Расход и скорость
Расход Q — это объём, проходящий за секунду; скорость v — как быстро движется жидкость. Их связывает площадь сечения трубы A:
Q = A × v, где A = π × d² ÷ 4 для трубы с внутренним диаметром d.
30 л/мин (0,0005 м³/с) в трубе 25 мм: A = π × 0,025² ÷ 4 = 0,000491 м², значит, v = 0,0005 ÷ 0,000491 = 1,02 м/с. Если уменьшить диаметр вдвое, скорость вырастет вчетверо.
Ламинарное или турбулентное
Это определяет число Рейнольдса, Re = ρ × v × d ÷ µ. Ниже примерно 2300 течение ламинарное и плавное; выше примерно 4000 — турбулентное; между ними — переходное. Вода (ρ = 1000 кг/м³, µ = 1 мПа·с) при 1,02 м/с в трубе 25 мм: Re = 1000 × 1,02 × 0,025 ÷ 0,001 = 25 500, полностью турбулентное, как почти любое практическое течение воды.
Потеря давления
Трение о стенку отнимает давление вдоль трубы. Потерю даёт уравнение Дарси — Вейсбаха:
Δp = f × (L ÷ d) × ρ × v² ÷ 2
f — коэффициент трения: 64 ÷ Re для ламинарного течения, а для турбулентного — значение из уравнения Колбрука, зависящее от Re и шероховатости стенки (0,0015 мм для ПВХ и меди, 0,045 мм для стали, 0,26 мм для чугуна). Для примера выше в 20 м трубы из ПВХ f ≈ 0,025 и Δp = 0,025 × (20 ÷ 0,025) × 1000 × 1,02² ÷ 2 ≈ 10 400 Па, около 0,1 бар или 1,06 м напора. Колена, краны и фитинги добавляют ещё, обычно в виде эквивалентной длины трубы.
Выбор диаметра трубы
Трубы водоснабжения обычно рассчитывают на 1–2 м/с: более медленные трубы дороже, более быстрые шумят, изнашивают фитинги и теряют слишком много давления. Во всасывающих линиях скорость держат ниже 1 м/с, чтобы избежать кавитации. Потеря давления растёт как квадрат скорости, поэтому переход на один размер трубы больше часто снижает потерю на две трети.
Калькуляторы
Калькулятор течения в трубе даёт скорость, число Рейнольдса, коэффициент трения и потерю давления по расходу, диаметру, длине и материалу трубы. Калькулятор числа Рейнольдса определяет режим течения отдельно, для любой жидкости.