литрах в минуту должен быть примерно равен мощности в кВт, отдаваемой котлом на нагрев воды. Например, если ваш котел отдает мощность 10 кВт, то расход теплоносителя должен составлять 10 литров в минуту, при этом разница температур на входе и выходе котла составит 15°С. Таким образом двух разрядов индикатора вполне хватит, что бы отображать расход воды от 1 л/мин и выше. Но, следует отметить, что если необходимо измерять расход теплоносителя больше 20 л/мин, то необходимо использовать счетчики с большим диаметром условного прохода, Ду-20 и выше. В моем опытном устройстве используется счетчик Ду-15.

В качестве устройства для вывода значений расхода теплоносителя на дисплей и подсчета импульсов с датчика Холла  была выбрана плата Arduino nano V3. Данная плата содержит микроконтроллер со всей необходимой обвязкой и возможностью быстрого программирования, что очень удобно. Производительности данного микроконтроллера и платформы Arduino  для реализации нужного нам алгоритма более чем достаточно. 

Для установки всех электронных компонентов расходомера теплоносителя была разработана печатная плата с размерами, позволяющими закрепить ее в корпусе счетного механизма счетчика. Плата была разведена в программе Sprint Layout 5.0.  Ниже на фото показана плата с установленными компонентами.  Часть компонентов схемы установлено со стороны печатных проводников с обратной стороны платы. Сама плата закреплена на основании счетного механизма. Рядом  для сравнения показан счетный механизм счетчика воды без корпуса.

На следующем фото показана обратная сторона платы и проводные соединения с датчиком Холла, который установлен на основании счетного механизма рядом с пластиковой шестеренкой. Как раз внизу данной шестеренки закреплен магнит, который и воздействует на датчик Холла.

Ну и дальше на фото сам расходомер теплоносителя в работе.

 

Ниже представлена принципиальная электрическая схема  расходомера теплоносителя. Модуль А1 это плата Arduino nano. 

Выше по тексту я упоминал датчик Холла. На схеме он обозначен как HS1. На самом деле это не «чистый» датчик Холла, а целая микросхема, которая имеет в своем составе датчик Холла, усилитель сигнала датчика, триггер  Шмидта, выходной каскад с открытым коллектором и другие вспомогательные элементы. Благодаря всей этой схеме мы имеем на выходе микросхемы сигнал с двумя устойчивыми состояниями — 0 или 1.  Микроконтроллер на плате Arduino nano запрограммирован таким образом, что считает переходы из низкого состояния сигнала в высокое (из нуля в единицу).  

Для отображения чисел на двухразрядном семисегментном индикаторе используется режим динамической индикации. Для этого все сегменты двух индикаторов соединены параллельно, а выбор разряда осуществляется путем подачи на соответствующий вывод (D1 или D2) индикатора логической единицы (индикатор с общим анодом). Разряды засвечиваются поочередно с частотой, превышающей инерционность зрения человека. В результате мы видим цифры на обеих разрядах индикатора без мерцания.

Диод VD1 защищает устройство от переполюсовки питания. Я установил диод Шоттки для уменьшения потерь напряжения, но это не принципиально.  Конденсаторы C1 и C2 улучшают устойчивость работы встроенного стабилизатора напряжения на плате Arduino nano и уменьшают наводки по питанию. Резисторы R1-R7 ограничивают статический ток сегментов индикатора на уровне примерно 5 мА. Так как у нас используется динамическая индикация, то средний ток сегмента будет меньше 5 мА. Данный индикатор очень яркий и хорошо светится даже при токах менее 5 мА.

Схема электрическая принципиальная расходомера теплоносителя автономной системы отопления

 

Для реализации нужного нам алгоритма работы расходомера был написан скетч в среде Arduino IDE.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

/* Arduino NANO V3, Atmega 328P,  robotdyn.com

Измеритель расхода теплоносителя в автономной системе отопления, 10.12.2017

***************************************************************************/

#include <MsTimer2.h>   //библиотека для управления аппаратным прерыванием от Таймера 2 микроконтроллера//

#include <Led4Digits.h> //библиотека для управления семисегментными индикаторами http://mypractic.ru/

 

Led4Digits disp(1, 6,7,255,255, 4,11,10,8,9,3,5,255); //конфигурируем подключение индикатора

                                                      

volatile int pulses = 0;  //определяем переменную для подсчета импульсов с датчика Холла

int count = 0;            //определяем переменную для подсчета аппаратных прерываний

 

void setup() {

  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);          //конфигурируем вывод LED_BUILTIN как выход

  attachInterrupt(0, flowmeter, RISING); //внешнее прерывание на выводе 2 по нарастанию фронта

  MsTimer2::set(10, timerInterrupt);     //задаем аппаратное прерывание каждые 10 мс  

  MsTimer2::start();                     //запускаем аппаратные прерывания

}

void loop() {

}

void flowmeter() {

  pulses++;                      //считаем кол-во импульсов с датчика Холла

}

void  timerInterrupt() {         //функция выполняется при возникновении аппаратного прерывания

  digitalWrite(LED_BUILTIN,0);   //гасим встроенный светодиод

  disp.regen();                  //регенерация индикатора (переключение разрядов)

  count++;                       //подсчитываем кол-во аппаратных прерываний

  if (count>=100) {              //проверяем когда закончится период в одну секунду

    disp.print(pulses, 2, 1);    //каждую секунду отображаем значение расхода

    pulses = 0;                  //после отображения сбрасываем кол-во подсчитанных импульсов

    count=0;                     //сбрасываем счетчик кол-ва аппаратных прерываний

    digitalWrite(LED_BUILTIN,1); //зажигаем встроенный светодиод

  }

}

Сам скетч подробно закомментирован,  я остановлюсь лишь на основных моментах программы.

