Ostatnia aktualizacja: 30 October 2024

Kalkulator przepływu przez rurę

Q: Czy natężenie przepływu zmienia się w zależności od średnicy rury?

Tak , ponieważ przepływ jest bezpośrednio związany z polem przekroju rury. Gdy pole przekroju wzrasta (czyli — gdy zwiększa się średnica rury), zwiększa się również przepływ. Analogicznie, gdy średnica maleje, natężenie przepływu maleje.

Q: Jak obliczyć objętościowe natężenie przepływu w rurze?

Pomnóż szybkość cieczy przepływającej przez rurę przez pole przekroju poprzecznego rury.

Opracowanie: Bogna Szyk

Recenzja: dr Dominik Czernia

Dominik Czernia

PhD, Institute of Nuclear Physics PAN

LinkedInWebsiteResearch Gate

Physicist at the Institute of Nuclear Physics in Kraków interested in magnetism and always ready to explain everything to everyone in simple terms. He is currently working on adding more scientific papers to his collection, accompanied by his son and another baby on its way. A perfectionist with an acute eye for detail, he has a unit converter in his brain and uses it to compare prices at the supermarket. Loves peace and quiet, especially during hiking. See full profile

Check our editorial policy

i Jack Bowater

Tłumaczenie: dr Joanna Śmietańska

Joanna Śmietańska

PhD, AGH University of Krakow, Cracow, Poland

LinkedInWebsiteResearch Gate

A Ph.D. student in physics, she has previously worked on several research topics, including photocatalysis and organic energy storage systems. Currently, she is studying the crystallography of complex systems. Heavily fascinated by solving scientific problems, when she is not conducting workshops with students, she enjoys hiking and playing board games. Once the author of the movie review section in the high school newspaper and an active user of the film portals, she now regularly visits cinemas to keep up to date with news and trivia. See full profile

Check our editorial policy

i dr Anna Szczepanek

Anna Szczepanek

PhD, Jagiellonian University in Kraków, Poland

Website

Holds a Ph.D. degree in mathematics obtained at Jagiellonian University. An active researcher in the field of quantum information and a lecturer with 8+ years of teaching experience. Passionate about everything connected with maths in particular and science in general. Fond of coding, she has a keen eye for detail and perfectionistic leanings. A bookworm, an avid language learner, and a sluggish hiker. She is hopelessly addicted to coffee & chocolate – the darker and bitterer, the better. See full profile

Check our editorial policy

Nowy

Spis treści

Czym jest przepływ grawitacyjny?Równanie Hazena-Williamsa Prędkość przepływu wody w rurze: przykład FAQs

Użyj naszego kalkulatora przepływu w rurach, aby przeanalizować właściwości wody przepływającej w systemie grawitacyjnym. Musisz tylko znać średnicę rury, materiał, z którego jest wykonana, jej długość i spadek wysokości. Następnie zastosujemy równanie Hazena-Williamsa, które obliczy wynikową prędkość i wydatek wody. Jesteś zainteresowany/a? Czytaj dalej, aby poznać stosowane przez nas formuły i zobaczyć łatwe do wykonania przykładowe obliczenia.

Sugerujemy również sprawdzenie kalkulatora przepływu przez otwór 🇺🇸, aby zobaczyć inny rodzaj przepływu cieczy!

Czym jest przepływ grawitacyjny?

Grawitacyjny przepływ wody ma miejsce, gdy przepływ wody w rurze jest spowodowany siłą grawitacji. Przepływ będzie miał miejsce tak długo, jak długo będzie istniała różnica wysokości między źródłem wody (górnym źródłem) a punktem zrzutu. Nie może również istnieć żadna zewnętrzna energia (na przykład z pompy), która byłaby używana do przemieszczania wody do przodu.

