Чи можливий скільки-небудь простий розрахунок витрати води по діаметру труби? Або єдиний спосіб - звертатися до фахівців, попередньо зобразивши докладну карту всіх водопроводів в окрузі?

Адже гідродинамічні розрахунки вкрай складні

Для чого це потрібно?
1. При самостійному розрахунку водопровідних систем.
Якщо планується будувати великий будинок з кількома гостьовими ваннами, міні - готель, продумувати систему пожежогасіння - бажано знати, яка кількість води може поставити труба заданого діаметра при певному тиску.
Адже значне падіння напору в піках споживання води навряд чи порадує мешканців. Та й слабка цівка води з пожежного шланга швидше за все буде марна.

2. У відсутність водолічильників комунальні служби зазвичай виставляють рахунок організаціям «по прохідності труби».
Як будь-які розумні люди, ми схильні рахувати гроші. Якщо платимо - то хочемо знати, за що і за якими тарифами, чи не так?
Зверніть увагу: другий сценарій не зачіпає квартири і приватні будинки. Якщо ні водолічильників, комунальники беруть оплату за воду згідно санітарних норм. Для сучасних упорядкованих будинків це не більше ніж 360 літрів на людину на добу.

Фактори, що впливають на прохідність труби
Що впливає на максимальний витрата води в трубі круглого перерізу?

Очевидна відповідь
Здоровий глузд підказує, що відповідь має бути дуже простим. Є труба для водопроводу. У ній отвір. Чим воно більше - чим більше води через нього пройде за одиницю часу. Ах, вибачте, ще тиск.

Очевидно, що стовп води в 10 сантиметрів буде продавлювати через сантиметрове отвір менше води, ніж водяний стовп заввишки з десятиповерховий будинок.
Значить, від внутрішнього перерізу труби і від тиску у водопроводі, так?

Правильна відповідь
Ні. Ці фактори на витрату впливають, але вони - лише початок довгого списку. Розраховувати витрата води по діаметру труби і тиску в ній - це все одно, що розраховувати траєкторію летить на Місяць ракети, виходячи з відомого положення нашого супутника.
Якщо не врахувати обертання Землі, рух Місяця по власній орбіті, опір атмосфери і гравітацію небесних тіл - чи наш космічний корабель потрапить хоч приблизно в потрібну точку простору.

На те, скільки води виллється з труби діаметром x при тиску в трасі y, впливають не тільки ці два чинники, але ще й:
• Протяжність труби. Чим вона довша - тим сильніше тертя води об стінки уповільнює потік води в ній. Так, на воду біля самого торця труби впливає лише тиск у ній, але ж такі обсяги води повинні зайняти її місце. А водопровідна труба гальмує їх, і ще як.
• Діаметр труби впливає на витрату води куди складніше, ніж підказує «здоровий глузд». Для труб малого діаметра опір стінок руху потоку куди більше, ніж для товстих труб.
Причина - в тому, що тим менше труба, тим менш вигідно в ній з точки зору швидкості потоку води співвідношення внутрішнього об'єму та площі поверхні при фіксованій довжині.
Простіше кажучи, по товстій трубі воді легше рухатися, ніж по тонкій.
• Матеріал стінок - ще один найважливіший фактор, від якого залежить швидкість руху води. Якщо по гладкому поліпропілену вода ковзає, як частина філе незграбною дами по тротуару в ожеледь, то шорстка сталь створює куди більший опір потоку.
• Вік труби теж дуже сильно впливає на прохідність труби. Сталеві водопровідні труби іржавіють, крім того, сталь і чавун з роками експлуатації заростають вапняними відкладеннями.
Заросла труба надає куди більший опір потоку (опір полірованої нової сталевої труби та іржавою відрізняються в 200 разів!). Мало того - ділянки всередині труби внаслідок заростання зменшують свій просвіт; навіть в ідеальних умовах через зарослу трубу пройде куди менше води.

Зверніть увагу: стан поверхні пластикових і металополімерних труб з часом не погіршується. Через 20 років труба буде чинити такий же опір потоку води, як і в момент монтажу.
• Нарешті, будь-який поворот, перехід діаметра, різноманітна запірна арматура і фітинги - все це теж гальмує потік води.
Ах, якби наведеними вище факторами можна було знехтувати! Однак мова йде не про відхилення в межах похибки, а про різницю в рази.
Все це приводить нас до сумного висновку: простий розрахунок витрати води через трубу неможливий.

Промінь світла в темному царстві
У разі витрати води через кран, однак, завдання може бути різко спрощена. Основна умова простого розрахунку: отвір, через який вода виливається, має бути пренебрежимо мало в порівнянні з діаметром підвідної воду труби.
Тоді діє закон Торрічеллі: v ^ 2 = 2gh, де v - швидкість витікання з малого отвору, g - прискорення вільного падіння, а h - висота водяного стовпа, який стоїть над отвором. При цьому через отвір з перетином s за одиницю часу буде проходити об'єм рідини s * v.

Не забудьте: перетин отвору - це не діаметр, це площа, рівна pi * r ^ 2.
Для стовпа води 10 метрів (що відповідає надмірному тиску в одну атмосферу) і отвори діаметром 0,01 метр розрахунок буде таким:
v ^ 2 = 2 * 9.78 * 10 = 195,6
Витягуємо квадратний корінь і отримуємо v = 13,98570698963767. Для простоти розрахунків округлимо значення швидкості потоку до 14 м / с.
Перетин отвору діаметром 0,01 м одно 3,14159265 * 0,01 ^ 2 = 0,000314159265 м2.

Таким чином, витрата води через наше отвір буде рівним 0,000314159265 * 14 = +0,00439822971 м3 / с, або трохи менше чотирьох з половиною літрів на секунду.
Як бачите, в цьому варіанті розрахунок не дуже складний.
Крім того, у додатку до статті ви знайдете таблицю витрати води найбільш поширеними сантехнічними приладами з зазначенням мінімального діаметра підведення.

Висновок
Ось коротко і все. Як бачите, універсального простого рішення ми не знайшли, а проте, будемо сподіватися, стаття виявиться корисною вам. Удачи!