Енциклопедія сантехніка розрахунок гідравлічного опору в системі опалення

Розрахунок гідравлічного опору в системі опалення.

У цій статті я навчу Вас знаходити гідравлічні опору в трубопроводі. Далі ці опору допоможуть нам знаходити витрати в кожній окремій гілці.

Нижче будуть реальні завдання.

Ви, звичайно, можете скористатися спеціальними програмами, для цього, але користуватися програмами досить важко, якщо ви не знаєте основ гідравліки. Що стосується деяких програм, то в них не розжовуються формули, за якими відбувається гідравлічний розрахунок. У деяких програмах не описуються деякі особливості по розгалуження трубопроводів, і знаходженню опору в складних схемах. І дуже важко вважати, це вимагає додаткової освіти та науково-технічного підходу.

У цій статті я розкриваю для Вас абсолютний розрахунок (алгоритм) по знаходженню гідравлічного опору.

Я приготував спеціальний калькулятор для знаходження гідравлічного опору. Вводите дані і отримуєте миттєвий результат. В даному калькуляторі використовуються найпоширеніші формули, які використовуються в розвинених програмах по гідравлічним розрахунками. До того ж Вам не доведеться довго розбиратися в цьому калькуляторі.

Даний калькулятор дає можливість миттєво отримувати результат про гідравлічному опір. Процес обчислення гідравлічних втрат досить трудомісткий і це не одна формула, а цілий комплекс формул, які переплітаються між собою.

Існують місцеві гідравлічні опори, які створюють різні елементи систем, наприклад: Кульовий кран, різні повороти, звуження або розширення, трайнікі тощо. Здавалося б, з поворотами і звуженнями зрозуміло, а розширення в трубах теж створюють гідравлічні опору.

Протяжність прямої труби теж створює опір руху. Начебто пряма труба без звужень, а все одно створює опір руху. І чим довше труба, тим більше опір в ній.

Ці опору, хоч і відрізняються, але для системи опалення вони просто створюють опір руху, а ось формули по знаходженню цього опору відрізняються між собою.

Для системи опалення не має значення, яке цей опір місцеве або по довжині трубопроводу. Це опір однаково діє на рух води в трубопроводі.

Опір будемо вимірювати в метрах водяного стовпа. Також опір можна обзивати як втрата напору в трубопроводі. Але тільки однозначно це опір вимірюється в метрах водяного стовпа, або переводиться в інші одиниці виміру, наприклад: Bar, атмосфера, Па (Паскаль) тощо.

Що таке опір в трубопроводі?

Щоб зрозуміти це розглянемо ділянку труби.

Манометри, встановлені на прямому та зворотному гілці трубопроводів, показують тиск на трубі, що подає і на зворотній трубі. Різниця між манометрами показує перепад тиску між двома точками до насоса і після насоса.

Для прикладу припустимо, що на трубопроводі, що подає (праворуч) стрілка манометра вказує на 2,3 Bar, а на зворотному трубопроводі (зліва) стрілка манометра показує 0,9 Bar. Це означає, що перепад тиску становить:

Величину Bar переводимо в метри водяного стовпа, воно становить 14 метрів.

Дуже важливо зрозуміти, що перепад тиску, натиск насоса і опір в трубі - це величини, які вимірюються тиском (Метрами водяного стовпа, Bar, Па і т.д.)

В даному випадку, як зазначено на зображення з манометрами, різниця на манометрах показує не тільки перепад тиску між двома точками, але і натиск насоса в даному конкретному часу, а також показує опір в трубопроводі з усіма елементами, що зустрічаються на шляху трубопроводу.

Іншими словами, опір системи опалення це і є перепад тиску в шляху трубопроводу. Насос створює цей перепад тиску.

Встановлюючи манометри на дві різні точки, можна буде знаходити втрати напору в різних точках трубопроводу, на які Ви встановите манометри.

На стадії проектування немає можливості створювати схожі розв'язки і встановлювати на них манометри, а якщо є така можливість, то вона дуже витратна. Для точного розрахунку перепаду тиску манометри повинні бути встановлені на однакові трубопроводи, тобто виключити в них різниця діаметрів і виключити різницю напрямок руху рідини. Також манометри не повинні бути на різних висотах від рівня горизонту.

