Течение в трубах изогнутых



• Обратная связь
• ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
• Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение
• Как определить диапазон голоса — ваш вокал
• Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими
• Целительная привычка
• Как самому избавиться от обидчивости
• Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам
• Тренинг уверенности в себе
• Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком»
• Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

1. Как научиться брать на себя ответственность
2. Зачем нужны границы в отношениях с детьми?
3. Световозвращающие элементы на детской одежде
4. Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия
5. Как слышать голос Бога
6. Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)
7. Глава 3. Завет мужчины с женщиной
8. 

Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

• 
  Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.
• 
  Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.
• Режимы течения жидкостей в трубах. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПОДОБИЕ
• Опыты показывают, что возможны два режима или два вида течения жидкостей (а также газов) в трубах: ламинарное и тур­булентное

Ламинарное течение — это слоистое течение без перемешива­ния частиц жидкости и без пульсаций скорости. При таком течении все линии тока вполне определяются формой русла, по которому течет жидкость.

При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллель­но оси трубы, т. е.

прямолинейны; отсутствуют поперечные пере­мещения частиц жидкости, а потому не происходит перемешивания жидкости в процессе ее течения Пьезометр, присоединенный к трубе с установившимся ламинарным течением, показывает неизмен­ность давления (и скорости) по времени, отсутствие колебаний (пульсаций). Таким образом, ламинарное течение является вполне упорядоченным и при постоянном напоре строго установившимся течением (хотя в общем случае может быть и неустановившимся)

Однако ламинарное течение нельзя считать безвихревым, так как в нем хотя и нет ярко выраженных вихрей, но одновременно с поступательным движением имеет место упорядоченное враща­тельное движение отдельных частиц жидкости вокруг своих мгно­венных центров с вполне определенными угловыми скоростями.

Турбулентное течение — это течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости и пульсациями скоростей и давлений. При турбулентном течении линии тока лишь примерно определяются формой русла.

Движение отдельных частиц оказы­вается неупорядоченным, траектории подчас имеют вид замысловатых кривых.

Объясняется это тем, что при турбулентном течении наряду с основным продольным перемещением жидкости вдоль русла имеют место поперечные перемещения и вращательное дви­жение отдельных объемов жидкости.

Смена режима течения данной жидкости в трубе происходит при определенной скорости течения, которую называют критиче­ской. Как показывают опыты, значение этой скорости прямо пропорционально кинематическому коэффициенту вязкости и обратно пропорционально диаметру трубы, т. е.

Оказывается, что входящий сюда безразмерный коэффициент пропорциональности k имеет универсальное значение, т. е. одинаков для всех жидкостей и газов и любых диаметров труб. Это означает, что смена режима течения происходит при впол­не определенном соотношении между скоростью, диаметром и вяз­костью, равном

Это безразмерное число называется критическим числом Pейнольдса по имени английского ученого, который установил этот критерий, и обозначается

Как показывают опыты, критическое число Рейнольдса прибли­зительно равно 2300.

Однако можно говорить не только о критическом числе Reкр, соответствующем смене режима, но и о фактическом числе Рей­нольдса для того или иного потока и выражать его через факти­ческую скорость, т. е.

Таким образом, мы получаем критерий, позволяющий судить о режиме течения жидкости в трубе. При значениях числа RеRекр течение обычно турбулентное.

Зная скорость течения жидкости, диаметр трубы и вязкость жидкости, можно расчетным путем определить режим течения жид­кости, что очень важно для последующих гидравлических расчетов.

Ламинарные течения на практике встречаются в тех случаях, когда по трубам движутся весьма вязкие жидкости, например, сма­зочные масла, глицериновые смеси и др.

Турбулентное течение обычно имеет место в водопроводах, а также в трубах, по которым движутся бензин, керосин, спирты и кислоты. Таким образом, на самолете приходится сталкиваться как с ламинарным, так и с турбулентным режимами течения жид­костей в трубах; в самолетных маслосистемах и гидропередачах режим течения чаще всего ламинарный, а в топливных системах — турбулентный.

