Thủy lực và đường ống
Máy tính tổn thất cột áp Hazen-Williams
Phương trình Hazen-Williams là phương pháp tiêu chuẩn để tính tổn thất ma sát trong đường ống cấp nước và hệ thống phun nước chữa cháy. Nhập lưu lượng tính bằng gpm, đường kính trong tính bằng inch, chiều dài ống và hệ số C.
Công thức
Công thức Hoa Kỳ: hf (ft) = 10.44 × L × Q^1.852 ÷ (C^1.852 × d^4.8655), với L tính bằng ft, Q tính bằng gpm và d tính bằng inch. Tổn thất áp suất (psi) = hf × 0.4335 đối với nước ở khoảng 60 °F. Vận tốc (ft/s) = 0.4085 × Q ÷ d².
Ví dụ minh họa
100 gpm qua 200 ft ống PVC Schedule 40 đường kính 2 in (d = 2.067 in, C = 140): hf = 10.44 × 200 × 100^1.852 ÷ (140^1.852 × 2.067^4.8655) = 32.72 ft, tức 14.18 psi (khoảng 7.1 psi trên mỗi 100 ft). Vận tốc = 0.4085 × 100 ÷ 2.067² = 9.56 ft/s, mức này cao; dùng đường ống 2.5 in sẽ giảm tổn thất đáng kể.
Giả định và giới hạn
- Nước gần nhiệt độ phòng ở trạng thái chảy rối đầy, có áp suất.
- Tổn thất cục bộ do phụ kiện và van không được tính; hãy cộng thêm chiều dài tương đương.
- Các giá trị C điển hình: 150 cho PVC và HDPE, 130 đến 140 cho gang dẻo mới (có lớp lót), 100 cho gang đúc cũ, 120 cho đồng theo NFPA 13.
Câu hỏi thường gặp
Tôi nên dùng hệ số C nào?
NFPA 13 quy định hệ số 150 đối với ống nhựa, 140 đối với gang dẻo lót xi măng, 120 đối với thép đen trong hệ thống ướt và 150 đối với đồng. Ống không lót cũ đang sử dụng có thể là 100 hoặc thấp hơn.
Hazen-Williams hay Darcy-Weisbach?
Hazen-Williams mang tính thực nghiệm và chỉ đúng với nước ở nhiệt độ thông thường. Darcy-Weisbach dùng được cho mọi chất lỏng và chính xác hơn ngoài khoảng nhiệt độ đó.
Vận tốc 9.6 ft/s có quá cao không?
Nhiều nhà thiết kế giữ tốc độ dòng trong đường cấp nước và đường phân phối dưới khoảng 5 đến 8 ft/s để hạn chế tiếng ồn, tổn thất áp lực và hiện tượng búa nước.