Гидравлический расчет тепловых сетей

Технология расчета

Общие сведения по гидравлическому расчету трубопроводов

При расчете
трубопроводов рассматривается
установившееся, равномерное напорное
движение любой жидкости, отвечающее
турбулентному режиму, в круглоцилиндрических
трубах. В напорных трубопроводах жидкость
находится под избыточным давлением, а
поперечные сечения их полностью
заполнены. Движение жидкости по
трубопроводу происходит в результате
того, что напор в начале его больше, чем
в конце.

Гидравлический
расчет производится с целью определения
диаметра трубопровода d
при известной
длине для обеспечения пропуска
определенного расхода жидкости Q
или установления
при заданном диаметре и длине необходимого
напора и расхода жидкости. Трубопроводы
в зависимости от длины и схемы их
расположения подразделяются на простые
и сложные. К простым трубопроводам
относятся трубопроводы, не имеющие
ответвлений по длине, с постоянным
одинаковым расходом.

Трубопроводы
состоят из труб одинакового диаметра
по всей длине или из участков труб разных
диаметров и длин. Последний случай
относится к последовательному соединению.

Простые трубопроводы
в зависимости от длины с участком местных
сопротивлений разделяют на короткие и
длинные. Короткими
трубопроводами
являются
трубопроводы с достаточно малой длиной,
в которых местные сопротивления
составляют более 10% гидравлических
потерь по длине. Например, к ним относят:
сифонные трубопроводы, всасывающие
трубы лопастных насосов, дюкеры (напорные
водопроводные трубы под насыпью дороги),
трубопроводы внутри зданий и сооружений
и т.п.

Длинными
трубопроводами
называют
трубопроводы сравнительно большой
длины, в которых потери напора по длине
значительно преобладают над местными
потерями. Местные потери составляют
менее 5

Сложные трубопроводы
имеют по длине различные ответвления,
т.е. трубопровод состоит из сети труб
определенных диаметров и длин. Сложные
трубопроводы подразделяются на
параллельные, тупиковые (разветвленные),
кольцевые (замкнутые) трубопроводы,
которые входят в водопроводную сеть.

Гидравлический
расчет трубопровода сводится, как
правило, к решению трех основных задач:

• определение
  расхода трубопровода Q,
  если известны
  напор H,
  длина l
  и диаметр d
  трубопровода,
  с учетом наличия определенных местных
  сопротивлений или при их отсутствии;

• определение
  потребного напора H,
  необходимого для обеспечения пропуска
  известного расхода Q
  по трубопроводу
  длиной l
  и диаметром d;

• определение
  диаметра трубопровода d
  в случае
  известных величин напора H,
  расхода Q
  и длины l.

О постельном белье

Перед человеком может стать выбор: или поплин, или бязь, или сатин. Что лучше в том случае, когда нужно будет покупать постельное белье? Ведь именно эти материалы используются для его изготовления. Может возникнуть логический вопрос: «В чем же разница, если все эти ткани оказались хлопковыми?». Есть один небольшой нюанс – это особое переплетение нитей каждой из них, что и дает желаемый эффект. Однако стоит сказать и о том, что некоторые хитрые производители постельного белья могут при изготовлении добавлять некие синтетические волокна, которые схожи по своей природе с хлопком

Поэтому при покупке набора постельного белья обязательно нужно обращать внимание на состав (искать надпись «100 % хлопок»), а не полагаться только на свои руки и ощущения

Для чего это нужно знать

Ниже рассмотрим ситуации, когда данные параметры обычно всегда необходимо учитывать в работе:

1. Знание формулы площади будет полезным, когда рассчитывается теплоотдача теплого пола или регистра отопления.Данные можно получить, исходя из общей площади, которая отдает воздуху в помещении тепло от рабочей жидкости определенной температуры.
2. Второй вариант – обратная ситуация, которая встречается также часто. Особенно, если необходимо подсчитать потери тепла по всей протяженности трубопровода к отопительному прибору. При расчете количества и размеров конвекторов, радиаторов и других приборов инструкция требует знать точно, какое количество калорий они смогут выдавать. Данные определяются с учетом площади поверхности трубопровода, транспортирующего воду.