Смена режимов течения при достижении числа Rекр объясняет­ся тем, что один режим течения теряет устойчивость, а другой ее приобретает. При ReReкp, наоборот, турбулентный режим устойчив, а лами­нарный — неустойчив.

В связи с этим критическое число Reкp, соответствующее пере­ходу от ламинарного режима к турбулентному, может получиться несколько больше, чем Reкp для обратного перехода.

В особых ла­бораторных условиях при полном отсутствии факторов, способст­вующих турбулизации потока, удается получить ламинарный ре­жим при числах Re, значительно больших Reкp.

Однако в этих случаях ламинарное течение оказывается настолько неустойчивым, что достаточно, например, небольшого толчка, чтобы ламинарный поток быстро превратился в турбулентный.

На практике, особенно в самолетных трубопроводах, мы обычно имеем условия, способ­ствующие турбулизации, — вибрация труб, местные гидравлические сопротивления, неравномерность (пульсации) расхода и пр., а по­тому указанное обстоятельство имеет в гидравлике скорее прин­ципиальное значение, чем практическое.

Точнее говоря, вполне развитое турбулентное течение в трубах устанавли­вается при Re> Re’кp=4000, а при Re=2300—4000 имеет место переходная, кри­тическая область.

Вопрос об устойчивости ламинарного режима течения и о ме­ханизме турбулизации теоретически пока еще полностью не решен. Но исследования показывают, что в данном сечении цилиндрической трубы турбулизации способствуют такие факторы, как рас­стояние от стенки, величина скорости и ее поперечного градиента du/dy.

Наибольшее расстояние от стенки и наибольшая скорость имеют место в центре потока, но там равен нулю градиент. У стенки, наоборот, градиент скорости наибольший, а скорость и расстояние у наименьшие или даже равны нулю.

Поэтому на­чальная турбулизация ламинарного потока в прямой трубе посто­янного сечения начинается где-то в промежутке между осью трубы и стенкой, но все же ближе к стенке.

В трубах переменного сечения турбулизация потока происхо­дит не так, как в цилиндрической трубе. В расширяющихся тру­бах наблюдается замедление течения, усиливается тенденция к поперечному перемешиванию и значение Reкp уменьшается. В су­жающихся трубах происходит ускорение течения и выравнивание скоростей по сечению, тенденция к перемешиванию уменьшается, а значение Reкp увеличивается.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПОДОБИЕ

Полученное в предыдущем параграфе число Рейнольдса имеет большое значение в гидравлике, а также в аэродинамике, так как является одним из основных критериев гидродинамического подо­бия. Гидродинамическое подобие — это подобие потоков несжимаемой жидкости, включающее в себя подобие геометрическое, кине­матическое и динамическое.

Геометрическое подобие, как известно из геометрии, означает пропорциональность сходственных размеров и равенство соответствующих углов. В гидравлике под геометрическим подоби­ем мы будем понимать подобие тех поверхностей, которые ограни­чивают потоки жидкостей, т. е. подобие русел (рис. 40).

Кинематическое подобие — это подобие линий тока и пропорциональность сходственных скоростей. Очевидно, что для кинематического подобия потоков требуется геометрическое подо­бие русел.

Динамическое подобие означает пропорциональность сил, действующих на сходственные элементы кинематически подоб­ных потоков и равенство углов, характеризующих направление этих сил.

В потоках жидкостей обычно действуют разные силы — давле­ния, вязкости (трения), тяжести и др. Соблюдение пропорциональ­ности всех этих разнородных сил означает так называемое полное гидродинамическое подобие.

Например, пропорциональность сил давления Р и сил трения Т, действующих на сходственные объемы в потоках / и //, можно написать в виде

Осуществление на практике полного гидродинамического подо­бия оказывается весьма затруднительным, поэтому обычно имеют дело с частичным (неполным) подобием, при котором наблюдается пропорциональность лишь главных, основных сил. Для напорных те­чений в закрытых руслах, т. е.

для потоков в трубах, в гидравли­ческих машинах и т. п., такими главными силами, как показывают расчеты, являются силы давления, трения и их равнодействующие, т. е. силы инерции.

Последние, как это можно показать для подоб­ных потоков, пропорциональны произведению динамического давления ru2/2 на характерную площадь S.