Для подсчета импульсов с датчика Холла используется режим внешнего прерывания по входу D2 платы Arduino. Программа считает фронты нарастания импульсов, поступающих с датчика Холла. Опытным путем было установлено, что при прохождении через счетчик одного литра воды крыльчатка счетчика делает 30 оборотов. За один оборот крыльчатки с датчика Холла поступает 2 импульса напряжения (на крыльчатке расположено два магнита), то-есть на программном счетчике Arduino мы получим 2 за один оборот.  Далее изменение логического состояния на выходе датчика Холла с 0 на 1 будем называть импульсом.  Если умножить 2 на 30 мы получим количество импульсов при прохождении через счетчик одного литра воды (теплоносителя).  То есть 60 импульсов будут соответствовать 1 литру воды. Таким образом расход теплоносителя через счетчик будет определяться следующей формулой:

G=(Ni/60)*60,

где G — расход теплоносителя в литрах в минуту;   Ni — количество импульсов за одну секунду.

Можно сказать, что нам крупно повезло — расход теплоносителя численно равен количеству импульсов датчика Холла за одну секунду. Это очень упрощает программный код. Переменная pulses, в которой хранится количество импульсов датчика Холла за одну секунду, выводится на дисплей без всяких пересчетов и всегда имеет целочисленное значение.

Для вывода значений расхода на семисегментный индикатор используется готовая библиотека Led4Digits, которую я взял здесь. В этом же источнике можно узнать более подробно как работать с данной библиотекой.  Для отображения числа на двух разрядах индикатора используется режим динамической индикации. Программно это реализовано через аппаратное прерывание с помощью библиотеки  MsTimer2.  Обработчик прерывания вызывается каждые 10 мс и переключает разряды дисплея. В этом же обработчике каждую секунду происходит  обновление и вывод значения расхода теплоносителя на дисплей.

Расходомер запитан от внешнего нестабилизированного источника  напряжением 9 вольт (от старого мобильного телефона). Максимальный потребляемый  расходомером ток составляет не более 50 мА.

Файлы для скачивания:

Поделиться ссылкой:

Полезная информация о скорости трубы

Тщательное проектирование и выбор трубопроводов в системе снижает потери на трение и повышает производительность насосов и другого оборудования.

При низких скоростях жидкости текут регулярным образом с постоянной скоростью и без вертикального перемешивания поперек фронта волны. Это называется ламинарным течением. При высоких скоростях жидкости образуются завихрения (потоки), которые приводят к беспорядочному перемешиванию по всему сечению потока.Это называется турбулентным течением. При промежуточных расходах вблизи стенок трубы всегда имеется область ламинарного потока, толщина которой может варьироваться в зависимости от шероховатости материала трубы и общей скорости потока. Точка, в которой течение перестает быть ламинарным и становится турбулентным, называется критической скоростью.

Насосы, и особенно центробежные насосы, работают наиболее эффективно, когда жидкость подается плавным, ламинарным потоком без пульсаций. Любая форма турбулентности снижает эффективность, увеличивает потери напора и усугубляет износ подшипников, уплотнений и других компонентов насоса.

Как рассчитывается скорость трубы?

Скорость трубы — это усредненное по площади свойство, которое не зависит от распределения потока в поперечном сечении трубы и от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Например, вдоль центральной оси жидкость может двигаться с удвоенной расчетной скоростью трубы.

Что такое потеря напора?

Внутри трубы фрикционный контакт со стенками означает, что поток жидкости максимален на оси трубы и фактически равен нулю у стенки трубы.Фрикционный контакт приводит к потерям давления и энергии вдоль трубы, причем потери значительно выше при турбулентном течении. В то время как при ламинарном потоке потеря давления пропорциональна скорости трубы, при турбулентном потоке она пропорциональна ее квадрату.

Что такое число Рейнольдса?

Переход от ламинарного течения к турбулентному можно оценить по вычислению числа Рейнольдса. Это безразмерное число, определяемое из диаметра трубы, плотности и вязкости протекающей жидкости и скорости потока:

Число Рейнольдса фактически представляет собой отношение сил массового потока и касательного напряжения из-за вязкости жидкости.Течение в трубе можно считать ламинарным, если число Рейнольдса меньше 2000, и полностью турбулентным, если оно больше 4000. Характеристики потока непредсказуемы, если значение находится между этими двумя значениями.

Что такое «хорошая» скорость трубы?

Инженер-установщик выбирает насосы и размеры трубопроводов для достижения удовлетворительной скорости потока. Для водоподобных жидкостей, не содержащих твердых частиц (например, химикаты, краски, бензин, напитки), приемлемой считается скорость трубопровода около 1–2 м/с.Если система содержит какие-либо узкие трубы или другие сужения, скорость трубы в этих точках будет намного выше.

Если жидкость чувствительна к сдвигу, может вспениваться или изменять свойства, то при использовании трубопровода большего диаметра можно использовать более низкую скорость в трубопроводе. С другой стороны, если жидкость содержит твердые частицы, которые могут оседать и образовывать засоры при низких скоростях потока, может потребоваться более высокая скорость трубы (5-6 м/с).

В следующей таблице перечислены некоторые типичные скорости трубы для ряда распространенных промышленных материалов:

Жидкость Типичная скорость трубы (м/с)
Вода 0.9 — 2,4
Четыреххлористый углерод 1,8
Хлор жидкий 1,5
Этиленгликоль 1,8
Соляная кислота 1,5
Масло смазочное 1,5
Серная кислота 1,2

 

Резюме

Насосы, и особенно центробежные насосы, работают наиболее эффективно, когда жидкость подается плавным, ламинарным потоком без пульсаций.Любая форма турбулентности снижает эффективность, увеличивает потери напора и усугубляет износ подшипников, уплотнений и других компонентов насоса.