На фото – расчет отопления 1 кв. м площади, исходя от диаметра трубопровода

1. Если вы будете знать, как посчитать площадь поверхности трубы, вы сможете закупить правильное количество теплоизоляции. Очень часто протяженность теплотрассы составляет десятки километров, поэтому точные данные помогут компаниям сохранить внушительные средства.

Калькулятор площади поверхности трубыиз стали для покрасочных работ

1. Еще один момент – затраты на покраску или антикоррозионное покрытие, цена которых иногда внушительна. В данном случае знания позволят точно рассчитать необходимый объем материала. Кроме того, так можно косвенными методами определить нерадивость исполнителей работ, если расходы на 1 м2 поверхности будут существенно возрастать.
2. Расчет площади трубы (сечение) позволит узнать максимальную проходимость изделия. Конечно, можно просто установить сразу заведомо больший диаметр, однако при больших капиталовложениях в строительные объекты данный показатель играет существенную роль в перерасходе средств.

Не стоит также забывать, что когда открывается кран горячего водоснабжения, объем жидкости в водопроводе бесцельно остывает. Большой диаметр трубы аккумулирует большое количество воды, которая в ней будет стоять, поэтому вы потратите больше тепла на нагрев помещения.

Как рассчитать сечение

1. Необходимо высчитать площадь круга и отнять толщину стенок.
2. Формула следующая: S = π(D/2-N)2.D – диаметр, N – толщина стенок.

Для гидравлических расчетов последней и ввели понятие – живое сечение.

Диаметр водопровода должен соответствовать его задачам

Расчет поверхности

Геометрическая задача, с которой вы не раз встречались на уроках, когда нужно было узнать площадь поверхности цилиндра, а, труба – это он и есть. Чтобы узнать нужную цифру необходимо знать длину окружности и высоту цилиндра (в нашем случае длину трубопровода).

Формула длины окружности – L_окр = πD, поверхности – S = πDL, где L–длина трубопровода, а D–его диаметр.

Для окрашивания можно использовать данную формулу напрямую, если же необходимо проводить теплоизоляционные работы, материала понадобиться несколько больше, так как он имеет толщину. К тому же во время процесса минеральная вата укладывается с некоторым перехлестом полотен.

Утепление стальных изделий своими руками

Рассчитываем внутреннюю поверхность

Не специалисты обязательно зададут вопрос – для чего нужно знать данный параметр? Специалисты же ответят – для гидродинамических расчетов, чтобы знать, какая площадь имеет контакт с водой во время движения по трубам.

Внутренняя поверхность пластиковых изделий не зарастает минеральными отложениями

С этим параметром есть несколько связанных нюансов:

Диаметр	Чем он больше, тем меньше шероховатость стенок оказывает влияние на движение рабочей жидкости. Если у трубопровода диаметр большой, а его длина маленькая, сопротивлением трубы можно пренебречь.
Шероховатость	Данный параметр имеет большое значение для гидродинамических расчетов. Например, стальная ржавая внутри водопроводная труба и гладкая полипропиленовая по-разному влияют на скорость рабочей жидкости.
Постоянство внутреннего диаметра	Стальные и чугунные изделия из-за коррозии и минеральных отложений со временем изменяют свою внутреннюю площадь. Из-за этого проход для потока уменьшается.

Коррозия на внутренней поверхности уменьшает проход для рабочей жидкости

Формула расчета при этом будет такой – S=π(D-2N)L, где N–толщина стенки, L–длина трубопровода, D–его диаметр.