1. Для геометрически и кинематически подоб­ных потоков и сходственных частиц можно записать:
2. Для подобных потоков / и // будем иметь
3. или
4. Последнее отношение, одинаковое для подобных потоков, назы­вается числом Ньютона и обозначается Ne.

Заметим попутно, что этому же произведению ru2срS в подоб­ных потоках пропорциональны силы, с которыми поток воздей­ствует (или способен воздействовать) на преграды: твердые стенки, лопасти гидромашин, обтекаемые потоком тела и т. п.

Так, например, если поток жидкости наталкивается на безграничную стенку (см. рис. 41), установленную нормально к нему, и в резуль­тате, растекаясь по стенке, меняет свое направление на 90°, то на основании теоремы механики о количестве движения секундный импульс силы равен

Это и есть сила воздействия на преграду. При другом угле уста­новки стенки или другой ее форме и размерах вместо единицы будет другой коэффициент пропорциональности.

Вначале рассмотрим наиболее простой случай — напорное дви­жение идеальной жидкости, т. е. такое движение, при котором отсутствуют силы вязкости, а действие силы тяжести проявляется через давление.

Для этого случая уравнение Бернулли для сечений 1—1 и 2—2 (см. рис. 40) имеет следующий вид:

• или

Для двух геометрически подобных по­токов правая часть уравнения имеет одно и то же значение: следовательно, левая часть тоже одинакова, т. е. разности давлений пропорциональны динамическим явлениям:

Таким образом, при напорном движении идеальной несжимае­мой жидкости для обеспечения гидродинамического подобия достаточно одного геометрического подобия.

Безразмерная величина, представляющая собой отношение разности давлений к динамическому давлению (или разности пьезометрических высот к скорост­ной высоте), называется коэффициентом давления или числом Эйлера и обозначается Еu.

Посмотрим, какому условию должны удовлетворять те же гео­метрически и кинематически подобные потоки, для того чтобы было обеспечено их гидродинамическое подобие при наличии сил вяз­кости, а следовательно, и потерь энергии, т. е. при каком условии числа Ей будут одинаковыми для этих напорных потоков.

1. Уравнение Бернулли теперь будет иметь следующий вид:
2. или

Как видно из уравнения (5.

6), числа Еu будут иметь одинако­вые значения для рассматриваемых потоков и потоки будут по­добны друг другу гидродинамически при условии равенства коэф­фициентов сопротивления z, (равенство коэффициентов a1 и a2 для сходственных сечений двух потоков следует из их кинематического подобия). Таким образом, коэффициенты z в подобных потоках должны быть одинаковыми, а это значит, что потери напора для сходственных участков (см. рис. 40) пропорциональны скоростным напорам, т. е.

• Рассмотрим очень важный в гидравлике случай движения жид­кости — движение с трением в цилиндрической трубе, для кото­рого
• Для геометрически подобных потоков отношение l/d одинаково, следовательно, условием гидродинамического подобия в данном случае является одинаковое значение для этих потоков коэффи­циента l. Последний на основании формулы выражается через напряжение трения на стенке tо и динамическое давление следующим образом:
• Следовательно, для двух подобных потоков I и II можно запи­сать

т. е. напряжения трения пропорциональны динамическим давле­ниям.

1. Условие динамического подобия по­токов:
2. или, переходя к обратным величинам,
3. В этом заключается закон подобия Рейнольдса, который можно сформулировать следующим образом: для гидродинамиче­ского подобия геометрически подобных потоков с учетом сил вязкости требуется равенство чи­сел Рейнольдса, подсчитанных для любой пары сходственных сечений этих потоков.

Число Re есть величина, пропорциональная отношению динамиче­ского давления к напряжению трения или, что то же самое, от­ношению сил инерции к силам вязкости. Чем больше скорость и поперечные размеры потока и чем меньше вязкость жидкости, тем больше число Re. Для потока идеальной жидкости число Re бесконечно велико, так как вязкость n=0.