Размер трубы и, следовательно, скорость трубы могут оказывать существенное влияние на производительность системы как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания насоса. Для водоподобных жидкостей, не содержащих твердых частиц (например, химикаты, бензин, напитки), считается подходящей скорость трубопровода около 1–2 м/с. Однако при питании, содержащем унесенные твердые частицы, может потребоваться увеличение потока в трубопроводе, чтобы исключить риск отложения осадка.Следует выбирать такие фитинги, как колена и переходники, чтобы избежать ограничений, которые могут привести к засорению. И наоборот, для жидкостей, содержащих растворенные газы или чувствительных к сдвигу, турбулентность может привести к дегазации и пенообразованию жидкостей, так что может быть рекомендован меньший расход и/или больший размер трубы.

Размер подающей трубы котла Качество HVAC Отопление 101

Размер подающей трубы котла – расчет расхода

Чтобы получить расчетный расход при выборе размера насоса, используйте следующую формулу: Измерьте самый длинный участок контура в футах. и добавьте 50% к этому измерению.Умножьте это число на 0,04, чтобы получить напор насоса. Напор насоса относится к способности насоса перемещать воду по контуру и ко всему сопротивлению в контуре или трению в контуре. Другой метод определения напора насоса заключается в измерении самого длинного участка трубы в петле с последующим добавлением потерь на трение для каждого клапана, колена и фитинга. Для этого необходимо использовать диаграмму, которую можно получить у поставщика циркуляционных насосов HVAC.

Труба горячего водоснабжения и плинтус Расчет БТЕ


БТЕ измеряется количеством энергии, необходимой для повышения температуры 1 фунта воды до 1° по Фаренгейту.Вес воды 8,33 фунта. Каждая отдельная комната должна быть рассчитана на необходимое количество БТЕ для удовлетворения спроса, а затем это число должно быть сложено. Это основано на расчете теплопотерь помещения.

Например, для дома с потребностью в тепле 100 000 БТЕ и температурой 30°ΔT потребуется расход примерно 7 галлонов в минуту. (немного меньше на основе следующей формулы: (8,33 * 60 * 30°ΔT) = X. 100 000/X даст вам 6,7 галлонов в минуту. Это означает, что минимальный размер, необходимый для доставки соответствующего количества БТЕ для удовлетворения спроса, будет 1 дюйм труба стальная или медная.

Дельта Δ T | Размер подающей трубы котла

Расход и размер трубы подающей трубы котла — Очень важно правильно выполнить это, так как слишком большой расход снижает эффективность, как описано выше, и может оказать вредное воздействие на котел. Все производители чугунных котлов хотят, чтобы дельта Δ T котла находилась в определенном диапазоне. Некоторые из них 20 ° F, а другие 30 ° F. Превышение этого диапазона температур вызовет проблемы с любым котлом, поскольку вы заменяете горячую воду более холодной водой с большим диапазоном температур, чем может преодолеть любая конструкция чугунных котлов.

Это то же самое, что нагревать кусок чугуна или стали до экстремальной температуры, а затем лить на него холодную воду. В конце концов, он треснет. Если чугунный котел треснет, это нехорошо и его нужно будет заменить. Существуют способы преодоления высокого ΔT 

1) Добавить байпасный контур котловой системы между подачей и обраткой в ​​ближайшем к котлу трубопроводе

2) Изменить расположение трубопроводов на первичный/вторичный тип трубопровода с развязывающим контуром.

3) Добавьте циркуляционный насос с регулируемой скоростью и регулятором ΔT для поддержания максимального ΔT котла.

4) Добавьте отводящий контур к трубопроводу котла. Некоторые из этих методов лучше, чем другие, и только профессионал скажет вам, какой из них лучше всего подходит для вашей конкретной установки. Лучший метод не всегда может быть самым дешевым методом.

Клапаны для измерения расхода трубопровода котла

Клапан тройного действия регулирует расход в коммерческом трубопроводе.

Трубопроводы котла Размер подающей трубы

Подающая труба

Средняя скорость потока жидкости и диаметр трубы для известного расхода

Скорость жидкости в трубе неравномерна по площади сечения.Поэтому используется средняя скорость, и она рассчитывается по уравнение неразрывности для установившегося потока в виде:

Калькулятор диаметра трубы

Рассчитайте диаметр трубы для известного расхода и скорости. Рассчитайте скорость потока для известного диаметра трубы и скорости потока. Преобразование объемного расхода в массовый. Рассчитайте объемный расход идеального газа при различных условиях давления и температуры.

Диаметр трубы можно рассчитать, если объемный расход и скорость известны как:

где: D — внутренний диаметр трубы; q — объемный расход; v — скорость; А — площадь поперечного сечения трубы.

Если массовый расход известен, то диаметр можно рассчитать как:

где: D — внутренний диаметр трубы; w — массовый расход; ρ — плотность жидкости; v — скорость.

Рассчитайте диаметр трубы простым способом

Взгляните на эти три простых примера и узнайте, как с помощью калькулятора рассчитать диаметр трубы для известного расхода жидкости и желаемого расхода жидкости.

Ламинарный и турбулентный режим течения жидкости в трубе, критическая скорость

Если скорость жидкости внутри трубы мала, то линии тока будут прямыми параллельными линиями.Так как скорость жидкости внутри труба постепенно увеличивается, линии тока будут оставаться прямыми и параллельными стенке трубы, пока не будет достигнута скорость когда линии тока будут колебаться и внезапно превращаться в рассеянные узоры. Скорость, с которой это происходит, называется «критическая скорость». При скоростях выше «критических» линии тока случайным образом распределяются по трубе.

Режим течения, когда скорость ниже «критической», называется ламинарным течением (или вязким, или обтекаемым течением).В ламинарном режиме потока скорость наибольшая на оси трубы, а на стенке скорость равна нулю.

При скорости больше «критической» режим течения турбулентный. В турбулентном режиме течения неравномерно беспорядочное движение частиц жидкости в направлениях, поперечных направлению основного потока. Изменение скорости турбулентного потока равно равномернее, чем в ламинарном.

При турбулентном режиме течения у стенки трубы всегда имеется тонкий слой жидкости, движущийся ламинарно. Этот слой называется пограничным слоем или ламинарным подслоем. Для определения режима течения используйте калькулятор чисел Рейнольдса.

