Fizika: Mennyi víz folyik ki egy csövön adott nyomáson?
Nehéz a címbe a teljes problémát leírni, úgyhogy most leírom:
Valaki megtudná mondani nekem, hogy mennyi víz folyik ki egy adott átmérőjű csőnyíláson ha adott a víz nyomása?
Például vegyünk egy 25 mm átmérőjű csövet amiből a víz 9 bar nyomással lép ki, hány liter víz folyik ki a cső végén mondjuk másodpercenként vagy percenként vagy óránként?
Egy mellék kérdés: leszámítva áramlástani veszteségeket, a kijövő víz mennyisége egyenes arányban van a nyomással vagy ha nem, akkor milyen arányban?
itt elég jól leírja a dolgokat: [link]
Mivel magyarul nem találtam kiírom a lényeget: A Q vízhozam Q = (R^4 * pí) / (8 * éta * L) * delta(P), ahol R a cső sugara, éta a víz viszkozitása, L a cső hossza, delta(P) pedig a nyomáskülönbség a cső két vége között. A te általad megadott adatok, szerintem nem elegek.
A mellékes kérdés pedig látszódik a fenti egyenletből: a vízhozam arányos a nyomáskülönbséggel.
Köszönöm a gyors válaszod! Nekem az angol nem probléma, így megérteni sem a képletet, viszont Excelbe betettem a képletet és valami nem stimmel mert 9 bar víznyomásnál egy 1 colos csövön 1,8 m3 víz folyik ki másodpercenként, ami lehetetlen.
Ide feltettem a számítást egy fotón is és Excelben is:
A víz viszkozitását szintén a Wikipediából vettem:
"Dynamic viscosity μ
For example, water at 20 °C has a viscosity of 1.002 mPa·s = 1.002 cP."
Legjobb tudásom szerint minden értéket azonos nagyságrendű mértékegységre váltottam át, hogy a képlet működjön.
Érzésem alapján csak néhány (1-10) liter víz folyik ki egy 1 colos csőnyíláson 9 bar nyomáson
Rá tudsz jönni, hogy mit szúrtam mégis el?
Azért nem stimmel, mert a Te eseted a tipikus példája annak, hogy a Hagen–Poiseuille törvény (egyenlet) hol NEM alkalmazható!!!
Lásd a wikis linken az 1. szakasz végén: "The equation fails ..."
(Éppen hogy nagyon kicsi a viszkozitás, és turbulens áramlás lesz!)
Azaz, a Qmax= ... Bernoulli törvényt kellene alkalmaznod.
Ez is több vízhozamot ad, mint várnád, mert a nagy nyomás és vízsebesség miatt nagy lesz a csősúrlódási veszteség.
A mellék kérdésre: a ***nyomás négyzetgyökével lesz arányos a vízhozam.
***Nyomás alatt a bemenő nyomás, és a nyomás-veszteség (csősúrlódási veszteség) különbségét kell érteni.
"A mellék kérdésre: a ***nyomás négyzetgyökével lesz arányos a vízhozam. "
Tehát ha két nyomás érték között akarunk hozam értéket becsülni illetve érzékeltetni...
...akkor egy példával illusztrálva ha a 3 és a 9 bar közötti hozam különbségre vagyunk kíváncsiak
a 3 négyzetgyöke 1,73
a 9 négyzetgyöke 3
tehát százalékosan nézve 9 bar alatt csak 1,7-szer több víz folyik ki mint 3 bar alatt?
és azért nem 3-szor vagy közel 3-szor annyi mert ilyen nagyban befolyásolja hozamot a súrlódási veszteség?
Konkrét számokkal: ha 9 bar nyomáson 100 liter folyik ki akkor 3 báron csak 58 liter...hihetetlen.
Viszont lehet, hogy a fenti elméletem teljesen rosz mert...
"***Nyomás alatt a bemenő nyomás, és a nyomás-veszteség (csősúrlódási veszteség) különbségét kell érteni."
Én idáig a nyomás különbség alatt az értettem, hogy 9 bar van a cső rendszerben (pl. a közüzemi vízhálózatban) és ahol eltört a cső, ott pedig 0 (nulla) tehát a kilépő ponton a különbség 9 bar. Ha ez egy hibás elmélet részemről, megmagyaráznád nekem a fenti mondatod?
"és azért nem 3-szor vagy közel 3-szor annyi mert ilyen nagyban befolyásolja hozamot a súrlódási veszteség?"