В случаях безнапорных течений под действием разности нивелирных высот вопрос о подобии осложняется, так как приходится вводить еще один критерий подобия — число Фруда, учиты­вающее влияние на движение жидкости силы тяжести. Однако для подавляющего большинства интересующих нас задач в области авиационной техники этот критерий не имеет значения, и мы его рассматривать не будем.

Итак, в подобных потоках, мы имеем равенство безразмерных коэффициентов и чисел a, z, l, Eu, Ne, Re и некоторых других, которые будут введены и рассмотрены ниже.

Изменение числа Re означает, что меняется соотношение основных сил в потоке, в связи с чем указанные коэффициенты могут также меняться.

Поэтому все эти коэффициенты в общем случае следует рассматривать как функции числа Re (хотя в некоторых интервалах числа Re они могут оставаться постоянными).

Теплоотдача при течении жидкости в трубах

Гидродинамические условия развития процесса. При вынужденном движении жидкости внутри трубы различают два режима течения: ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим наблюдается при малых скоростях движения жидкости.

При скоростях потока, больших некоторого значения wкр, режим течения переходит в турбулентный. Для различных жидкостей и трубопроводов критическая скорость различна. Режим течения жидкости определяется по значению числа . Если Re меньше критического Reкр, то режим течения ламинарный. При движении жидкости в трубах . Развитый турбулентный режим течения устанавливается при значениях . Диапазон изменения Re от 2·103 до 1·104 соответствует переходному режиму течения.

Для ламинарного изотермического режима характерно параболическое распределение скоростей по сечению (рис. 2-14, а)

Рисунок 2.14 – Распределение скоростей по сечению при ламинарном (а) и турбулентном (б) режимах движения жидкости в трубе

Для развитого турбулентного режима движения жидкости распределение скорости по сечению трубы имеет вид усеченной параболы (рис. 2-14, б). Вблизи стенки трубы кривая изменяется резко, а в средней части сечения — турбулентном ядре потока — полого. Максимальная скорость наблюдается также на оси трубы.

Отношение средней скорости к максимальной является функцией числа Re.

Приведенные закономерности распределения скоростей по сечению трубы справедливы лишь для так называемого гидродинамически стабилизированного движения.

Рисунок 2.15 – Распределение скоростей по сечению при ламинарном (а)

и турбулентном (б) режимах движения жидкости в трубе

Стабилизация наступает не сразу, а на некотором расстоянии от входа в трубу. Процесс стабилизации профиля скоростей происходит следующим образом. Вблизи входного сечения на поверхности трубы образуется гидродинамический пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается по мере увеличения расстояния от входа в трубу.

На некотором расстоянии от входа в трубу происходит смыкание слоев и течение приобретает стабилизированный характер. На рис. 2.15 схематически показано такое развитие процесса.

Если число Рейнольдса меньше критического, то на всем протяжении гидродинамического начального участка стабилизации течение в пограничном слое имеет ламинарный характер (рис. 2.14, а).

Когда Re>Reкp, вблизи входного сечения сначала формируется ламинарный пограничный слой, который затем переходит в турбулентный, и после смыкания турбулентных пограничных слоев устанавливается стабилизированное турбулентное течение жидкости (рис. 2.14, б). При этом у самой поверхности сохраняется тонкий ламинарный подслой.

Длина гидродинамического начального участка стабилизации потока при ламинарном режиме определяется соотношением

т. е. значение lн тем больше, чем выше число .

При турбулентном течении величина lн слабо зависит от Re и равна

Следует отметить, что указанная картина течения может измениться под воздействием ряда факторов. К их числу можно отнести, изменение начального профиля скорости по сравнению с описанным выше, изменение условий входа жидкости в трубу и возможная существенная турбулизация потока и др.

Теплоотдача.развитие процесса теплоотдачи внутри труб вначале происходит качественно так же, как и при ламинарном пограничном слое на пластине (см. раздел 2.5.1).

Около поверхности трубы образуется тепловой пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается в направлении движения потока. На некотором расстоянии от входа трубы lн.т.

тепловые пограничные слои смыкаются, и в процессе теплообмена участвует далее весь поток жидкости. Протяженность начального теплового участка при tc = const равна

а при qc = const

.