Nasz kalkulator przepływu wody uwzględnia szczególny przypadek przepływu grawitacyjnego, w którym woda przepływa w zamkniętej rurze. Na prędkość przepływu wpływa nie tylko nachylenie i rozmiar rury, ale także materiał, z którego jest ona wykonana. Jej chropowatość powoduje tarcie między ściankami rury a wodą, zmniejszając szybkość przepływu. W kalkulatorze współczynnika wypływu 🇺🇸 opisaliśmy nomenklaturę związaną z teoretycznym i rzeczywistym natężeniem przepływu. Koniecznie sprawdź to narzędzie, jeśli interesuje cię temat przepływu cieczy!

Równanie Hazena-Williamsa

Równanie Hazena-Williamsa to empirycznie wyprowadzony wzór opisujący prędkość wody w przepływie grawitacyjnym. Pamiętaj, że równanie Hazena-Williamsa obowiązuje tylko dla wody — zastosowanie go do jakiegokolwiek innego płynu da niedokładne wyniki. Nie uwzględnia ono również temperatury wody i jest dokładne tylko dla zakresu 40-75°F (4-25°C).

Możesz zapisać ten wzór jako:

v = \mathrm{k} \cdot C \cdot R^{0,63} \cdot S^{0,54}

gdzie:

$v$ — prędkość wody płynącej w rurze (w m/s dla systemu metrycznego i ft/s dla systemu imperialnego);
$C$ — współczynnik chropowatości (lub gładkości ścianek rury);
$R$ — promień hydrauliczny (w metrach lub stopach w zależności od systemu jednostek) — sprawdź kalkulator promienia hydraulicznego 🇺🇸, aby dowiedzieć się więcej na temat tego parametru;
$S$ — spadek hydrauliczny (strata wysokości na skutek tarcia na długość rury). Jest to wartość bezjednostkowa czasami wyrażana w m/m;
$\mathrm{k}$ — współczynnik konwersji zależny od systemu jednostek ( $\mathrm{k} = 0,\!849$ dla systemu metrycznego i $\mathrm{k} = 1,\!318$ dla systemu imperialnego).

Nie musisz znać wartości $C$ , $R$ lub $S$ , aby korzystać z naszego kalkulatora przepływu przez rurę — obliczymy je za ciebie!

Współczynnik chropowatości $C$ zależy od materiału, z którego wykonana jest rura. Możesz wybrać materiał z listy rozwijanej lub wprowadzić wartość $C$ ręcznie wybierając odpowiednią opcję, jeśli znasz współczynnik chropowatości w swoim systemie przepływu. Używamy następujących wartości:

Materiał	Współczynnik chropowatości
Żeliwo	100
Beton	110
Miedź	140
Tworzywo sztuczne	150
Stal	120

Promień hydrauliczny, $R$ , to proporcja między powierzchnią a obwodem twojej rury. Jeśli rura jest okrągła, znajdziesz go zgodnie z poniższym równaniem:

R = \frac{A}{P} = \frac{\pi r^2}{2 \pi r} = \frac{r}{2} = \frac{d}{4}

gdzie $r$ to promień rury, a $d$ to średnica rury. Po rozwinięciu ukrytej sekcji parametrów obliczanych przez nasz kalkulator przepływu przez rurę możesz przeglądać i modyfikować wszystkie pozostałe wartości (pole powierzchni, obwód, promień hydrauliczny).

Aby obliczyć nachylenie $S$ , musisz podzielić spadek (różnicę wysokości między punktem początkowym i końcowym) przez długość rury. Pamiętaj, że jeśli spadek rury nie jest stały, ale zmienia się, rzeczywista szybkość przepływu wody będzie się różnić od uzyskanego wyniku.

Gdy znasz już prędkość przepływu grawitacyjnego, możesz również znaleźć wypływ, $Q$ , mnożąc pole przekroju poprzecznego rury przez szybkość przepływu:

Q = A \cdot v

Upewnij się, że korzystasz z naszego kalkulatora natężenia przepływu, aby dokonać przelicznika między wypływem (objętościowym natężeniem przepływu) a masowym natężeniem przepływu.

