حاسبة تدفق المياه داخل الأنابيب
احسب التدفق أو السرعة أو القطر المطلوب لأنبوب دائري ممتلئ — مع التحويل بين كل الوحدات.
العلاقة الحاكمة بسيطة: التدفق = مساحة المقطع × متوسط السرعة. القطر وحده لا يكفي أبداً — هو يحدد المساحة فقط، ويلزم معه السرعة (أو التدفق) لاكتمال الصورة. أدخل القطر الداخلي الفعلي (وليس الخارجي ولا رقم DN الاسمي) وستحصل على النتيجة فوراً بكل الوحدات.
من القطر الداخلي ومتوسط السرعة تحصل على التدفق، ومن التدفق والقطر تحصل على السرعة، ومن التدفق والسرعة تحصل على القطر النظري — مع شرح العلاقة Q=A·v ومقارنة تفاعلية بين الأقطار.
خطوات الحساب
—
- لأنبوب دائري ممتلئ بسائل غير قابل للانضغاط وسرعة متوسطة — لا يثبت قدرة المضخة ولا فقد الضغط ولا ملاءمة السرعة للتطبيق. رقم DN الاسمي ليس قطراً داخلياً. الغازات والجريان متعدد الأطوار وغير الممتلئ خارج هذا النموذج.
أسئلة شائعة
كيف أحسب معدل تدفق المياه؟
التدفق = مساحة المقطع الداخلي × متوسط السرعة (Q=A·v). للدائري: المساحة = πD²/4 من القطر الداخلي الفعلي.
هل يكفي قطر الأنبوب للحساب؟
لا — القطر يحدد المساحة فقط. يلزم متوسط السرعة لحساب التدفق، أو التدفق لحساب السرعة.
ما الفرق بين التدفق والسرعة؟
التدفق حجم يعبر المقطع في الزمن، والسرعة مسافة في الزمن — يربطهما المقطع: نفس السرعة في قطرين تعطي تدفقين مختلفين.
داخلي أم خارجي؟ وهل DN يكفي؟
الداخلي الفعلي حصراً — الخارجي يكبّر المساحة خطأً، وDN تسمية اسمية لا تساوي الداخلي (يختلف بسمك الجدار).
هل تختلف المعادلات بين الدول؟
لا — العلاقة كونية. تختلف أبعاد الأنابيب (DN مقابل NPS) وطرق القياس، لذلك تدعم الحاسبة الوحدتين دون ادعاء مطابقة.
هل تحسب فقد الضغط؟
لا — الفقد يحتاج الطول والخشونة واللزوجة والملحقات. هذه حاسبة علاقة (قطر/سرعة/تدفق) وستكون له أداة مستقلة.
تصلح للهواء والغاز؟
للتدفق الحجمي عند مقطع معلوم نعم مبدئياً — لكن الغازات تنضغط فيتغير الحجم مع الضغط والحرارة، فلا يصلح النموذج البسيط لحساب شامل.
ماذا لو صغّرت القطر مع ثبات التدفق؟
ترتفع السرعة (عكسياً مع مربع القطر) — جرّب مقارنة الأقطار في الصفحة، لكن انتبه: السرعة العالية ترفع الفقد والضجيج وتكلفة الضخ.
ما متوسط السرعة؟ ولماذا لا القصوى؟
متوسط التوزيع عبر المقطع (الاحتكاك يبطئ قرب الجدار) — والمعادلة تعمل بالمتوسط، فلا تدخل سرعة نقطة واحدة.
هل تشمل الأنابيب غير الممتلئة؟
لا — النموذج لأنبوب ممتلئ. الجريان بالجاذبية يحتاج مساحة السائل الفعلية ومعادلات أخرى.
ما الفرق بين الحساب وقياس ISO 5167؟
الحساب يستخدم المساحة والسرعة مباشرة، أما ISO 5167 فلقياس التدفق بأجهزة فرق الضغط (أوريفيس/فنتوري) بشروط تركيب محددة.