Обычно на практике ламинарный режим встречается при течении достаточно вязких теплоносителей, таких как различные масла, для которых значения Рr обычно значительно превышают единицу. В этих условиях длина теплового начального участка стабилизации lн.т. оказывается достаточно большой. Так, например, если Re = 200 и Рr = 500, то .

Значения и характер изменения локального коэффициента теплоотдачи по длине трубы зависят от целого ряда факторов, таких как профиль температуры жидкости на входе, начальный профиль скорости и условия входа жидкости в трубу, характер изменения температуры стенки по длине трубы.

На рис. 2-16а показано изменение локального и среднего коэффициентов теплоотдачи по длине трубы в случае, если на начальном участке имеется неизменный режим течения. Максимальная теплоотдача достигается на передней кромке трубы.

Далее происходит падение локального коэффициента теплоотдачи до тех пор, пока тепловые пограничные слои не смыкаются. После этого локальный коэффициент теплоотдачи принимает постоянное значение.

Из графика видно, что расстояние, на котором происходит стабилизация средних коэффициентов теплоотдачи, всегда больше расстояния, соответствующего стабилизации локальных коэффициентов теплоотдачи.

В случае же, когда на начальном участке изменяется режим течения, описанная выше картина дополняется скачком теплоотдачи в области смены режима течения пограничного слоя (Рис. 2.16,б). После этого происходит некоторое снижение теплоотдачи и далее стабилизация.

Рис. 2.16.- Изменение местного и среднего коэффициентов теплоотдачи по длине трубы

• а- неизменный режим течения; б- смешанное течение
• Рисунок 2.17 – Распределение скоростей по сечению при неизотермическом ламинарном течении жидкости в трубе
• 1 – при изотермическом течении; 2 – при охлаждении; 3 – при нагревании

Изменение температуры по сечению трубы приводит к изменению вязкости, причем, чем больше перепады температур, тем сильнее меняются вязкость и другие физические параметры (теплопроводность, теплоемкость) по сечению трубы. В зависимости от направления теплового потока изменение профиля скорости оказывается различным (рис. 2.17).

При охлаждении жидкости ее температура у стенки ниже, а вязкость выше, чем в ядре потока. Поэтому по сравнению с изотермическим течением (1) в этих условиях скорость движения жидкости у стенки ниже, а в ядре потока выше (2).

При нагревании жидкости, наоборот, скорость течения жидкости у стенки выше, а в ядре потока ниже (3).

Изменение вязкости приводит к изменению профиля поля скорости, что в свою очередь отражается на интенсивности теплообмена. Влияние данного фактора на теплоотдачу учитывается введением в уравнения подобия отношения , называемого поправкой Михеева. Следует особо отметить, что Prc означает, что чиcло Прандтля берется для теплоносителя при температуре стенки.

1. при ламинарном режиме течения жидкости в трубах расчет среднего коэффициента теплоотдачи при и может проводиться по формуле
2. (2-16)
3. где ; ; ;
4. ;

При турбулентном режиме движения перенос теплоты внутри жидкости осуществляется в основном путем перемешивания. При этом процесс перемешивания протекает настолько интенсивно, что по сечению ядра потока температура жидкости практически постоянна. Резкое изменение температуры наблюдается лишь внутри тонкого слоя у поверхности.

• На основе анализа и обобщения результатов многочисленных исследований для расчета средней теплоотдачи установлена зависимость [62]
• (2-17)
• при и
• определяющая температура — средняя по сечению температура жидкости , характерный линейный размер — эквивалентный диаметр dэк:
• где f — площадь поперечного сечения канала; u — полный периметр канала.
• Для труб круглого сечения эквивалентный диаметр равен геометрическому.

