Kalkulator przepływu przez rurę
Oblicz natężenie przepływu w rurze z Δp lub stratą wysokości. Darcy–Weisbach, Hazen–Williams, Colebrook, przykłady, tabele, FAQ.
- Bez rejestracji
- Szybkie działanie
- Operacje w pamięci
Zero back-endu, 100% lokalnie.
Kalkulator przepływu przez rurę
Oblicza przepływ objętościowy przez prosty odcinek rury na podstawie spadku ciśnienia ΔP lub strat wysokości Δh. Metody: Darcy–Weisbach (dla dowolnego cieczy przy zadanych ρ i μ) oraz Hazen–Williams (woda). Uwzględnia straty miejscowe K.
Kalkulator przepływu przez rurę – dokładne obliczenia Q dla różnych metod i mediów
To narzędzie wyznacza natężenie przepływu w przewodach ciśnieniowych na podstawie spadku ciśnienia lub ekwiwalentnej straty wysokości. Wspiera metody Darcy–Weisbach i Hazen–Williams, liczy liczbę Reynoldsa, prędkość przepływu oraz konwertuje wynik na m³/s, m³/h, L/s, L/min, GPM US i GPM UK. Interfejs wykorzystuje etykiety znane z szablonu Blade, takie jak Spadek ciśnienia Δp (dp_value, dp_unit), Strata wysokości hf (dh_value), Średnica wewnętrzna D (D_value, D_unit), Długość rurociągu L (L), Suma strat miejscowych KΣ (Ksum), Gęstość ρ (rho), Lepkość dynamiczna μ (mu), Chropowatość ε (eps_preset, eps_value) oraz współczynnik Hazen–Williams C (C).
Wybierasz Metoda obliczeń (method) i pracujesz w dwóch scenariuszach: zadany spadek ciśnienia Δp albo zadana strata wysokości hf. Kalkulator wykorzystuje średnicę wewnętrzną rury D, długość odcinka L, ewentualnie chropowatość bezwzględną ε oraz sumę współczynników strat miejscowych KΣ. Wynikiem są Q, v i Re, a także zestaw przeliczeń jednostek.
Wzory i teoria
1. Podstawy energii przepływu
Równanie Darcy–Weisbach łączy straty liniowe ze współczynnikiem tarcia f i liczbą Reynoldsa:
h_f = f · (L/D) · (v² / 2g)
Spadek ciśnienia związany z tą stratą opisuje zależność:
Δp = ρ · g · h_f
Straty miejscowe modelujemy przez sumaryczny współczynnik KΣ:
h_m = K_Σ · (v² / 2g)
Całkowita strata energii: h = h_f + h_m. To pozwala powiązać Q, v i znane parametry instalacji.
2. Prędkość i natężenie
Prędkość v i natężenie Q łączy prosta geometria przekroju kołowego:
A = π · D² / 4v = Q / A
W praktyce obliczeniowej znajdujemy v i Q rozwiązując układ ze stratami, a następnie liczymy Re:
Re = (ρ · v · D) / μ
3. Współczynnik tarcia f
Laminarne (Re < 2300):
f = 64 / Re
Burzliwe (Re ≥ 2300): rekomendowane przybliżenia jawne lub iteracyjne:
Colebrook–White (iteracyjne):
1/√f = −2 · log10( (ε/(3.7D)) + (2.51/(Re √f)) )
Swamee–Jain (jawne, szybkie):
f = 0.25 / [ log10( (ε/(3.7D)) + (5.74 / Re^0.9) ) ]^2
Kalkulator używa eps_preset lub wartości własnej eps_value, aby ocenić chropowatość i dobrać f.
4. Hazen–Williams dla wody
Dla wody w zakresie typowych temperatur stosuje się wzór empiryczny Hazen–Williams, użyteczny do szybkich szacunków:
Q = 0.278 · C · D^2.63 · S^0.54
gdzie S = h / L to spadek hydrauliczny, C to współczynnik chropowatości materiału rury, a D w metrach. Metoda nie wymaga ρ ani μ, ale jest ograniczona do wody i określonych warunków.
5. Jednostki wyjściowe i konwersje
- Q w m³/s, m³/h, L/s, L/min, GPM US, GPM UK
- v w m/s
- Re bezwymiarowa
- Δp w Pa, kPa, bar
- h w metrach słupa cieczy
Kalkulator generuje zestawienie wszystkich typowych jednostek, aby ułatwić porównania projektowe i weryfikację istniejących linii.
Przykłady
Przykład 1 – Darcy–Weisbach z Δp i stratami miejscowymi
Parametry wejściowe:
- dp_value = 45 kPa
- D_value = 0.05 m
- L = 60 m
- Ksum = 2.0
- rho = 998 kg/m³
- mu = 1.0e-3 Pa·s
- eps_value = 0.000045 m (stal)
- g = 9.81 m/s²
Algorytm dobiera f iteracyjnie lub przez Swamee–Jain, wyznacza v z równania sumy strat h = h_f + h_m, a następnie Q i Re. Otrzymujemy przepływ rzędu kilku m³/h i prędkość poniżej 2 m/s, co mieści się w typowych zaleceniach eksploatacyjnych dla wielu instalacji wodnych.
Przykład 2 – Hazen–Williams dla wody
Parametry wejściowe:
- dh_value = 6.0 m
- D_value = 0.1 m
- L</-li> = 120 m
- C = 130 (PVC)
Liczymy spadek hydrauliczny S = h / L = 6/120 = 0.05, następnie:
Q = 0.278 · 130 · 0.1^2.63 · 0.05^0.54
Po przeliczeniu na m³/h i L/s otrzymujemy wartości przydatne doborowo. Metoda jest szybka, ale ograniczona materiałowo i do wody.