Вчені приготували для нас корисні формули, які допомагають знаходити втрати напору теоретичним способом, не вдаючись до практичних перевірок.

Розберемо опір водяного теплої підлоги. Дивись зображення.

Труба металопластикова 16мм, внутрішній діаметр 12мм.
довжина труби 40 м.
За умовою обігріву, витрата в контурі повинен бути 1,6 л / хв
Поворотів 90 градусів відповідає: 30 шт.
Температура теплоносія (води): 40 градусів Цельсія.

Для вирішення даного завдання були використані наступні матеріали:

Всі методики розрахунків були розроблені з наукових книг гідравліки і теплотехніки.

Насамперед знаходимо швидкість течії в трубі.

Q = 1,6 л / хв = 0,096 м 3 / ч = 0,000026666 м 3 / сек.

V = (4 • 0,000026666) / (3,14 • 0,012 • 0,012) = 0,24 м / с

Знаходимо число Рейнольдса

ν = 0,65 • 10 -6 = 0,00000065. Взято з таблиці. Для води при температурі 40 ° С.

Далі звіряємося по таблиці, де знаходимо формулу по знаходженню коефіцієнта гідравлічного тертя.

У мене потрапляє на першу область за умови

4000 0,25 = 0,3164 / 4430 0,25 = 0,039

Далі завершуємо формулою:

h = λ • (L • V 2) / (D • 2 • g) = 0,039 • (40 • 0,24 • 0,24) / (0,012 • 2 • 9,81) = 0,38 м.

Знаходимо опір на поворотах

h = ζ • (V 2) / 2 • 9,81 = (0,31 • 0,24 2) / (2 • 9,81) = 0,00091 м.

Дане число множимо на кількість поворотів 90 градусів

У підсумку повне опір покладеної труби становить: 0,38 + 0,0273 = 0,4 м.

Теорія про місцеве опір

Хочу помітити процес обчислення місцевих опорів на поворотах і різних розширень і звужень в трубопроводі.

Втрата напору на місцевому опір знаходиться за цією формулою:

h-втрата напору тут вона вимірюється в метрах.
ζ-Це коефіцієнт опору, він буде перебувати додатковими формулами, про які напишу нижче.
V - швидкість потоку рідини. Вимірюється [Метр / секунда].
g - прискорення вільного падіння дорівнює 9,81 м / с 2

У цій формулі змінюється тільки коефіцієнт місцевого опору, коефіцієнт місцевого опору для кожного елемента свій.

Звичайний відведення в 90 градусів.

Коефіцієнт місцевого опору становить приблизно одиниці.

Формула для інших кутів:

Поступовий або плавний поворот труби

Поступовий поворот труби (відведення або закруглене коліно) значно зменшує гідравлічний опір. Величина втрат істотно залежить від відношення R / d і кута α.

Коефіцієнт місцевого опору для плавного повороту можна визначити за експериментальними формулами. Для повороту під кутом 90 ° і R / d> 1 він дорівнює:

для кута повороту більше 100 °

Для кута повороту менше 70 °

Для теплої підлоги, поворот труби в 90 ° становить: 0,31-0,51

У формулу вставляється швидкість течії в трубі з малим діаметром.

Також існують і плавні розширення і звуження, але в них опір потоку вже значно нижче.

Раптове розширення і звуження зустрічається дуже часто, наприклад, при вході в радіатор виходить раптове розширення, а при догляді рідини з радіатора раптове звуження. Також раптове розширення і звуження спостерігається в Гідрострелка і колекторах.

Для трійників відгалужень в два і більше напрямків, процес обчислення дуже складний тим, що ще незрозуміло який витрата буде в кожній окремій гілці. Тому можна трійник розділити на відводи і порахувати виходячи з швидкостей потоку на гілках. Можна прикинути приблизно на око.

Знаходимо опір для радіаторної системи опалення. Дивись зображення.