Иголка с ниткой

Как изготовить конструкцию вольера для собаки в квартиру своими руками

10 фото идей, как красиво и функционально задействовать угол

Таблица размеров стальных труб – какой бывает диаметр у таких труб

Согласно одной из размерных характеристик, стальные трубы отличаются диаметром, то есть, сечением. Классифицирование их по этому показателю и толщине стенок позволяет создавать проекты и расчеты для транспортировки по трубопроводам какой-либо жидкости. В этой статье попробуем разобраться, какие можно встретить диаметры и размеры металлических труб.

Стандартные диаметры труб и системы их измерения

Применение стандартных сечений труб при создании различных типов трубопроводов в значительной степени упрощает разработку специалистами самих проектов.

До того, как разобраться с тем, какими бывают основные размеры труб, и в каких системах они могут быть использованы, следует подробнее разобраться в ведущих размерных характеристиках.

Стоит отметить, что конкретно по вышеуказанным параметрам определяют диаметры труб согласно ТУ и ГОСТам.

Данные значения предельно важны, ведь для определенного диаметра трубы по ГОСТу можно узнать о соответствующей толщине их стенок.

Классификация диаметров

Рассмотрим разновидности диаметров стальных труб:

1. Условный (Ду, Dy) – является внутренним диаметром трубы (мм), или округленной величиной (в дюймах).
2. Номинальный (Дн, Dn).
3. Внешний диаметр. Определение, как правило, проводится по этому параметру: 5-102 мм – трубы небольшого сечения; 102-426 мм – трубы среднего сечения; 426 мм и более – трубы большого сечения.
4. Внутренний диаметр – также считается важным параметром, который применим и к соединительным фитингам.

Кроме огромнейшего количества предлагаемых стальных труб, которые можно найти в продаже, практически во всех сферах строительства в данное время применяются трубы из различных разновидностей пластика. В связи с этим была подготовлена нормативная документация, среди которой присутствует таблица с диаметрами стальных труб и их соответствия аналогам из полимеров.

Благодаря таким таблицам можно с большой точностью подбирать правильную трубу в процессе проектирования какой-либо транспортной системы.

Системы измерения

Соответствие диаметров труб различных видов в обеих единицах измерения можно найти в соответствующей таблице.

При создании систем водо- и газоснабжения в настоящее время все еще достаточно широко применяются стальные трубы. Сечение таких труб измеряется в дюймах, к примеру: 2,4″ или 4″, или в долях: 1 2/3 или 5/8″. В процессе сборки трубопровода, сечение труб которого отмечается в дюймах, вы будете лишены каких-либо трудностей.

Тем не менее, при возникновении необходимости в смене или установке комбинированных систем (стальные вместе с медными или пластиковыми трубами), для корректного определения нужных параметров специалисту как нельзя лучше поможет таблица размеров стальных труб, то есть их сечений. Данные нормативы содержат метрические величины стальных труб и соответствующие им сечения труб из пластика.

Согласно принятым в подавляющем количестве стран стандартам, внутренний диаметр труб измеряется в миллиметрах. Вместе с тем, широко распространено маркирование труб в дюймах, который принято считать равным 2,54 см.

Монтаж системы подачи воды для жилых сооружений, зачастую, подразумевает использование стальных труб с внутренним сечением 15, 20 или 32 мм.

Трубы больших сечений, изготовленные из стали, и из чугуна (безнапорные), применяемые для обустройства систем канализации, имеют сечение, равное 50/100 мм.

Важность подбора правильного диаметра прокладываемых труб

Благодаря точному номинальному диаметру трубы для монтажа водопровода можно узнать количество транспортируемой воды

В бытовых целях быть осведомленным во всех нюансах, связанных с применяемостью диаметров труб в тех или иных ситуациях – очень важно

К примеру, если возникла надобность в проведении обслуживания системы отопления частного дома, сечение труб определяется так, чтобы зимой прогрев всей территории был одинаковым.

Размеры стальных, алюмопластиковых и ПП труб есть возможность с легкостью высчитать без чьей-либо помощи, и даже не пользуясь таблицами соответствия.

