Здравствуйте! Сам не нашел подходящие ур-я чтобы посчитать, может у кого на памяти? Задачка такая: Имеются три трубы одинаковой длинны но с неравномерными диаметрами по всей длинне, вопрос - в приведенном рисунке у какой трубы будет в "здании" создаватся больший поток воздуха ч-з трубу и большее разрежение, если в здании температура + 20 градусов, а на улице - 20 ? интуитивно понятно что в третей, но как расчитать не нашел, может плохо искал

МСС я уже совсем забыл, но рискну предположить, что в первой. Во-первых, меньше завихрений, во-вторых, воздух меньше остывает на улице, следовательно разница давлений выше.

думаю, что в 3-ем случае. количество вытекаемого воздуха пропорционально средней площади сечения трубы.

количество вытекаемого воздуха пропорционально средней площади сечения трубы.

Между нами говоря, при заданной разнице давлений поток через трубу пропорционален четвертой степени ее радиуса или второй степени площади сечения.

Тоже считаю верным третий вариант.

Ох! Поскольку задачка все-таки по моей специальности, попробую ответить.
Если это задачка из задачника, то в ней предполагается простое решение. Наверное, оно такое: нижняя часть (нижние 2.5 м) у всех труб одинаковая, поэтому ее можно исключить из рассмотрения. Остается вопрос: при равной разности температур и равной разности высот через какую трубу поток будет больше: через узкую (1), через узкую с последующим расширением (2) или через широкую (3). Дальше идет то, что говорит Owen: единственная формула для расчета расхода, которую знает широкая общественность --- это формула Пуазейля, которая говорит, что расход пропорционален четвертой степени радиуса. Вывод --- третья труба круче всех. Вторую отвергаем потому, что сразу после расширения в ней образуются два вихря с противоположным направлением вращения, которые создают т.н. угловые рециркуляционные зоны, скорость течения в которых очень мала. Т.е. расширение есть, но дополнительная ширина трубы для прокачки газа используется неэффективно.
Итак, мы получили качественный, видимо, правильный ответ. Количественный будет неправилен совсем. Формула Пуазейля --- это точное решение уравнений Навье-Стокса для течения несжимаемой жидкости по круглой трубе под действием заданной разности давлений при малых числах Рейнольдса (Re<<1). А тут у нас движущей силой является не заданная разность давлений, а естественная конвекция в поле силы тяжести, жидкость сжимаемая, иначе никакой конвекции бы не было, труба рассматривается с расширением, а числа Рейнольдса настолько велики, что течение, скорее всего, будет турбулентным. Собственно, турбулентным оно будет даже не по числу Рейнольдса (роль вязкости), а по числу Рэлея (роль конвекции). Чтобы оценивать такое количественно, у инженеров-аэродинамиков есть эмпирические формулы, в которых должен фигурировать скоростной напор (или коэффициент гидравлического сопротивления трубы) при конвекции в такой геометрии в зависимости от числа Рэлея и геометрических параметров трубы. Геометрия тут простая, ее наверняка кто-то промерил и саппроксимировал. А у аэродинамиков-ученых есть достаточно сложные численные методы, которые позволяют дня за два-три счета получить ответ, исходя из самой системы уравнений с какой-нибудь моделью турбулентности. Два-три дня --- это на персоналке в осесимметричной постановке. Параллелить тут трудно: это медленное течение, для его расчета нужно использовать неявную схему, а они плохо параллелятся. Но это я уже увлекся.

Сообщение отредактировал Winnie-the - 13.11.2010, 15:38

Дальше идет то, что говорит Owen: единственная формула для расчета расхода, которую знает широкая общественность --- это формула Пуазейля

Стыдно признаться, никогда не знал, что это формула Пуазейля. В школьные олимпиадные годы решал задачку просто такую, ответ запомнил =)

Сообщение отредактировал Owen - 13.11.2010, 16:23

Ничего страшного, фокус в том, что гидродинамику на ФФ в общих курсах сейчас преподают только на 5 курсе, когда это никому уже не надо. А скоро и это перестанут делать. Удивительно, что вы хоть эту вещь знаете, большинство наверняка знает максимум формулу Стокса для сопротивления сферы, которую довольно необоснованно используют при выводе формулы Эйнштейна для броуновского движения.

Поток пропорционален четвертой степени радиуса, понятно, но если усовершенствовать вторую трубу, устранив вихревые потоки плавным перевернутым соплом и несколько увеличив радиус большей трубы до 700 мм и "опустив начало расширения на 50 см, то будет ли вторая труба близка по производительности с третей?