Коэффициент учитывает изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы. Если , то . При необходимо учитывать влияние теплового начального участка. Значения приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Значения зависимости при турбулентном режиме

1·104	1,65	1,50	1,34	1,23	1,17	1,13	1,07	1,03
2·104	1,51	1,40	1,27	1,18	1,13	1,10	1,05	1,02
5·104	1,34	1,27	1,18	1,13	1,10	1,08	1,04	1,02
1·105	1,28	1,22	1,15	1,10	1,08	1,06	1,03	1,02
1·106	1,14	1,11	1,08	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01

Для воздуха (или двухатомных газов) соотношение (2-17) упрощается (так как и ) и принимает вид:

(2-18)

Наконец, следует отметить, что при движении жидкости в изогнутых трубах (лабиринтных каналах, коленах, змеевиках ит.д.) неизбежно возникает центробежный эффект (Рис. 2.18 и 2.19 ) […]. Поток жидкости отжимается к внешней стенке, и в поперечном сечении возникает так называемая вторичная циркуляция.

С увеличением радиуса кривизны R влияние центробежного эффекта уменьшается, и в пределе при (прямая труба) оно совсем исчезает.

Вследствие возрастания скорости и вторичной циркуляции и как следствие этого увеличения турбулентности потока значение среднего коэффициента теплоотдачи в изогнутых трубах выше, чем в прямых.

Рис. 2.18 — Визуализация течения жидкости

1. в лабиринтном канале [ фЕД]
2. Рис 2.19 — Течение в изогнутом канале
3. Расчет теплоотдачи в изогнутых трубах производится по формулам для прямой трубы с последующим введением в качестве сомножителя поправочного коэффициента , который для змеевиковых труб определяется соотношением
4. (2-19)
5. где R — радиус змеевика; d — диаметр трубы.

В змеевиках действие центробежного эффекта на интенсификацию теплоотдачи распространяется на всю длину трубы. В поворотах же и отводах центробежное действие имеет лишь местный характер, но его влияние распространяется и дальше. За счет увеличения турбулентности потока в последующем за поворотом прямом участке трубы теплоотдача всегда несколько выше, чем в прямом участке до поворота.

Зачем в канализации фановые трубы | Компания Серво-Юг

Отвод сточных вод в многоэтажных и частных домах производится с помощью канализационной системы, которая направляет их централизованную сеть или автономное очистное сооружение.

Когда стоки под воздействием силы тяжести направляются вниз, создает разрежение, которое затягивает воду из раковин и унитазов. Образуется воздушное пространство, вследствие чего в комнаты поступает неприятных запах. Для предотвращения этого, создают вентиляцию.

Основное назначение фановой трубы в канализационной системе заключается в предупреждении разреженного пространства, вода остается в сифоне и создает барьер для распространения запаха.

Согласно СНиП, вентиляция не является обязательной в зданиях не выше 2 этажей, при небольшом количестве установленной сантехники или малом объеме бытовых стоков за единицу времени.

Принцип работы фановой трубы

Монтаж фанового стояка обязательный, если поток стоков полностью перекрывает диаметр канализационной трубы, а также при наличии в здании бассейна или подключении канализации к очистной станции закрытого типа.

Этот элемент относится к газоотводящему оборудованию и предназначен для отвода газа и запахов. Кроме того, он стабилизирует давление в системе, предотвращает срыв гидрозатворов, играет роль звукоизоляции при движении стоков.

Функционирование фановой трубы основано на принципе разницы давления во внутреннем пространстве и на улице. Газы, которые образуются в результате распада органики, направляются вверх. Поскольку конструкцией сифона предусмотрен гидрозатвор, они выходят через вентиляцию.

В частном доме или двухэтажном коттедже такая система нужна, если:

• на каждом этаже есть туалет и ванная комната;
• диаметр сточного трубопровода составляет меньше 11 см;
• к канализационной магистрали подключен бассейн или ванная с гидромассажем;
• расстояние внешнего трубопровода от дома до септика меньше 8 метров;
• сточный трубопровод имеет неправильный уклон.

Материалы и диаметры фановых труб

Фановый стояк – важный элемент системы канализации, который изготавливают из аналогичного материала. Чаще всего, устанавливают системы из:

• чугуна – прочные, рассчитанные на длительную эксплуатацию, но достаточно тяжелые и склонные к быстрому засорению;
• пластика – легкие, недорогие, простые в монтаже, на внутренней поверхности не образуются наросты загрязнений.

Чугунные трубопроводы можно встретить в старых постройках, новые системы прокладывают из полимерных изделий – поливинилхлорида или полипропилена. К их преимущественным характеристикам относится:

• стойкость к воздействию агрессивной среды;
• возможность жесткого закрепления;
• устойчивость к механическим и вибрационным нагрузкам.