Число Рейнольдса, турбулентное и ламинарное течение, скорость течения в трубе и вязкость

Характер течения в трубе согласно работе Осборна Рейнольдса зависит от диаметра трубы, плотности и вязкости. текущей жидкости и скорости потока.Используется безразмерное число Рейнольдса, представляющее собой комбинацию этих четырех переменными и может рассматриваться как отношение динамических сил массового потока к напряжению сдвига из-за вязкости. Число Рейнольдса равно:

где: D — внутренний диаметр трубы; v — скорость; ρ — плотность; ν — кинематическая вязкость; мк — динамическая вязкость;

Калькулятор числа Рейнольдса

Рассчитайте число Рейнольдса с помощью этого простого в использовании калькулятора.Определить, является ли течение ламинарным или турбулентный. Применяется для жидкостей и газов.

Это уравнение можно решить с помощью и калькулятор режима течения жидкости.

Течение в трубах считается ламинарным, если число Рейнольдса меньше 2320, и турбулентным, если число Рейнольдса превышает 4000.Между этими двумя значениями находится «критическая» зона, где течение может быть ламинарным, турбулентным или в процесс изменений и в основном непредсказуем.

При расчете числа Рейнольдса для эквивалентного диаметра некруглого поперечного сечения (четырехкратный гидравлический радиус d=4xRh) используется, и гидравлический радиус может быть рассчитан как:

Rh = площадь поперечного сечения потока / смоченный периметр

Это относится к квадратным, прямоугольным, овальным или круглым трубопроводам, если они не имеют полного сечения.Из-за большого разнообразия жидкостей, используемых в современных промышленных процессах, одно уравнение который можно использовать для потока любой жидкости в трубе, дает большие преимущества. Это уравнение — формула Дарси, но один фактор — коэффициент трения приходится определять экспериментально. Эта формула имеет широкое применение в области гидромеханики и широко используется на этом веб-сайте.

Уравнение Бернулли — сохранение напора жидкости

Если пренебречь потерями на трение и к трубопроводной системе не добавляется и не отбирается энергия, общий напор H, сумма напора, напора и скоростного напора будет постоянной для любой точки потока жидкости.

Это выражение закона сохранения напора для потока жидкости в трубопроводе или линии тока, известное как Уравнение Бернулли:

где: Z 1,2 — превышение над уровнем отсчета; р 1,2 — абсолютное давление; v 1,2 — скорость; ρ 1,2 — плотность; г — ускорение свободного падения

Уравнение Бернулли используется в нескольких калькуляторах на этом сайте, например калькулятор падения давления и расхода, Расходомер с трубкой Вентури и калькулятор эффекта Вентури и Калькулятор размера диафрагмы и скорости потока.

Течение в трубе и падение давления на трение, потеря энергии напора | Формула Дарси

Из уравнения Бернулли выводятся все другие практические формулы с модификациями, связанными с потерями и выигрышами энергии.

Как и в реальной системе трубопроводов, существуют потери энергии, и энергия добавляется к жидкости или забирается из нее. (с использованием насосов и турбин) они должны быть включены в уравнение Бернулли.

Для двух точек одной линии тока в потоке жидкости уравнение можно записать следующим образом:

где: Z 1,2 — превышение над уровнем отсчета; р 1,2 — абсолютное давление; v 1,2 — скорость; ρ 1,2 — плотность; h L — потеря напора из-за трения в трубе; Н р — головка насоса; H T — головка турбинная; г — ускорение свободного падения;

Течение в трубе всегда приводит к потерям энергии из-за трения.Потеря энергии может быть измерена как падение статического давления. в направлении потока жидкости двумя манометрами. Общее уравнение падения давления, известное как формула Дарси, выраженное в метрах жидкости:

где: h L — потеря напора из-за трения в трубе; ф — коэффициент трения; L — длина трубы; v — скорость; D — внутренний диаметр трубы; г — ускорение свободного падения;

Чтобы выразить это уравнение как падение давления в ньютонах на квадратный метр (Паскалях), замена соответствующих единиц приводит к:

Калькулятор падения давления

Калькулятор на основе уравнения Дарси.Рассчитать падение давления для известного расхода или рассчитать скорость потока для известного перепада давления. Включен расчет коэффициента трения. Подходит для ламинарного и турбулентного потока, круглой или прямоугольной трубы.

где: Δ p — падение давления из-за трения в трубе; ρ — плотность; ф — коэффициент трения; L — длина трубы; v — скорость; D — внутренний диаметр трубы; Q — объемный расход;

Уравнение Дарси можно использовать как для ламинарного, так и для турбулентного режима течения и для любой жидкости в трубе.С некоторыми ограничениями, Уравнение Дарси можно использовать для газов и паров. Формула Дарси применяется, когда диаметр трубы и плотность жидкости постоянны и труба относительно прямая.

Коэффициент трения для шероховатости трубы и число Рейнольдса при ламинарном и турбулентном течении

Физические значения в формуле Дарси очень очевидны и могут быть легко получены, когда известны свойства трубы, такие как D — внутренняя часть трубы. диаметр, L — длина трубы и, когда известен расход, скорость можно легко рассчитать с помощью уравнения неразрывности.Единственное значение что необходимо определить экспериментально, так это коэффициент трения. Для ламинарного режима течения Re < 2000 можно рассчитать коэффициент трения, а для турбулентного режима течения, где Re > 4000, используются экспериментально полученные результаты. В критической зоне, где Рейнольдс число между 2000 и 4000, может возникнуть как ламинарный, так и турбулентный режим течения, поэтому коэффициент трения является неопределенным и имеет более низкую пределы для ламинарного потока и верхние пределы, основанные на условиях турбулентного потока.