Беда в том, что он пропорционален четвертой степени радиуса в совсем другой задаче при совсем других Рейнольдсах. Если расширение будет происходить вне здания, а не внутри, то думаю, что даже радикальное расширение широкой части второй трубы вам особо ничего не даст. Расширить ее до бесконечности --- это все равно, что обрезать по длине --- выход в атмосферу просто произойдет раньше, но на расходе это заметно не скажется. Поскольку мы предполагаем течение стационарным (ну, в среднем стационарным, т.к. турбулентности там будет выше крыши), то поток массы через любое сечение трубы должен быть одинаковым. Соответственно, то, что вы делаете с верхней частью трубы, не сильно сказывается на расходе, если вы не меняете нижнюю. Если вы верхнюю, например, плавно сузите, то там увеличится скорость, а расход останется прежним --- на этом основано сопло Лаваля, например. Но, строго говоря, это все считать нужно. Хотя бы в каком-то Fluentе или ANSYSе. Или искать аппроксимирующую формулу в справочниках для инженеров. Или искать человека с опытом проектирования таких конструкций. А вы, никак, печку класть собрались?

Да просто одни очень умные редиски при монтаже отопления поставили трубу d-140 мм и длинной 6 м на дымоход, печ-котел цельнометалический, и хотелось бы увеличить тягу радикально не изменяя конструкции, по их расчетам на площадь колосниковой зоны (зоны горения) 35х40 см нужна именно труба данного диаметра, и длины, печь топится углем, причем качество угля не всегда хорошее, убедить их поставить трубу "с запасом" отвергается, так-же поставить принудительный отвод газов есть еще нюансы, но о них в другой теме

Возможно, две сферические поверхности ( выпуклостями навстречу ) на срезе трубы слегка сконцентрируют ветер любого направления и создадут небольшой подсос. Чтобы не увеличивать сопротивление, в верхней сфере тоже надо сделать отверстие.
Но лучше поставить вращаемую ветром турбину , которая бы отсасывала воздух из печки.

На верхней части многих стальных труб видел винтовые ребра . Для прочности они бы нужнее внизу, может быть они направляют ветер вдоль оси трубы?

Скорее, они закручивают поток, который идет по трубе. Иногда (например, для полного сжигания топлива в горелках и камерах сгорания реактивных двигателей) нужно создать зоны с малой, а то и обратной) скоростью потока (рециркуляционные зоны). Для этого используются завихрители, которые могут выглядеть как винтовые ребра. Тягу это не увеличивает.

Но, эти ребра на наружной поверхности, угол подъема винта градусов 45. ширина ребер 10 - 15 см. С одной стороны трубы они должны отклонять ветер вниз с другой вверх и это должно усилить тягу.

Я думал, с внутренней

имхо зависит от температуры сильно, когда останкинская телебашня горела - там была такая тяга в стволе телебашни, что разогревалось все до 800 градусов... при большой разнице температур форма трубы уже не должна иметь какого-либо значения

вот нашел книжку, и реально температура там входит в у-е на 40 странице

Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод) Энергия Ленинград 1977

http://yandex.ru/yandsearch?text=%D0%90%D1...977+&lr=213

Сообщение отредактировал vilfred - 23.11.2010, 13:07

спасибо

при пожаре в останкинской телебашне люди в лифт сели и вниз поехали и в разгар пожара оный лифт остановился и все 6 человек там просто поджарились да и все, из-за тяги в этой лифтовой шахте, а тяга обусловлена, как мне кажется, именно разницей температур

Сообщение отредактировал vilfred - 21.12.2010, 6:49

Так было раньше, при дешевых дровах (энергоносителях) . В старых печных книжках писали, что температура на входе в трубу должна быть не менее 400 градусов. Это создает прекрасную тягу, но и тепло улетает , жалко . Хочется иметь хорошую тягу при температуре газов градусов 50. В широкой трубе будут большие потери тепла, поэтому нужна узкая, но с какими-то штучками для усиления тяги.

Вот в чем задача. Посчитать бы что выгоднее, спускать тепло в трубу по-старинке, или поставить вентилятор и выталкивать холодные газы?

Может сначала так: что обеспечит бОльшую скорость движения газов по вертикальной трубе разумной длины
- вентилятор с оптимизированными лопастями или нагреватель воздуха такой же мощности , поставленный внизу трубы?

А чем будут дышать в помещении, если вентилятор принудительной тяги отключится вместе с электричеством или тупо сломается? Угарным газом?
Тогда уж детектор СО ставить (кстати, вообще осмысленная штука, вне зависимости от типа трубы, обычную иногда по дури тоже закрывают раньше времени).

Не совсем оффтоп, ибо сам как-то столкнулся со случаем, когда люди искренне верили в то, что баня топится по схеме "затопили, дождались прогорания дров до толстого слоя углей, закрыли задвижку, вышли, подождали пока остынет". Правда, удивлялись тому, что голова после бани болит.