Расчёт потоков воды в циркуляционной установке

[MYriad]

Здравствуйте.
Планируем поставить установку для содержания рыбы, схему я изобразил на картинке. $F_i$ - поток воды, откачиваемый из $i$ ванны. $f_i$ - поток воды, подаваемый в $i$ ванну.
Возник спор с коллегами, обеспечит ли такая схема с одним насосом следующие условия: $F_1 = F_2 = … = F_{10}$ и $f_1 = f_2 = … = f_{10}$.
Правильно ли, что по закону Паскаля будет обеспечиваться равенство давлений на выходе из ванн, а значит и равенство потоков?
Не возникнет ли ситуации $F_{10} > F_9 > … > F_1$ и $f_{10} > f_9 > … > f_1$?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неинформативный заголовок;
- что такое $F_i$ и $f_i$?
- отсутствуют собственные содержательные попытки ответа на вопрос.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[rockclimber]

MYriad в сообщении #1213816 писал(а):

Правильно ли, что по закону Паскаля будет обеспечиваться равенство давлений на выходе из ванн, а значит и равенство потоков?

Скорее нет, чем да. То есть в теории все так, а на практике придется учитывать трение, а оно будет зависеть от конфигурации системы, плюс давление зависит от высоты - надо уравнивать уровни воды в емкостях, и т. д.

MYriad в сообщении #1213816 писал(а):

Планируем поставить установку для содержания рыбы

А что за рыба, с какой целью?
Если пресноводная - подключите к обычному водопроводу, добавьте только контроль аммиака на входе. (Погуглите еще "проточный аквариум")

-- 03.05.2017, 12:54 --

А, еще по поводу равенства потоков: с одной стороны, вам надо задать погрешность, в пределах которой потоки считаются равными. Это очень сильно повлияет на ответ
С другой стороны, вода со всех емкостей у вас перемешивается, так что если поток из одной емкости в среднем будет составлять порядка ее объема в час, можно просто не обращать внимания на разницу расходов, даже если она составляет десятки процентов. Состав воды-то одинаковый везде будет.

[MYriad]

rockclimber
Да, различная пресноводная рыба, с целью её хранения в живом виде
Я хотел понять принципиально, будут ли потоки равны или же можно найти какое-то соотношение, чтобы потом его использовать для минимизации разницы (трубы, например, разного диаметра сделать). Конечная цель - сделать так, чтобы во всех ваннах вода обновлялась с одинаковой скоростью. Хоть на выходе вся вода и перемешивается, если у самой дальней от насоса ванны будет постоянно малый поток на выход и на вход, в ней будет расти концентрация продуктов жизнедеятельности быстрее, чем в более близких ваннах.

[rockclimber]

А почему не хотите использовать водопроводную воду? Там даже насос не нужен, все самотеком потечет.

MYriad в сообщении #1213847 писал(а):

можно найти какое-то соотношение

Соотношение в виде числа, имеющего отношение к действительности - вряд ли. Книжки под рукой нет, точно не скажу, но принцип инженерных расчетов примерно следующий: коэффициент трения для труб расчитывается по справочным значениям, отдельные коэффициенты вводятся для различных элементов - угол, выход из бака, тройник, погонный метр трубы и т. п. Все это потом хитрым способом складывается и умножается. Это для расчета промышленного оборудования, где предполагается, что прямые трубы соединяются страндартными элементами. Вы же скорее всего будете соединять гибким шлангом (не помню, как называется, такая трубка, которую гнуть можно и она форму держит), соответственно, форму можно придать любую и справочного значения для вашей формы нет.

MYriad в сообщении #1213847 писал(а):

если у самой дальней от насоса ванны будет постоянно малый поток на выход и на вход

Малый - это сколько? В объемах емкости в сутки, например. Потом: рыбы - сколько? Хранить ее - сколько времени? Дальше с ней потом что делать (продавать в продуктовом магазине, продавать как аквариумную, еще что-то)? От этого будет зависеть, сколько будет накапливаться продуктов жизнедеятельности и насколько стоит вообще заморачиваться.
Просто, например, если это рыба для магазина/ресторана и ее потом все равно съедят, а передержать надо неделю-две максимум, ее можно вообще не кормить. А это здорово снизит "биологический выхлоп".