Если течение ламинарное и число Рейнольдса меньше 2000, коэффициент трения можно определить по уравнению:

где: ф — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса;

Когда поток турбулентный и число Рейнольдса выше 4000, коэффициент трения зависит от относительной шероховатости трубы. а также по числу Рейнольдса.Относительная шероховатость трубы – это шероховатость стенки трубы по сравнению с диаметром трубы e/D . Так как внутренняя шероховатость трубы фактически не зависит от диаметра трубы, трубы с меньшим диаметром трубы будут иметь более высокую шероховатость. относительная шероховатость, чем у труб большего диаметра, поэтому трубы меньшего диаметра будут иметь более высокий коэффициент трения чем трубы большего диаметра из того же материала.

Наиболее широко принятыми и используемыми данными для коэффициента трения в формуле Дарси является диаграмма Муди.На диаграмме Муди коэффициент трения можно определить на основе значения числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Падение давления является функцией внутреннего диаметра в пятой степени. Со временем эксплуатации внутренняя часть трубы покрывается грязью, окалиной, и часто целесообразно учитывать ожидаемые изменения диаметра. Также можно ожидать увеличения шероховатости по мере эксплуатации из-за коррозии или образования накипи со скоростью, определяемой материалом трубы. и характер жидкости.

Когда толщина ламинарного подслоя (ламинарного пограничного слоя δ ) больше, чем шероховатость трубы e , поток называется потоком в гидравлически гладкой трубе, и можно использовать уравнение Блазиуса:

где: ф — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса;

Толщина пограничного слоя может быть рассчитана на основе уравнения Прандтля как:

где: δ — толщина пограничного слоя; D — внутренний диаметр трубы; Re — число Рейнольдса;

Для турбулентного течения с Re < 100 000 (уравнение Прандтля) можно использовать:

Для турбулентного течения с Re > 100 000 (уравнение Кармана) можно использовать:

Наиболее распространенным уравнением, используемым для расчета коэффициента трения, является формула Коулбрука-Уайта и он используется для турбулентного потока в калькуляторе падения давления:

где: ф — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса; D — внутренний диаметр трубы; к р — шероховатость трубы;

Статическое, динамическое и полное давление, скорость потока и число Маха

Статическое давление – это давление жидкости в потоке.Полное давление — это давление жидкости, когда она находится в состоянии покоя, то есть скорость уменьшается до 0.

Полное давление можно рассчитать по теореме Бернулли. Представьте себе, что поток находится в одной точке линии тока, остановленной без потери энергии теорему Бернулли можно записать в виде:

Если скорость в точке 2 v 2 = 0, то давление в точке 2 равно сумме p 2 = p t :

где: р — давление; р т — общее давление; v — скорость; ρ — плотность;

Разница между полным и статическим давлением представляет собой кинетическую энергию жидкости и называется динамическим давлением.

Динамическое давление для жидкостей и несжимаемого потока, где плотность постоянна, можно рассчитать как:

где: р — давление; р т — общее давление; р д — динамическое давление; v — скорость; ρ — плотность;

Если динамическое давление измеряется с помощью таких инструментов, как зонд Прандтля или трубка Пито, скорость можно рассчитать в одна точка линии тока как:

где: р — давление; р т — общее давление; р д — динамическое давление; v — скорость; ρ — плотность;

Для газов и чисел Маха больше 0.1 эффектами сжимаемости нельзя пренебречь.

Для расчета сжимаемого потока можно использовать уравнение состояния газа. Для идеальных газов скорость при числе Маха M < 1 рассчитывается по следующему уравнению:

где: M — число Маха M=v/c — связь между локальной скоростью жидкости и локальной скоростью звука; γ — изоэнтропический коэффициент;

Следует сказать, что при М > 0.7 данное уравнение не совсем точно.

Если число Маха М > 1, то возникнет нормальная ударная волна. Уравнение для скорости перед волной приведено ниже:

где: р — давление; р ти — общее давление; v — скорость; М — число Маха; γ — изоэнтропический коэффициент;

Приведенные выше уравнения используются для Датчик Прандтля и калькулятор скорости потока с трубкой Пито.

Примечание: Вы можете скачать полный вывод данных уравнений

Расход теплоносителя на теплопередачу, мощность котла и температура

Калькулятор тепловой энергии

Рассчитать тепловую энергию и тепловую мощность при известном расходе.Рассчитайте расход для известной тепловой энергии или тепловой мощности. Применяется для котлов, теплообменников, радиаторов, чиллеров, воздухонагревателей.

Расход жидкости, необходимый для передачи тепловой энергии — тепловой мощности, можно рассчитать как:

где: q — расход [м 3 /ч]; ρ — плотность жидкости [кг/м 3 ]; c — удельная теплоемкость жидкости [кДж/кгК]; Δ T — разница температур [K]; P — мощность [кВт];

Это соотношение можно использовать для расчета необходимого расхода, например, воды, нагретой в котле, если мощность котел известен.В этом случае разность температур в приведенном выше уравнении представляет собой изменение температуры жидкости впереди и после котла. Следует сказать, что коэффициент эффективности должен быть включен в приведенное выше уравнение для точного расчета.

СКОРОСТЬ ПОТОКА AQUATHERM — Aquatherm

28 февраля 2014 г.

Одним из главных преимуществ Aquatherm является возможность использования трубы при более высоких скоростях потока, чем у меди или стали.

Обычно коды моделей сантехники (UPC, IPC, NSPC, NPC) требуют, чтобы расчетная скорость потока для неметаллических труб не превышала 8 футов/сек. (2,44 м/сек.). Эта скорость потока была установлена, чтобы избежать шумообразования (шипения и пения), гидравлических ударов и чрезмерных скоростей в арматуре, где водоток уменьшен. Дополнительные ограничения скорости необходимы для металлических труб, чтобы избежать эрозии – коррозии. Благодаря естественному шумоподавлению трубы Aquatherm и естественной способности трубы поглощать силы гидравлического удара, а также полному проходному диаметру фитингов, мы можем увеличить скорость потока в трубе без ущерба для способности трубы для предотвращения шумообразования и гидравлического удара.

