Формула, теорія та рівняння розрахунків падіння тиску в трубі
Коли рідина протікає по трубі, відбуватиметься падіння тиску, яке виникає в результаті опору потоку. Також може спостерігатися посилення/втрата тиску через зміну висоти між початком і кінцем труби. Ця загальна різниця тиску в трубі пов'язана з низкою факторів:
- Тертя між рідиною і стінкою труби
- Тертя між сусідніми шарами самої рідини
- Втрати на тертя, коли рідина проходить через будь-які трубопровідні фітинги, вигини, клапани або компоненти
- Втрата тиску внаслідок зміни висоти рідини (якщо труба не горизонтальна)
- Підвищення тиску через будь-який напор рідини, що додається насосом
Розрахунок падіння тиску в трубі
Для розрахунку втрат тиску в трубі необхідно розрахувати перепад тиску, як правило, в напорі рідини, для кожного з елементів, що викликають зміну тиску. Однак для розрахунку втрат на тертя в трубі, наприклад, необхідно розрахувати коефіцієнт тертя, який використовуватиметься в рівнянні Дарсі-Вейсбаха, яке визначає загальні втрати на тертя.
Сам коефіцієнт тертя залежить від внутрішнього діаметра труби, внутрішньої шорсткості труби та числа Рейнольда, яке в свою чергу розраховується з в'язкості рідини, щільності рідини, швидкості рідини та внутрішнього діаметра труби.
Отже, існує ряд підрахувань, які необхідно провести для розрахунку загальних втрат на тертя. Працюючи назад, ми повинні знати властивості щільності та в'язкості рідини, знати діаметр труби та властивості шорсткості, розрахувати число Рейнольда, використовувати це для обчислення коефіцієнта тертя за допомогою рівняння Колбрука-Уайта і, нарешті, підключити коефіцієнт тертя до Дарсі- Рівняння Вейсбаха для розрахунку втрат на тертя в трубі.
Після розрахунку втрат на тертя труби нам потрібно врахувати можливі втрати на кріплення, зміну висоти та будь-яку додану напор насоса. Підсумовуючи ці втрати/прибутки, ми отримаємо загальний перепад тиску в трубі. У наступних розділах кожен розрахунок розглядається по черзі.
Розрахунки втрат на тертя труб
Тепер нам потрібно розрахувати кожен з елементів, який необхідний для визначення втрат на тертя в трубі. Посилання в наступному списку містять докладнішу інформацію про кожен конкретний розрахунок:
- Щільність рідини
- В'язкість рідини
- Вимірювання шорсткості труб
- Число Рейнольда - ламінарний потік або турбулентний потік
- Фактори тертя - Моді-чарт та рівняння Колбрука-Уайта
- Втрата тертя в трубі - метод Дарсі-Вейсбаха
Наше програмне забезпечення Pipe Flow автоматично обчислює втрати на тертя в трубах за допомогою рівняння Дарсі-Вейсбаха, оскільки це найточніший метод розрахунку для несжимаемих рідин, і він також прийнятий як галузевий точний для стисливого потоку за умови дотримання певних умов.
Розрахунки втрат на фітинги для труб
Втрати енергії через клапани, фітинги та вигини спричинені локальним порушенням потоку. Розсіювання втраченої енергії відбувається на кінцевій, але не обов'язково короткій ділянці трубопроводу, однак для гідравлічних розрахунків прийнятою практикою є врахування всієї суми цих втрат у місці розташування пристрою.
Для трубних систем із відносно довгими трубами часто трапляється, що втрати на фітинг будуть незначними щодо загальних втрат тиску в трубі. Однак деякі місцеві втрати, такі як втрати, відкриті частиною відкритого клапана, часто є дуже значними і їх ніколи не можна назвати незначними втратами, і їх завжди потрібно враховувати.