Лучше, чтобы основная магистраль и вентиляция были выполнены из одинакового материала. Если материал разный, то для соединения используют переходники.

Трубы могут быть жесткими или гофрированными. Для прямолинейных конструкций лучше всего использовать жесткий вид, для изогнутых – гофрированный.

В зависимости от установки различают такие типы конструкций:

• Вертикальная – используется в двухэтажных коттеджах с двумя и более санузлами. Она хорошо защищает от неприятных запахов.
• Угловая – применяется, если нужно сделать разветвление или обустроить нестандартную систему.
• Прямая – устанавливается перпендикулярно относительно унитаза, монтаж фановой трубы такого типа производится в многоэтажных домах.

Диаметр вентиляционных труб регламентируется и составляет 110 мм, независимо от материала. Он не должен быть меньше, чем размер канализационного стояка между этажами, в который будет производиться врезка. Для унитаза этот элемент должен быть на 4 см больше диаметра слива.

Важно соблюдать рекомендуемые параметры, чтобы чрезмерное давление потока не вывело из строя систему. Также следует соблюдать правила монтажа.

Начало коммуникаций должно находится в отапливаемом помещении, конец – в прохладном. Разница температуры будет создавать необходимое давление в системе. Нельзя совмещать выход стояка с дымоходной трубой или вентсистемой. Его устраивают над кровлей, на высоте 4 метра и на безопасном расстоянии от окон, лоджий и балконов.

Насколько была полезна статья?

Получите брошюру:

16 пунктов для выбора лучшего
септика и компании для монтажа

Получить брошюру

Критериальные уравнения теплообмена: расчет теплоотдачи в трубах и каналах

Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах и каналах

• Теплоотдача в трубах и каналах может происходить при вынужденном или свободном характере конвекционных потоков (возможны также их сочетания в случае существенного влияния гравитационных сил).
• При вынужденном течении (вынужденная конвекция) жидкость нагнетается или отводится под действием сил внешнего давления, например, ветра, насоса или вентилятора.
• Свободное течение жидкости происходит под действием подъемных (гравитационных) сил за счет изменения ее плотности из-за разницы температуры – слой жидкости с меньшей плотностью стремиться занять верхнее положение относительно холодного слоя (свободная или естественная конвекция).
• Интенсивность теплоотдачи, как при вынужденной, так и при свободной конвекции характеризуется коэффициентом теплоотдачи α, имеющим размерность Вт/(м2·град), который определяется по формуле:
• Nu – число Нуссельта; λ – коэффициент теплопроводности жидкости при средней температуре, Вт/(м·град);
• d – эквивалентный диаметр, равный
• F – площадь сечения канала, м2; П – периметр канала, м.
• Для трубы круглого сечения, эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы.
• В целом, расчет коэффициента теплоотдачи сводится к определению числа Нуссельта, значение которого задается соответствующими критериальными уравнениями конвективного теплообмена, зависящими от режима течения жидкости и формы канала.
• Течение жидкости в трубах определяется значением числа Рейнольдса Re и в зависимости от его величины может быть ламинарным, переходным или турбулентным.

• Ламинарный режим течения жидкости характеризуется величиной числа Re до 2300.
• При значении числа Re от 2300 до 10000 режим течения в трубах является переходным.
• Турбулентный режим течения в трубах наблюдается при числах Re более 10000.

1. Число (критерий) Рейнольдса представляет собой безразмерный комплекс, связывающий скоростные и вязкостные характеристики жидкости с определяющим размером канала (для трубы – это ее диаметр).
2. Число Re определяется по формуле:
3. w – скорость течения жидкости, м/с; d – эквивалентный диаметр канала, м; ν — кинематическая вязкость жидкости при средней температуре, м2/с.

Теплоотдача в трубах и каналах существенно зависит от режима течения жидкости. При ламинарном режиме интенсивность теплоотдачи значительно меньше, чем при развитом турбулентном.