Nem, annak hogy 3-szor akkora nyomás √3=1.73-szor akkora hozamot ad (elméletileg), annak nincs köze a súrlódási veszteséghez, hanem azért van, mert a nyomással egyenes arányban nő az energia, a sebességgel(=hozammal) pedig négyzetesen: E=1/2*m*v^2
"9 bar van a cső rendszerben (pl. a közüzemi vízhálózatban) és ahol eltört a cső, ott pedig 0 (nulla)"
Ezt én sem értem: a közüzemi vízhálózat nem 25 mm-es csövekkel dolgozik, hanem több száz mm-esekkel.
Másképp: ahol 25 mm-es cső van, ott nincs 9 bar, ahol 9 bar van, ott nincs 25 mm-es cső.
Ha te rácsatlakozol 9 barra egy 6 m-es 25 mm-es csővel, annak végén már csak töredéke lesz a nyomás, az óriási súrlódási veszteség miatt.
Én csak példaként hoztam fel a 3 és 9 báros variációt, hogy megértsem, hogy hogyan lehetne kiszámolni hogy mennyivel több víz folyik el egy adott cső kimenetén ha képletben megnöveljük a nyomást, minden más változatlan.
"Ez is több vízhozamot ad, mint várnád, mert a nagy nyomás és vízsebesség miatt nagy lesz a csősúrlódási veszteség."
Tehát a Bernoulli egyenlet sem az ideális képlet számításokra?
Visszatérve a közműhálózatra, miért ne lehetne egy vízóra aknában akár 9 bár a víz nyomása ha történetesen a víztározó történetesen 90 méter magasan, valahol a közeli hegyekben van?
A végén kezdeném: nyomáscsökkentőt alkalmaznak.
"Nyomáscsökkentő beépítésével védjük a szerelvényeinket és berendezési tárgyainkat."
"Tehát a Bernoulli egyenlet sem az ideális képlet számításokra?"
Nem "ideális", mert nem 0 a víz viszkozitása, - de nagyon kicsi,- így ez a képlet nagyon jó eredményt ad, de ha csővezeték van, akkor a Bernoulli egyenlettel nincs vége a számításnak.
Egy példán keresztül hátha jobban megérted:
9 bar van a közüzemi vízhálózatban és egy 25 mm-es lyukon/csapon jön ki a víz.
A Bernoulli egyenlet szerint kb. 42.4 m/s sebességgel kb. 20.8 l/s víz jön ki. Itt nem számoltunk idom-veszteséggel stb., tehát kialakítástól függően valszeg csak 16-18 l/s lenne.
Ha egy 6 m-es 25 mm-es csővel csatlakozunk, annak végén már csak 19.8 m/s lenne a vízsebesség, azaz kevesebb mint a fele lenne a vízhozam, (közepes, lambda=0.015-tel számolva,)
a nagy csősurlódási veszteség miatt, amit a szokásosnál 1 nagyságrenddel nagyobb vízsebesség okoz (szintén idom-veszteség nélkül).
Nagyon köszönöm a részletes válaszaid, most már látom a fényt az alagút végén de még bent vagyok az alagútban. :)
Most hogy már megírtad nekem, hogy pl 9 bar nyomáson mennyi víz áramlik ki egy 25 mm-es csövön, gondoltam megpróbálok rájönni, hogy milyen egyenlettel számoltad ezt ki a digitális tankönyv segítségével, de elvesztem.
A Bernoulli egyenletben a sebesség liter/sec.-ban van meghatározva, a veszteség oldalán pedig m/sec.-ben, a "p" az egy konstans de elfelejtik oda írni, hogy mi az értéke, szóval melyik az az egyenlet amivel a vízhozamot ki lehet számolni?
És csak puszta kíváncsiságból megkérdezhetem, hogy hétközben ezt te tanítod vagy csinálod? Úgy értem, hogy valahol ilyesmit tanítasz, vagy mérnökként dolgozol valahol ebben a témában?
Fejlemény: Sikerült a Bernoulli egyenletet alkalmaznom, Excel kódolással:
SQRT(19,62*h) ahol 2g=19,62 és ahol h= a vízoszlop magasságával
és így 20,6 liter/s jött ki 9 bárra és 11,9 liter/s 3 bárra.
Tehát 3-szor nagyobb nyomáson nem 3-szor annyi víz folyik ki hanem kb. csak kétszer annyi és akkor ebbe még nincs a cső hossza és a súrlódás bekalkulálva. Ez meglepő eredmény számomra.
Kapcsolódó kérdések:
Minden jog fenntartva © 2024, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!