Prędkość przepływu wody w rurze: przykład

Użyj kalkulatora przepływu w rurze, aby określić prędkość i wypływ z plastikowej rury o średnicy 0,15 m. Rura ma 3,5 metra długości, a różnica wysokości między początkiem i końcem rury wynosi 0,9 metra.

Podziel średnicę przez 2, aby obliczyć promień rury.

\small \quad r = \frac{d}{2} = \frac{0,\!15}{2} = 0,\!075 \ \mathrm{ m}

Znajdź pole przekroju poprzecznego rury.

\small \quad A = \pi r^2 = \pi \cdot 0,\!075^2 \approx 0,\!018 \ \mathrm{m^2}

Określ obwód rury.

\small \quad P = 2\pi r = 2 \pi \cdot 0,\!075 \approx 0,\!47 \ \mathrm{m}

Podziel pole powierzchni przez obwód, aby znaleźć promień hydrauliczny rury.

\small \quad R = \frac{A}{P} = \frac{0,\!018}{0,\!47} \approx 0,\!038 \ \mathrm{m}

Wybierz „Plastik” z rozwijanej listy i zapisz jego współczynnik chropowatości.

\small \quad C = 150

Podziel spadek przez długość rury, aby obliczyć nachylenie.

\small \quad S = \frac{y}{L} = \frac{9}{35} = 0,\!26

Użyj równania Hazena-Williamsa, aby znaleźć prędkość przepływu grawitacyjnego.

\footnotesize \begin{align*} \quad v &= 0,\!849 \cdot C \cdot R^{0,63} \cdot S^{0,54} \\[8pt] &= 0,\!849 \cdot 150 \cdot 0,\!038^{0,63} \cdot 0,\!26^{0,54} \\[8pt] & \approx 7,\!8 \ \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \end{align*}

Pomnóż tę wartość przez pole przekroju poprzecznego rury, aby znaleźć wypływ:

\begin{align*} \quad Q &= A \cdot v = 0,\!018 \cdot 7,\!8 \\[8pt] &= 0,\!14 \mathrm{\frac{m^{3}}{s}} \end{align*}

I gotowe! Właśnie znalazłeś/aś szybkość i wypływ przepływu grawitacyjnego. Czy chcesz teraz przetestować kalkulator objętości rur? To kolejne narzędzie, które uwzględnia ciecze przepływające przez rury.

FAQs

Jak obliczyć przepływ grawitacyjny przez rurę?

Najpierw użyj równania Hazena-Williamsa, aby znaleźć prędkość płynu: v = k ⋅ C ⋅ R^0,63 ⋅ S^0,54. W tym równaniu k wynosi 0,849 w przypadku jednostek metrycznych lub 1,318 w przypadku jednostek imperialnych, C to współczynnik chropowatości materiału rury, R to promień hydrauliczny (pole przekroju podzielone przez obwód), a S to nachylenie rury.

Następnie możesz obliczyć objętość płynu, która przepływa przez rurę na sekundę, mnożąc v przez pole przekroju poprzecznego rury.

Czy natężenie przepływu zmienia się w zależności od średnicy rury?

Tak, ponieważ przepływ jest bezpośrednio związany z polem przekroju rury. Gdy pole przekroju wzrasta (czyli — gdy zwiększa się średnica rury), zwiększa się również przepływ. Analogicznie, gdy średnica maleje, natężenie przepływu maleje.

Jak obliczyć objętościowe natężenie przepływu w rurze?

Pomnóż szybkość cieczy przepływającej przez rurę przez pole przekroju poprzecznego rury.

Jaki jest współczynnik chropowatości rury z tworzywa sztucznego?

Dla typowej rury z tworzywa sztucznego współczynnik chropowatości wynosi 150. Im wyższy współczynnik chropowatości, tym szybszy będzie przepływ grawitacyjny przez rurę.