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах

Ламинарный режим течения жидкости обычно характеризуется низкой скоростью потока. При этом в некоторых случаях влиянием конвекции, обусловленной действием гравитационных сил, пренебрегать нельзя.

Для выбора правильного критериального уравнения теплообмена и оценки влияния естественной конвекции на интенсивность теплопередачи при ламинарном режиме служит критерий Грасгофа Gr.

• g – ускорение свободного падения, м/с2;
• β – температурный коэффициент объемного расширения, град-1;
• d – эквивалентный диаметр канала, м;
• ν — кинематическая вязкость жидкости при средней температуре, м2/с;
• Δt – средняя разность температур жидкости и стенки, °С.
• Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах с учетом естественной конвекции. Если величина комплекса GrPr превышает 8·105, то расчет коэффициента теплоотдачи необходимо проводить с учетом влияния естественной конвекции в потоке жидкости по следующему критериальному уравнению:

1. Индекс «ж» означает, что свойства среды, входящие в критерии подобия Re, Pr и Gr берутся при средней температуре жидкости.
2. Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки.
3. εL – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине трубы или канала. Его можно определить с помощью таблицы:

Значения коэффициента εL при ламинарном режиме

L/d
1
2
5
10
15
20
30
40
50

εL	1,9	1,7	1,44	1,28	1,18	1,13	1,05	1,02	1

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах без учета естественной конвекции. При значении GrPr50, то коэффициент εL=1.

1. Выполним расчет числа Нуссельта по приведенному критериальному уравнению:
2. 5. Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы по формуле:
3. Выполним расчет:
4. Таким образом, средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы составляет 14,65 кВт/(м2·град).

Теплоотдача при свободной конвекции в трубах и каналах

Теплообмен при свободном движении жидкости (или газа) происходит вследствие разности плотностей нагретых и холодных ее слоев. Интенсивность теплоотдачи жидкости в трубах и каналах при свободной конвекции существенно зависит от их положения в пространстве относительно силы тяжести.

Теплоотдача при свободной конвекции имеет различный характер в случаях свободного течения в неограниченном пространстве и теплообмена в ограниченном объеме (в узкой трубе или канале).

Свободная конвекция в неограниченном пространстве

Конвекция в неограниченном пространстве протекает, например при охлаждении трубопровода центрального отопления, расположенного на улице в безветренную погоду, вблизи от которого отсутствуют препятствия для движения воздушных потоков.

Горизонтальный канал или труба. Интенсивность теплоотдачи при свободной конвекции зависит от величины комплекса GrPr. При значении GrPr от 103 до 109 критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу от поверхности горизонтальных труб и каналов, имеет вид:

• В качестве определяющего размера принимается наружный диаметр d канала или трубы.
• Вертикальный канал (труба, пластина). Для вертикальных труб и каналов при значении GrPr от 103 до 109 критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу, имеет вид:
• При GrPr>109:

Примечание: В приведенных критериальных уравнениях теплообмена свойства жидкости, входящие в числа Gr и Pr, определяются при температуре окружающей среды. Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки. В качестве определяющего размера принимается длина L (высота) вертикально стоящей трубы или канала.

Свободная конвекция в ограниченном объеме

Теплообмен жидкости в ограниченном объеме при свободной конвекции характеризуется совместным протеканием процессов нагрева и охлаждения соседних слоев жидкости (или газа). Эти процессы сопровождаются сложным течением нисходящих и восходящих потоков, зависящих от рода жидкости, разницы температуры, формы канала и его геометрических размеров.

1. Для упрощения расчета таких сложных процессов конвективного теплообмена принято рассматривать их, как явление теплопроводности в щели толщиной δ с учетом понятия эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк.
2. Эквивалентный коэффициент теплопроводности определяется по формуле:
3. Q — количество переданного тепла, Вт; δ — толщина слоя жидкости (или газа), м; F — площадь теплоотдающей поверхности, м2; Δt=tc1-tc2 — температурный напор между нагретой и холодной стенками, °С.
4. Отношение эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк к величине теплопроводности окружающей жидкости при средней температуре называется коэффициентом конвекции εк, который определяется значением комплекса GrPr.
5. При малых значениях комплекса GrPr