Tabele pomocnicze
| Materiał rury | ε [mm] | Notatka |
|---|---|---|
| Stal węglowa nowa | 0.045 | Przyjmowana w wielu katalogach jako punkt wyjścia |
| Żeliwo | 0.26 | Duża chropowatość, rosnące straty |
| PVC | 0.0015 | Gładka ścianka, mniejsze straty |
| PE-HD | 0.007 | Niska chropowatość, stabilne parametry |
| Stal ocynkowana | 0.15 | Wyższe opory niż stal czarna |
Prędkość zalecana w rurociągach wody
| Typ instalacji | Zakres v [m/s] | Uwagi |
|---|---|---|
| Dystrybucja budynkowa | 0.6 – 1.5 | Komfort akustyczny i mniejsze uderzenia hydrauliczne |
| Magistrale | 1.0 – 2.5 | Bilans strat ciśnienia i średnicy |
| Układy technologiczne | 0.5 – 3.0 | Zależne od medium i wymagań procesu |
Zastosowanie pól formularza (Blade)
Etykiety i modele
- Metoda (method): Darcy–Weisbach lub Hazen–Williams
- Spadek ciśnienia Δp (dp_value, dp_unit) lub Strata wysokości h (dh_value)
- Średnica wewnętrzna D (D_value, D_unit)
- Długość L (L)
- KΣ (Ksum)
- Chropowatość ε z presetów (eps_preset) albo własna (eps_value)
- Gęstość ρ (rho) i Lepkość μ (mu) dla Darcy–Weisbach
- Stała g (g) dla przeliczeń energii
- C Hazen–Williams (C) przy metodzie empirycznej
Wyniki
- Q_m3s, Q_m3h, Q_Ls, Q_Lmin, Q_GPM_US, Q_GPM_UK
- v – prędkość w przewodzie
- Re – liczba Reynoldsa
Jak używać kalkulatora
- Wybierz Metoda (method) zgodnie z medium i danymi. Dla cieczy o znanej ρ i μ użyj Darcy–Weisbach. Dla szybkich szacunków wody możesz wybrać Hazen–Williams.
- Wprowadź Δp (dp_value, dp_unit) albo h (dh_value). Jeśli podajesz Δp, kalkulator przeliczy go na stratę wysokości przez h = Δp/(ρg).
- Podaj D (D_value, D_unit) oraz L (L), a także KΣ (Ksum) dla strat miejscowych.
- Określ ε z presetów (eps_preset) albo wpisz eps_value. Dla Hazen–Williams ustaw współczynnik C.
- Wprowadź parametry medium: ρ (rho) i μ (mu), a także g jeśli chcesz użyć innej wartości niż 9.81.
- Uruchom obliczenia i odczytaj Q, v, Re oraz zestaw konwersji jednostek.
Wskazówki projektowe
Dobór średnicy a prędkość
Zbyt mała średnica podnosi prędkość i straty. Zbyt duża zwiększa koszt i bezwładność medium. Zazwyczaj dąży się do prędkości z tabel zaleceń. Jeśli wynik v przekracza zakres, rozważ korektę D lub redukcję KΣ.
Chropowatość i starzenie instalacji
Wartość ε rośnie w czasie przez korozję, osady i erozję. W projektach długoterminowych przyjmij zapas na wzrost strat. W eksploatacji porównuj obliczenia do pomiarów i koryguj model.
Reżim przepływu
Laminarne przepływy są przewidywalne, ale w praktyce instalacje wodne zazwyczaj pracują burzliwie. Sprawdzenie Re jest konieczne, bo od tego zależy sposób wyznaczenia f i wiarygodność przybliżeń.
FAQ
Kiedy używać Hazen–Williams zamiast Darcy–Weisbach?
Hazen–Williams jest szybki i praktyczny dla wody w typowych temperaturach i materiałach sieciowych. Dla innych cieczy, zmiennych właściwości lub dokładnych analiz stosuj Darcy–Weisbach.
Jak uwzględnić straty miejscowe?
Zsumuj współczynniki oporów dla kolan, trójników, zaworów do KΣ. Kalkulator doda h_m = K_Σ · v²/(2g) do strat liniowych.
Co wybrać jako chropowatość ε?
Skorzystaj z eps_preset dla typowych materiałów albo podaj eps_value z danych producenta. Dla analizy starzenia uwzględnij większą ε.
Jaka jest dopuszczalna prędkość w instalacji?
Zależy od celu układu. Dla budynkowych instalacji wody często 0.6–1.5 m/s, dla magistral 1–2.5 m/s. Sprawdź normy i zalecenia branżowe.
Czy kalkulator obsługuje różne jednostki Δp i D?
Tak. Pola dp_unit i D_unit pozwalają wprowadzić spadek ciśnienia i średnicę we właściwych jednostkach. Wyniki Q są automatycznie przeliczane.
Jak interpretować liczbę Reynoldsa?
Re < 2300 laminarne, 2300–4000 przejściowe, powyżej burzliwe. W obszarze przejściowym wyniki mogą wymagać ostrożności i dodatkowych sprawdzeń.
Podsumowanie
Kalkulator przepływu przez rurę łączy klasyczne równania strat energii z praktycznymi presetami chropowatości i pełnym pakietem konwersji jednostek. Wprowadzasz Δp lub h, średnicę, długość i chropowatość, a narzędzie wyznacza Q, v oraz Re. Dla wody możesz użyć modelu Hazen–Williams, a dla płynów technicznych i wysokiej precyzji wybierz Darcy–Weisbach z wyznaczaniem f metodą Colebrooka lub Swamee–Jaina. To szybka weryfikacja projektowa i kontrola działania istniejących rurociągów.