Чтобы определить сечение трубы для применения в отопительных системах, можно воспользоваться формулой, которая расшифровывается, как описано ниже.

• D – внутреннее сечение выбранных труб;
• Q – тепловой поток, выражаемый киловаттами;
• V – скорость теплоносителя, м/с;
• DT – разница температур на обоих концах системы, измеряемая в ℃;
• sqrt – квадратный корень.

Таблица размеров металлических труб очень важна при расчетах сечения стальных труб. Так вы сможете четко оптимизировать вашу работу, в процессе не возникнет непредвиденных нюансов, и вы будете уверены в успешности ее осуществления. К тому же, вы потратите свои средства с умом и сэкономите немало рабочего времени.

Как произвести расчет?

Рассчитываем сечение

Определение сечения трубы является несложной геометрической задачей. Для этого следует для начала воспользоваться формулой площади круга:

Sн= π•Rн^2, (1)

где Rн – наружный радиус трубы, равен половине наружного диаметра.

Таким образом, мы определим площадь круга, образованного наружным диаметром.

Теперь определим площадь круга, образованного внутренним диаметром трубы. Для этого необходимо определить внутренний радиус, который определяется по следующей формуле:

Rвн=Rн-?, (2)

где ? – толщина стенки трубы.

Определив площадь внутреннего круга Sве аналогично формуле (1), рассчитаем площадь сечения по формуле:

Sсеч=Sн ?-S?вн.

Все действия можно свести в упрощенную формулу определения площади сечения:

Sсеч=?•(?D_н/2?^2- ??/2?^2 ).

В качестве примера определим площадь сечения, внешний диаметр которого равен 1 метру, а толщина стенки – 10 мм.

Sсеч=3,14•(?1/2?^2- ?0,01/2?^2 )=0,75 м^2.

Производим расчет площади внешней поверхности

Такой расчет также является геометрической задаче. Если развернуть трубу, то получится прямоугольник. Его ширина равна длине окружности внешней стенки трубы, а длина – длине.

Рассчитать длину окружности можно по следующей формуле:

L=?•D_н.

Тогда площадь развертки трубы будет вычисляться по формуле:

S=?•D_н•L_тр,

где Lтр – длина трубы.

В качестве примера рассчитаем площадь поверхности под окраску теплотрассы, длина которой составляет 10 км, а внешний диаметр – 1 метр.

S=3,13•1•10000=31416 м^2.

Если говорить о количестве теплоизоляционного материала, то при подсчете следует учесть толщину слоя минеральной ваты.

Тогда формула примет вид:

S=?•?(D?_н+?2•??_(в))•L_тр,

где ?_в-толщина слоя минеральной ваты.

В действительности материала для теплоизоляции будет потрачено меньше, так как он накладывается в внахлест.

Производим расчет площади внутренней поверхности

Для начала необходимо определиться, для чего такой расчет следует проводить. Чаще всего он нужен при расчете гидродинамики движения теплоносителя в трубе. Внутренняя поверхность трубы является местом, где вода при её движении соприкасается с трубой. Таким образом, возникает гидравлическое сопротивление, которое необходимо учитывать при расчете сети коммуникации.

Необходимо помнить ряд следующих нюансов:

• При увеличении диаметра трубопровода снижается гидравлическое трение теплоносителя о стенки труб. Поэтому при большом диаметре и длине водопровода гидравлическое сопротивление трубы потоку воды можно не учитывать.
• Качество поверхности, её шероховатость, оказывает большое значение на величину гидравлического сопротивления. При этом такое влияние сильнее, чем зависимость сопротивления от площади поверхности внутренней стенки трубопровода. Так, полиэтиленовая труба обладает меньшей шероховатостью нежели ржавая металлическая. Поэтому величина гидравлического сопротивления в пластиковой трубе будет меньшей.
• Если в качестве материала для изготовления трубы применяется неоцинкованная сталь, то площадь поверхности внутренней стенки меняется во времени. На стенках такого трубопровода постепенно откладываются ржавчина и минеральные отложения. Как результат – происходит уменьшение внутреннего диаметра трубы и увеличение величины гидравлического сопротивления. Такой эффект необходимо учитывать при проектировании водопровода из стали.

