Kalkulator strat tarcia

Kalkulator strat tarcia pomoże ci obliczyć stratę ciśnienia spowodowaną tarciem dla danego wymiaru rury i natężenia przepływu objętości. Na przepływ cieczy wewnątrz rury lub przewodu ma wpływ tarcie, podobnie jak podczas pchania ciężkiego pudełka po chropowatej powierzchni. Siła tarcia wynikająca z interakcji cieczy ze ściankami rury powoduje straty energii. Kalkulator tarcia w rurach wykorzystuje wzór Hazena-Williamsa do obliczenia straty tarcia.

Co więcej, możesz oszacować stratę ciśnienia spowodowaną tarciem za pomocą naszego narzędzia, co oznacza, że ten kalkulator tarcia rur może znaleźć spadek ciśnienia w systemie rur wodnych. Typowymi przykładami systemów rur wodociągowych są instalacje doprowadzające wodę do twojej kuchni, system zraszaczy na dachu, wąż strażacki i system rur do napełniania basenu.

Przepływ wody w wymienionych systemach ma różną efektywność i ciśnienie wyjściowe w zależności od czynników takich jak tarcie spowodowane materiałem rury. Każdy materiał ma inny wpływ na straty tarcia, np. straty tarcia w wężu strażackim będą się różnić od strat tarcia w złączkach rurowych. W kolejnych sekcjach dowiemy się o zmianach ciśnienia straty tarcia spowodowanych zmianą materiału.

Kiedy ciecz przepływa przez przewód lub rurę, chropowatość wewnętrznych ścian rury i lepkość cieczy wpływają na przepływ cieczy, powodując stratę energii lub ciśnienia. Ta strata ciśnienia wpływa na efektywność maszyn pompujących, a także na przepływ. Inżynierowie szacują tę stratę na podstawie rodzaju i rozmiaru rur użytych w systemie, aby uzyskać pożądaną wydajność energetyczną przepływu wody.

Istnieje kilka sposobów obliczania strat tarcia w złączkach rurowych, takich jak wzór Darcy'ego-Weisbacha, prawo Hagena-Poiseuille'a i wzór na straty tarcia Hazena-Williamsa. Każda formuła ma swoje zalety i wady: poznaliśmy je w trzech dedykowanych kalkulatorach: kalkulator Darcy-Weisbach 🇺🇸, kalkulator prawa Poiseuille'a 🇺🇸 i kalkulator przepływu rur. Na przykład prawo Hagena-Poiseuille'a wykorzystuje lepkość dynamiczną i nie sprawdza się w warunkach niskiej lepkości cieczy oraz w szerokich rurach ze względu na turbulentny przepływ wody spowodowany wzrostem liczby Reynoldsa. Dowiedz się więcej o wpływie tej jednej ważnej liczby w naszym kalkulatorze liczby Reynoldsa 🇺🇸.

Doprowadziło to badaczy do przejścia na bardziej złożone modele, takie jak wzór Darcy'ego-Weisbacha. Jednakże, pomimo uniwersalnego zastosowania i wysokiej dokładności, współczynnik tarcia we wzorze Darcy'ego-Weisbacha jest trudny do oszacowania i musi być uzupełniony diagramem Moody'ego. Diagram Moody'ego również opiera się na liczbie Reynolda w celu oszacowania współczynnika tarcia. Wreszcie, równanie Hazena-Williamsa zostało przedstawione jako prostsza wersja do oszacowania strat tarcia w rurach. Równanie to jest jednak ograniczone, ponieważ zakłada wodę jako użytą ciecz.

Straty tarcia głowicy, $H_\mathrm{L}$, można oszacować za pomocą empirycznego wzoru Hazena-Williamsa na straty tarcia, wykorzystując zmienne tarcie — długość, $L$, średnicę, $D$, natężenie przepływu objętości, $Q$, i współczynnik chropowatości, $C$, w postaci:

Alternatywnie, równanie w jednostkach imperialnych ma postać:

Ponadto spadek ciśnienia, $P_\mathrm{d}$, można oszacować na podstawie spadku ciśnienia, $H_\mathrm{L}$, wykorzystując ciężar właściwy wody, $W$ jako:

Wykonaj poniższe kroki, aby oszacować straty tarcia:

1. Wprowadź wymiary rury, tj. średnicę, $D$, i długość, $L$.

2. Wprowadź natężenie przepływu objętościowego, $Q$.

3. Możesz wybrać materiał rury, który zapewni odpowiedni współczynnik przepustowości, $C$.

   Alternatywnie, wybierz materiał niestandardowy i ręcznie wprowadź niestandardowy współczynnik chropowatości rury.

4. Kalkulator tarcia rur zwróci straty tarcia dla systemu rur.

Możesz również zmienić materiały dla tych samych wymiarów i natężenia przepływu objętości, aby zauważyć różnicę między stratami ciśnienia i zaobserwować wydajność różnych materiałów rur. Zobacz poniżej przykładowy problem.

Oszacuj stratę ciśnienia spowodowaną tarciem dla rury miedzianej o średnicy $250\ \mathrm{mm}$ i długości $10\ \mathrm{m}$, jeśli natężenie przepływu objętościowego wynosi $0,5\ \mathrm{m^3/s}$. Przyjmij ciężar właściwy wody, $W$, jako $9810\ \mathrm{N/m^3}$.

Daje to $D = 250\ \mathrm{mm} = 0,25\ \mathrm{m}$, $L = 10\ \mathrm{m}$ i $Q = 0,5\ \mathrm{m^3/s}$.

Dla materiału, rury miedzianej, $C = 135$.

Spadek ciśnienia, $P_\mathrm{d}$, można oszacować jako:

Oznacza to, że spadek ciśnienia w przepływie spowodowany tarciem w rurze wynosi $0,28\ \mathrm{bar}$. Teraz porównajmy to z innym materiałem rury, powiedzmy rurą z włókna szklanego (FRP).

Dla włókna szklanego, $C = 150$. Dlatego,

wody.

Spadek ciśnienia, $P_\mathrm{d}$, można oszacować jako:

Zaobserwowaliśmy, że straty ciśnienia spowodowane tarciem są wyższe w rurach miedzianych w porównaniu do rur z włókna szklanego.