Компания Aquatherm опубликовала таблицы потерь давления и скорости примерно до 15 футов/сек. (4,6 м/сек.).

Теперь у нас также есть коды, разрешающие скорость до 10 футов/сек. (3,05 м/с) для сантехники, если это рекомендует производитель. Существует также возможность кодов, допускающих скорость до 12 футов/сек. (3,66 м/с) для пластиковых труб. Это в основном обусловлено производителями PEX.

Aquatherm позволил инженерам проектировать скорость до 15 – 20 футов/сек. (4,57 – 6,10 м/сек.) в зависимости от задания и конструкции.Этот допуск предоставляется с оговоркой, что в системе не должно быть никаких быстродействующих клапанов или других источников ударного давления. Другими словами, допускается проектирование более высоких скоростей для материала трубы, но система может быть не в состоянии справиться с более высокими скоростями с точки зрения скачков давления, гидравлического удара или проблем с шумом.

Одним из преимуществ проектирования с более высокими скоростями является преодоление снижения объемного расхода (галлонов в минуту), которое может возникнуть в результате использования более низкой скорости при меньшем внутреннем диаметре некоторых размеров труб Aquatherm по сравнению с медными и стальными.

Aquatherm рекомендует не превышать скорость потока, указанную в следующей таблице, без предварительной консультации с Aquatherm.

Размер трубы Допустимая расчетная скорость
½” (20 мм) – 8” (200 мм) 10 футов/сек. (3,05 м/с)
10 дюймов (250 мм) – 12 дюймов (315 мм) 12 футов/сек. (3,66 м/с)
14 дюймов (355 мм) – 24 дюйма (630 мм) 14 футов/сек.(4,27 м/с)

Параметры и ограничения водяных тепловых трубок

Тепловые трубки

— это пассивные двухфазные устройства теплопередачи, передающие тепло путем испарения и конденсации. Тепловые трубки, используемые для управления температурой электроники, тепловые трубки точечного охлаждения, пластины HiK™ и испарительные камеры, используют воду в качестве рабочей жидкости. На этой веб-странице обсуждаются параметры и ограничения водяных тепловых трубок. Тепловые трубы с другими рабочими телами имеют иные ограничения, например, у них разные диапазоны рабочих температур.

Существуют три общих ограничения для пассивных двухфазных устройств, включая тепловые трубки, пластины HiK™ и испарительные камеры:

Рис. 5. Максимальная мощность для данной геометрии тепловой трубы падает при высоких и низких температурах, а также при увеличении неблагоприятной высоты. (а) Горизонтальная тепловая трубка. (б) Вертикальная тепловая трубка.

Рабочая температура

Все тепловые трубки имеют температурный диапазон, в котором они работают лучше всего. Максимальная мощность в зависимости от рабочей температуры для типичных водяных тепловых труб показана на рис. 5 и рассчитана с помощью калькулятора тепловых труб ACT.Максимальная мощность высока примерно от 60 до 200°C, постепенно падая при более низких температурах (мощность также падает при более высоких температурах, но обычно это не касается охлаждения электроники).

Падение мощности при снижении температуры определяется свойствами рабочей жидкости. Поскольку температура (и связанное с ней давление насыщения) воды снижается, плотность водяного пара также уменьшается. Чтобы передать заданное количество энергии, скорость пара в тепловой трубе должна увеличиться, что, в свою очередь, увеличивает перепад давления в тепловой трубе при одновременном снижении мощности, которую можно передать.

ACT обычно проектирует тепловые трубки для работы при температурах выше ~25°C. При температуре ниже 0°C вода замерзает в тепловой трубе, и основным способом отвода тепла является теплоотвод через стенку тепловой трубы. Важно отметить, что обычно это не проблема для охлаждения электроники, поскольку основной задачей является поддержание температуры электроники ниже максимальной. Когда система запускается из более холодного состояния, скажем -40°C, электроника будет прогреваться до температуры около 25°C, и начнет работать тепловая трубка.Правильно спроектированные тепловые трубки могут работать после тысяч циклов замораживания/оттаивания, см. рис. 6.

Если требуется эксплуатация при температуре ниже 25°C, разработчик теплового оборудования может переключиться на другую рабочую жидкость, такую ​​как метанол, или использовать инкапсулированную проводящую карту.

Рисунок 6. Правильно спроектированные тепловые трубы могут работать после тысяч циклов замораживания/оттаивания.

Неблагоприятная вертикальная высота

Тепловые трубки возвращают жидкость из конденсатора в испаритель через фитиль, что позволяет им работать в любом положении.Во время работы капиллярные силы в фитиле должны преодолевать сумму перепадов давления жидкости и пара, а также противодействующий гравитационный напор и ускорение. По мере увеличения неблагоприятного подъема (испаритель расположен над конденсатором) больше мощности насоса фитиля используется для противодействия неблагоприятному гравитационному напору, и максимальная мощность тепловой трубы снижается. Это можно увидеть при сравнении рис. 5 (a) и (b), показывающих мощность при горизонтальной тепловой трубке и тепловой трубке с неблагоприятным возвышением на 4 дюйма (10 см) соответственно.Видно, что максимальная мощность значительно снижается. Другие неблагоприятные возвышения можно рассчитать с помощью калькулятора тепловых труб ACT.

Как правило, водяные тепловые трубы могут работать с испарителем, поднятым максимум на 9-10 дюймов (23-25 ​​см) над конденсатором. Это устанавливает максимальную высоту для точечного охлаждения тепловых трубок и испарительных камер. Эта высота удваивается для пластин HiK ™ до 18-20 дюймов (46-50 см), когда пластины HiK ™ охлаждаются как сверху, так и снизу, и в них встроен двойной набор тепловых трубок.Обратите внимание, что если электронику и радиатор можно расположить так, чтобы электроника находилась ниже радиатора, то тепловая трубка ведет себя как термосифон. При такой ориентации жидкость возвращается в испаритель под действием силы тяжести, а не капиллярных сил, а длина тепловой трубы практически не ограничена.