Итак, для того чтобы рассчитать площадь поверхности внутренней стенки трубопровода следует воспользоваться следующей формулой:

S=?•?(D?_н-2•?)•L_тр.

В качестве примера рассчитаем трубу, диаметр которой равен одному метру, а толщина стенки – 10 мм.

S=3,14•(1-2•0,01)•10000=30788 м^2.

Заключение

Итак, приведенные в статье расчеты не являются сложными и доступны любому человеку. Они пригодятся при проектировании собственного трубопровода. Чтобы возведенная коммуникация соответствовала ожиданиям о её работоспособности, предложенные расчеты следует производить в обязательном порядке.

Дом в земле: фото

Первоначальные данные и вычисления

Для начала необходимо сказать о том, что сама конструкция изделий подобного типа фактически является цилиндром. Учитывая это, и следует подбирать специальные формулы, которые известны из начального курса геометрии.

Однако стоит отметить, что сортамент труб круглого сечения по ГОСТу довольно разнообразен и при работе с данными это необходимо учитывать.

Формулы

Обычно площадь круга находится с использованием формулы S= π•R 2 .

• В данном случае под литерой R подразумевают радиус самой трубы, а буква π является константой, равной числу 3.14.
• Однако такая формула площади сечения трубы позволяет получить данные с учетом самих стенок, что может пригодиться только для пробоя отверстий прохождения. Для оценки пропускной способности нужны совершенно другие расчеты.

Учитывая все особенности применяемых материалов, следует получить площадь живого сечения трубы, где во внимание принимается и толщина стенок. Выглядит такая формула так: S= π•(D/2-N) 2
В данной ситуации литера D указывает на внешний диаметр изделия, который легко измерить при помощи линейки или посмотрев в спецификацию

Буква же N означает толщину стенки трубы. Именно ее часто определяет сортамент стальных труб круглого сечения, а получить эту величину можно также из спецификации или же при помощи линейки.

Программы

В современном строительстве расчет площади трубы круглого сечения выполняют с использованием специального программного обеспечения. Обычно мастера применяют полноценные калькуляторы, позволяющие получать самые разнообразные данные, где трубам отводится целая система. Однако существуют и программы, разработанные только для получения этих данных.

Большинство таких калькуляторов разработаны для использования на любых платформах, поэтому их можно установить даже на мобильный телефон, чтобы получить возможность узнать сечение трубы для отопления прямо на месте работы, не прибегая к самостоятельному вычислению.

Стоит отметить, что подобного рода софт может разрабатываться самыми разными компаниями. Поэтому прежде чем начинать его использовать стоит убедиться, что в нем применяется метрическая система измерений. В противном случае можно получить момент сопротивления сечения трубы или другие данные в единицах, которые придется дополнительно обрабатывать.

Область использования

Прежде всего, полученные параметры применяют для того, чтобы установить расход воды в трубе круглого сечения

Это очень важно при работе с дорогими жидкостями или газами, для которых и собирается трубопровод

• Считается, что расчет количества воды по сечению трубы самый точный и при известной величине давления можно получить все самые необходимые данные про систему. Это часто используют на производстве и при создании охладительных систем.
• Если система создается своими руками в бытовых целях, то подобные параметры знать совершенно не обязательно. Однако при разветвленном водопроводе такие вычисления могут пригодиться. (См. также статью Разводка труб: особенности.)

• Стоит отметить, что не достаточно знать все необходимые данные, а нужно еще уметь их применять. Поэтому для сложных проектов стоит нанимать специалистов, хотя их цена порой довольно высока.
• Необходимо сказать о том, что в определенных случаях нужно использовать материалы со строго определенной площадью сечения. Этого требует инструкция по монтажу, основываясь на характеристиках точек потребления или необходимых конечных характеристиках всей системы. (См. также статью Система канализации: особенности.)