القوانين المستخدمة
الأداة تفترض سائلاً مائياً عند 20 °C وجرياناً مستقراً؛ للماء الساخن أو الزيت يلزم تعديل اللزوجة والكثافة، ولكل متر انحدار يُضاف فرق المنسوب إلى الرفع الكلي.
المراجع الأساسية
- Hazen–Williams (1905) وجداول معامل C النموذجية: نحاس وبولي إيثيلين (PE) 140–150، حديد مرن جديد 130–140، خرسانة 100–120، وأنابيب متكلّسة 100–110.
- Darcy–Weisbach مع Colebrook–White وخريطة Moody — الأدق لأنه يدخل خشونة السطح ولزوجة السائل، ومعتمد في AWWA ومعيار ASME للحسابات الرسمية.
- معيار ISO 4427 (بولي إيثيلين المياه) ومعيار ISO 2531 (حديد مرن) ومعيار EN 1057 (نحاس) — الأقطار والسماكات القياسية التي تُحسَب منها المساحة الداخلية.
- AWWA M11 وM45 — تصميم شبكات المياه بالبولي إيثيلين والحديد المرن: حدود السرعة والضغط والتصريف.
- سرعات التصميم النموذجية للشبكات 0.9–2.3 م/ث؛ أعلى من ذلك ضوضاء وتآكل، وأقل من 0.6 م/ث ترسّب للعوالق — راجع كود المياه المحلي (مصر: الكود المصري لأعمال المياه ECP).
- في أمريكا تُستعمل مواسير ASME B36.10 بـ Schedule 40/80؛ القطر الداخلي لنفس اسم المقاس يختلف عن DN الأوروبي — أكثر خطأ شائع في حساب الفقد.
قوانين التدفق والمساحة والسرعة
التدفق = المساحة × متوسط السرعة (Q=A·v)، والمساحة الدائرية = πD²/4، والسرعة = 4Q/πD²، والقطر = √(4Q/πv). مثال: 50مم و1.5م/ث ← مساحة 1963.5مم² وتدفق 10.6م³/س (176.7 لتر/د). التحويلات: 1م³/س = 16.67 لتر/د = 4.403 جالون أمريكي/د. المراجع: DN تسمية اسمية (ISO 6708) لا قطراً، ومعيار ISO 5167 للقياس لا للحساب.
مثال محلول: أنبوب داخلي 50 مم
عند سرعة متوسطة 1.5 م/ث، حوّل القطر إلى 0.050 م ثم احسب مساحة المقطع A = π × 0.050² ÷ 4 = 0.0019635 م². إذن Q = A × v = 0.002945 م³/ث، أي 10.60 م³/ساعة أو 176.7 لتر/دقيقة أو 46.68 جالوناً أمريكياً/دقيقة. القطر في المساحة داخلي فعلي؛ استخدام DN أو القطر الخارجي يغيّر الناتج.
- في وضع التدفق: أدخل D وv، فتُحسب المساحة أولاً ثم يُضرب متوسط السرعة فيها. سرعة نقطة واحدة قرب مركز الأنبوب ليست المتوسط المطلوب.
- في وضع السرعة: حوّل التدفق إلى m³/s ثم اقسمه على A. مثال 10.6 م³/ساعة في المقطع نفسه يعطي نحو 1.50 م/ث.
- في وضع القطر: D = √(4Q/πv). تدفق 10 م³/ساعة وسرعة مستهدفة 1.5 م/ث يعطي 48.56 مم؛ اختر القطر التجاري التالي ثم أعد الحساب على ID من جدول الشركة.
الرموز: Q حجم السائل في الزمن، A مساحة المقطع، v متوسط السرعة، D القطر الداخلي. تفترض المعادلة أن المجرى دائري وممتلئ وأن السائل غير قابل للانضغاط؛ لا تحسب فقد الضغط أو الرفع أو ملاءمة السرعة للمواد، ولا تصلح للغازات أو التدفق متعدد الأطوار.