Ускорение

Во время работы капиллярные силы в фитиле должны преодолевать сумму перепадов давления жидкости и пара, а также противодействующий гравитационный напор и ускорение.Водяные тепловые трубки перестанут работать при большом неблагоприятном ускорении, когда фитиль больше не сможет возвращать конденсат в испаритель, и тепловая трубка выйдет из строя или высыхает. Фитиль быстро перезаправится после остановки ускорения. Тепло накапливается за счет повышения температуры во время ускорения. Большинство ускорений относительно короткие, и такое повышение температуры допустимо.

Если ускорение длится дольше, у теплового конструктора есть три варианта:

  1. Спроектируйте тепловые трубы «под действием силы тяжести» при ускорении, если известны ось и направление ускорения.
  2. Расположите тепловые трубы парами, чтобы одна труба всегда «поддерживалась гравитацией»; см. рис. 7.
  3. Используйте инкапсулированную карту проводимости.

Рис. 7. Двойные тепловые трубки для высоких ускорений. Всегда работает один комплект тепловых трубок, так как ускорение возвращает конденсат в испаритель.

 

Дополнительная информация о том, когда следует использовать тепловые трубки, пластины HiK™, испарительные камеры и кондуктивное охлаждение:

 

 

Понимание давления и расхода — HeatGeek

Эта статья дополняет статью о балансировке Ultimate, ознакомьтесь с ней!

правила прокачки!

Указывает взаимосвязь между расходом, давлением и потребляемой мощностью.

Если вы удвоите скорость потока, но сохраните потери давления на том же уровне (например, за счет увеличения размера трубопровода), вы удвоите потребление мощности насоса.

Если вы удвоите потерю давления (также называемую перепадом давления или DP), но сохраните скорость потока прежней (например, за счет закрытия клапана), вы снова удвоите потребление энергии.

Если вы удвоите расход и удвоите давление, вы увеличите энергопотребление в 4 раза.

Однако реальный экспоненциальный рост энергопотребления происходит из-за квадратного правила :

.

Правило квадрата гласит, что сопротивление системы пропорционально квадрату скорости потока.Это квадратичная зависимость.

Другими словами, если вы удваиваете скорость потока через трубопровод фиксированного размера, вы удваиваете свою скорость (скорость движения воды по трубе). Это удвоение скорости экспоненциально увеличивает сопротивление трения потоку в 4 раза! Что требует экспоненциального увеличения мощности насоса, чтобы противостоять. Удивительно, как быстро это складывается, верно?

Так тот, что до действительно помнишь…

Если вы удвоите скорость потока, вы в четыре раза увеличите сопротивление в системе и в восемь раз (х8) увеличите энергопотребление! 😳

По этой причине были установлены насосы ERP.

Также помните, что это также относится к вентиляторам и компрессорам и уточняет требования по модуляции наших систем.

Этот процесс фактически приводит системы отопления в некоторое самоуравновешивание в разумных пределах, иначе весь поток воды двигался бы по первому контуру и никакое движение воды не достигало бы других излучателей/радиаторов.

Давление и расход при балансировке

Для балансировки не обязательно понимать связь между давлением и расходом.Однако понимание того, что происходит в системе, когда вы балансируете, поможет позже в этой статье и для будущих сообщений. Для любой стационарной системы скорость потока и давление (или перепад давления) связаны на бедре.

Другими словами, чем выше перепад давления, создаваемый с обеих сторон насоса, тем выше скорость потока в системе. И наоборот, чем выше скорость потока, тем выше потеря давления (или перепад давления) в системе.Потеря давления и перепад давления почти одно и то же.

Когда мы говорим о перепаде давления, мы имеем в виду разницу в давлении между любыми двумя точками в системе. Это может быть перепад давления по обе стороны от насоса, что будет означать увеличение давления при добавлении электроэнергии, или перепад давления в любой части остальной части системы, который всегда будет падением давления.

Потеря давления, относится только к падению давления.Это вызвано тем, что поток воды проходит через сопротивление фитингов и трубы, однако это может вызвать некоторую путаницу, поскольку, несмотря на потерю давления, без этого перепада давления с любой стороны фитинга или трубы вы не получите любой поток воды! Это может быть трудно понять, у вас не может быть одного без другого (если вы не освоили вечный двигатель).

Если вы уменьшите сопротивление в системе или контуре, например, увеличив размер трубопровода, вы сможете получить тот же расход при более низком перепаде давления или dP.

Путем добавления ограничений (закрытие клапанов или уменьшение или удлинение трубопровода) вам потребуется увеличить dP в контуре, чтобы получить тот же расход.

Когда вы балансируете систему отопления, вы фактически делаете сопротивление в каждом контуре радиатора таким же, как и в самом дальнем контуре радиатора и/или с наибольшим сопротивлением, когда он получает полный требуемый расход.

Ниже приведен сильно преувеличенный пример перепада давления в несбалансированной более крупной системе, скажем, в доме с 5/6 кроватями.

Вы можете видеть, что для получения правильного расхода через котел (DT20) и систему нам требуется перепад давления 4 метра напора.

Все шлюзы в этой системе в настоящее время широко открыты. Здесь есть 2 интересных дифференциала: перепад давления в цепи и перепад давления в радиаторе. Радиаторы, расположенные ближе к котлу, имеют гораздо более высокий перепад давления с обеих сторон, чем те, которые находятся дальше, и поэтому они имеют гораздо более высокий расход, чем требуется.Потому что чем выше перепад давления, тем выше скорость потока.

Рис. 3

В этой сложной ситуации A и B имеют перепад давления 2,7 и 1,8 метра напора, что дает им очень высокий расход.