Расчет веса

С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.

Таблица веса круглых стальных труб

В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.

Таблица веса профилированной трубы квадратного сечения

Расчет диаметра для двухтрубной системы отопления

Считать будем на примере простого дома в два этажа. На каждом из этажей имеем два крыла. В самом доме будет установлена двухтрубная система отопления с такими параметрами:

• в сумме потеря тепла – 36 кВт;
• потеря на 1-ом этаже – 20 кВт;
• потеря на 2-ом – 16 кВт;
• установлены трубы из полипропилена;
• работа системы в режиме 80/60;
• температура – 20 С.

Ниже показана таблица (а) исходя из данных которой, мы будем определять искомый диаметр трубы. В таблице зелёным цветом отмечены ячейки с наилучшей(оптимальной) скоростью движения жидкости.

Считаем.Через участок трубы, которая соединяет первую развилку и котёл, проходит весь объём жидкости, следовательно, и всё тепло, а это 38 кВт. Давайте определим, какую здесь нужно брать трубу.

Берём нашу таблицу, в ней ищем соответствующую строчку, потом идём по зелёным ячейкам и смотри вверх. Что мы видим? А видим мы, что при таких параметрах нам подходит два варианта: 50 и 40 мм. Естественно (об этом писалось выше) выбираем меньший диаметр трубы для отопления дома 40 мм.

Дальше смотрим на развилку, которая разделяет движение теплоносителя на второй и первый этажи (16 и 20 кВт). Опять смотрим значения по таблице и получаем, что в оба направления нужен диаметр трубы 32 мм.

На каждом этаже у нас по два крыла. Контур также разделяется на две ветки. Считаем первый этаж:

20 кВт / 2 = 10 кВт на крыло

Второй этаж по аналогии:

16 кВт / 2 = 8 кВт на каждое крыло

Опять берём нашу таблицу и определяем, что на данных участках нужна труба с сечением 25 мм. Также по таблице хорошо видно, что такой диаметр используем до тех пор, пока нагрузка не упадёт до 5 кВт, потом будем использовать трубы по 20 мм.

Вот таким нехитрым способом мы рассчитали все диаметры трубы для отопления дома нужных нам полипропиленовых труб для двухтрубной системы отопления.

Для обратной подачи воды не нужно рассчитывать ничего, там всё намного проще: всю разводку делаете трубами аналогичного диаметра, что и на прямую подачу. Как видите, ничего сложного нет. Нужна лишь хорошая, подходящая под конкретный случай, таблица.

Некоторые нюансы расчёта диаметра для металлических труб

Но вот на протяжённых системах может случиться так, что самые последние в цепи обогревательные элементы будут холодными или слегка тёплыми. Это тоже следствие неправильного выбора диаметра трубы. К счастью, потери тепла легко можно рассчитать:

q = k * 3,14 * (tв-tп)
q — потери тепла на 1 метр (Вт/с);
k – коэффициент теплопередачи (Вт * м/с);
tв — температура горячей подаваемой воды (С);
tп — температура окружающей среды (С).

Возьмём трубу диаметром 40 мм. Допустим стенка будет толщиной в 1.4 мм. Материал – сталь. Рассчитаем:

q = 0,272 * 3,15 * ( 80 – 22 ) = 49 Вт/с

Вот и ещё одно доказательство того, почему нужно брать диаметр трубы для отопления дома с меньшим диаметром. Ведь ясно, что чем более толстая труба, тем намного больше мы потеряем тепла.

А в данном примере мы получили потери в практически 50 Вт на 1 метр расстояния. И если система довольно протяжённая, то можно потерять всё тепло.

Но не расстраивайтесь! Такие точные расчёты нужны только для многоэтажных жилых домов. Для индивидуальных систем отопления всё проще: расчёты округляют в большую сторону и этим получают определённый запас.