Труба металопластикова 16мм, внутрішній діаметр 12мм.
Довжина труби 5 м.
За умовою обігріву, витрата в контурі радіатора повинен бути 2 л / хв
Плавних поворотів 90 градусів відповідає: 2 шт.
Відводів 90 градусів: 2шт.
Раптове розширення на вході в радіатор. 1 шт.
Раптове звуження на виході з радіатора: 1шт.
Температура теплоносія (води): 60 градусів Цельсія.

Для вирішення даного завдання, також можна скористатися калькулятором гідравлічних втрат

Для початку порахуємо опір по довжині трубопроводу.

Насамперед знаходимо швидкість течії в трубі.

Q = 2 л / хв = 0,096 м 3 / ч = 0,000033333 м 3 / сек.

V = (4 • 0,000033333) / (3,14 • 0,012 • 0,012) = 0,29 м / с

Знаходимо число Рейнольдса

ν = 0,65 • 10 -6 = 0,000000475. Взято з таблиці. Для води при температурі 60 ° С.

Далі звіряємося по таблиці, де знаходимо формулу по знаходженню коефіцієнта гідравлічного тертя. У мене потрапляє на першу область за умови

4000 0,25 = 0,3164 / 7326 0,25 = 0,034

Далі завершуємо формулою:

h = λ • (L • V 2) / (D • 2 • g) = 0,034 • (5 • 0,29 • 0,29) / (0,012 • 2 • 9,81) = 0,06 м.

Знаходимо опір на плавному повороті

На жаль, в літературі зустрічаються різні коефіцієнти по знаходженню коефіцієнта на місцевому опір, відповідно до формули з перевіреного підручника на поворот як використовують в теплих підлогах, становить: 0,31.

h = ζ • (V 2) / 2 • 9,81 = (0,31 • 0,292) / (2 • 9,81) = 0,0013 м.

Дане число множимо на кількість поворотів 90 градусів

Знаходимо опір на колінному (прямому 90 °) повороті

Взагалі, фітінг у металопластикової труби йде з внутрішнім діаметром менше ніж у труби, а якщо діаметр менше, то відповідно і швидкість збільшується, а якщо збільшується швидкість, то збільшується опір на повороті. У підсумку я приймаю опір рівне: 2. До речі у багатьох програмах різкі повороти приймають за 2 одиниці і вище.

Там, де є звуження і розширення - це теж буде гідравлічним опором. Я не стану вважати звуження і розширення на металопластикових фітингах, так як далі ми все одно торкнемося цієї теми. Потім самі порахуєте.

h = ζ • (V 2) / 2 • 9,81 = (2 • 0,292) / (2 • 9,81) = 0,0086 м.

Дане число множимо на кількість поворотів 90 градусів

Знаходимо опір на вході в радіатор.

Мінімальний діаметр приймемо за 15мм, а максимальний діаметр у радіатора приймемо за 25мм.

Знаходимо площа перерізу двох різних діаметрів:

ω1 = π • D 2/4 = 3.14 • 15 2/4 = 177 мм 2

ω2 = π • D 2/4 = 3.14 • 25 2/4 = 491 мм 2

Оскільки діаметр 15мм це більше ніж 12 мм, тому швидкість зменшилася і стала дорівнює: 0,19 м / с

h = ζ • (V 2) / 2 • 9,81 = (0,41 • 0,19 2) / (2 • 9,81) = 0,00075 м.

Знаходимо опір на виході з радіатора.

Вихід з радіатора - це ні що інше як звуження трубопроводу, тому коефіцієнт місцевого опору будемо знаходити для труби йде на різке звуження.

Площі вже відомі

ω2 = π • D 2/4 = 3.14 • 15 2/4 = 177 мм 2

ω1 = π • D 2/4 = 3.14 • 25 2/4 = 491 мм 2

h = ζ • (V 2) / 2 • 9,81 = (0,32 • 0,19 2) / (2 • 9,81) = 0,00059 м.

Далі все втрати складаються, якщо ці втрати йдуть послідовно один для одного.

Щоб в ручну не брати до уваги всю математику я приготував спеціальну програму:

До речі, дані розрахунки можна застосовувати і до систем водопостачання.