C имеет перепад напора на 1 метр и имеет правильную величину расхода

D+E будет иметь слишком малый расход и очень узкий перепад давления 0,5 и 0,2.

От насоса, вокруг любых контуров по отдельности, однако всегда будет иметь одинаковую общую потерю давления, в данном случае 4 м при текущем расходе.Система всегда находит баланс.

Как гласит старая поговорка, «вода всегда идет по пути наименьшего сопротивления». Поскольку сопротивление потоку через радиатор А меньше, через этот контур проходит больше воды, пока сопротивление (или перепад давления) не достигнет уровня 4 м напора. Радиатор B расположен немного дальше, поэтому имеет больше фитингов и труб для прохождения воды. Он получает немного меньший поток, чтобы сбалансировать перепад давления 4 м, и, таким образом, поток распределяется между радиаторами в различных количествах, что дает потерю давления 4 м или перепад давления вокруг каждого контура.

Предполагая пока, что все радиаторы имеют одинаковый размер, то, что мы фактически делаем при балансировке, — это делаем сопротивление или перепад давления на всех радиаторах такими же, как то, что требуется индексному радиатору, когда он работает с полной требуемой скоростью потока.

Мы делаем это, закрывая клапаны и добавляя сопротивление, чтобы воспроизвести дополнительные трубопроводы и фитинги (сопротивление) в индексном радиаторе. По этой причине индексные клапаны радиатора всегда следует оставлять полностью открытыми, чтобы убедиться, что мы не создаем ненужного сопротивления насосу.

В приведенном выше примере (рис. 3) радиатор C имеет правильную скорость потока и имеет перепад 1 м на радиаторе. Следовательно, если мы можем отрегулировать первый затвор до достижения этого дифференциала и двигаться по системе, мы должны достичь баланса, не касаясь последнего радиатора и оставляя затвор Е полностью открытым.

Когда мы начинаем закрывать эти радиаторные вентили на радиаторах со слишком большим потоком, больше воды должно пройти дальше по системе. Это означает большее сопротивление потоку, поэтому для достижения того же расхода воды в котле насосу придется потреблять больше энергии.

На рис. 4 ниже видно, что радиаторы были сбалансированы на шлюзовом щите, а новый перепад давления в системе составляет 6,1 метра напора. Однако сопротивление на каждом радиаторе теперь одинаково (1 м), поэтому поток распределяется равномерно.

Рис. 4

Обратите внимание, что запорный щиток радиатора C должен быть достаточно близко, чтобы обеспечить сопротивление 2 м, на которое увеличивается напор насоса.

Большим радиаторам потребуется немного большее значение dp, чтобы получить больший поток, и меньшее значение dp.Однако независимо от размера вашего радиатора, общий перепад давления в каждом контуре и обратно к насосу всегда одинаков независимо (здесь 6,1 м). Система всегда находит баланс.

Небольшие системы не получат такого сильного колебания dP после балансировки, но более крупным системам может потребоваться повторная регулировка насоса после балансировки.

Две основные причины, по которым инженеры будут бороться с балансировкой, это когда они работают с большими системами и когда системы имеют трубопроводы меньшего диаметра.

Когда один клапан уравновешен, это смещает динамику системы и может вывести из строя другие излучатели или эмиттеры.Еще одной из основных причин этого, помимо компоновки и конструкции системы, является авторитет клапана.

Минимальная скорость в теплообменниках

Кожухотрубные теплообменники

часто используются в системах парово-водяного отопления в учреждениях. В публикации Monday Morning Minutes на этой неделе рассматриваются минимальные скорости в теплообменниках Bell & Gossett SU, применяемых в системе переменного объема и переменной скорости.

В первой части этой серии мы обсудили максимальную скорость в теплообменниках Bell & Gossett SU со стандартными трубками, применяемых в системах с переменным объемом и переменной скоростью.Мы также дали некоторые рекомендации. То, что мы можем работать на пределе максимальной скорости, не означает, что мы должны это делать. Сегодня мы рассмотрим минимальную скорость в теплообменниках.

Минимальная скорость воды в кожухотрубных теплообменниках

Поскольку двухходовые клапаны закрываются в гидравлических системах, скорость в кожухотрубном теплообменнике с первичным регулированием будет падать по мере снижения расхода. Насколько сильно может снизиться скорость потока, при этом поток все еще будет турбулентным? Давайте начнем с краткого обзора того, почему турбулентный поток важен.

В кожухотрубных теплообменниках, как и в других теплообменных устройствах, турбулентный поток (b) постоянно перемешивает воду в трубах, так что все капли воды имеют возможность соприкоснуться с горячей стенкой трубы. По мере снижения скорости картина течения изменится на ламинарную (а). При ламинарном течении картина потока выпрямляется, и часть воды внутри трубы не соприкасается со стенкой трубы и поэтому остается более холодной. Другими словами, при ламинарном потоке теплопередача меньше.

(а) Ламинарное течение (б) Турбулентное течение

Опасность заключается в том, что клапан регулирования температуры начинает больше открываться, затем перескакивает, затем закрывается, а затем открывается. Он будет действовать скорее как двухпозиционный клапан, чем как регулирующий клапан. Это действительно проблема, о которой нам нужно беспокоиться?

Вода является отличным теплоносителем. В мире механики гидравлического теплоносителя при более низких скоростях число Реймолдса (Re) остается достаточно высоким, а число Прандтля (Pr) остается достаточно низким, поэтому низкая скорость не является проблемой.В большинстве систем отопления скорость потока должна упасть ниже 5% от проектной, прежде чем возникнет проблема.

 

В большинстве систем отопления с температурой воды выше 50°F существуют другие устройства, такие как насосы, которые требуют более высокого минимального расхода, чем теплообменник. Беспокойство по поводу переключения регулирующего клапана будет больше связано с диапазоном регулирования регулирующего клапана, чем с теплообменником.

Но ситуация меняется при использовании гликолей в качестве теплоносителя.

Пределы скорости в теплообменниках Серия:

.