[wrest]

Мне кажется что просто надо поставить краны (или редукторы давления), их отрегулировать на одинаковый расход и всё. Краны-то по-любому ставить видимо придется... И для наполнения и для выпуска.

[rockclimber]

Кстати, по поводу очистительной установки. Что такое "азотный цикл" вы знаете?

[MYriad]

rockclimber в сообщении #1213854 писал(а):

А почему не хотите использовать водопроводную воду? Там даже насос не нужен, все самотеком потечет.

По факту там и так будет водопроводная вода использоваться, другое дело, что описанной мной схеме её нужно только добавлять, чтобы компенсировать испарение, а если без циркуляции - это огромные объёмы воды.

rockclimber в сообщении #1213854 писал(а):

Малый - это сколько? В объемах емкости в сутки, например.

Нормальный - порядка 12 емкостей в сутки. Отличие больше чем на 10% в меньшую сторону - малый.

rockclimber в сообщении #1213854 писал(а):

Потом: рыбы - сколько? Хранить ее - сколько времени? Дальше с ней потом что делать (продавать в продуктовом магазине, продавать как аквариумную, еще что-то)?

Рыба - для продажи как гастрономического продукта. Сроки содержания до месяца (как пойдёт). Количество тоже динамическое.

rockclimber в сообщении #1213861 писал(а):

Кстати, по поводу очистительной установки. Что такое "азотный цикл" вы знаете?

Да, в том числе этим она и занимается - заселена колониями бактерий. Сверху вода просто самотёком должна вытекать и поступать обратно в ванны.

Спасибо за такое внимание к моему вопросу

[EUgeneUS]

MYriad
И ведь никто не боится, что при такой схеме крайний правый резервуар останется без воды.

MYriad в сообщении #1213816 писал(а):

Правильно ли, что по закону Паскаля будет обеспечиваться равенство давлений на выходе из ванн, а значит и равенство потоков?

Еще закон Бернулли есть.

[rockclimber]

MYriad в сообщении #1213993 писал(а):

Спасибо за такое внимание к моему вопросу

Держал аквариум лет 10 (даже на работу один притащил), ностальгия Вот подумываю купить большой дом и поставить там морской аквариум литров на 500. Денег почти накопил (на первый взнос по ипотеке )

MYriad в сообщении #1213993 писал(а):

rockclimber в сообщении #1213854 писал(а):

rockclimber в сообщении #1213854 писал(а):

Малый - это сколько? В объемах емкости в сутки, например.

Нормальный - порядка 12 емкостей в сутки. Отличие больше чем на 10% в меньшую сторону - малый.

По-моему, нормальный расход. А возможность поэкспериментировать у вас есть? Допустим, у вас емкости по 500 л и вы планируете держать там по 100 рыб. Возьмите 10-литровое ведро, посадите туда двух рыб и замеряйте концентрацию аммиака каждые два часа, например, в течение суток. Тест на аммиак в любом зоомагазине можно найти (если там аквариумы продают). По моему аквариумному опыту, нормальная у вас скорость, должно с запасом хватить. В пределах 10% точности - попробуйте их как можно более симметрично расположить, а потом опять же проще один раз эксперимент провести: залить емкости и запустить насос (без возврата воды в емкость), и посмотреть, с какой скоростью вода вытекать будет. Потом померять линейкой, на сколько уровень опустился, а потом сопоставить с результатами теста на производство аммиака рыбами - достаточно ли такой скорости для откачки. Мне кажется, должно быть все ОК.

MYriad в сообщении #1213993 писал(а):

rockclimber в сообщении #1213854 писал(а):

Потом: рыбы - сколько? Хранить ее - сколько времени? Дальше с ней потом что делать (продавать в продуктовом магазине, продавать как аквариумную, еще что-то)?

Рыба - для продажи как гастрономического продукта. Сроки содержания до месяца (как пойдёт). Количество тоже динамическое.

Тогда, пожалуй, моя первоначальная идея не подойдет. Когда декоративный аквариум делают проточным, там есть грунт, который выполняет роль биофильтра, а у вас его не будет.

MYriad в сообщении #1213993 писал(а):

rockclimber в сообщении #1213861 писал(а):

Кстати, по поводу очистительной установки. Что такое "азотный цикл" вы знаете?

Да, в том числе этим она и занимается - заселена колониями бактерий. Сверху вода просто самотёком должна вытекать и поступать обратно в ванны.

Ну, видимо не до конца знаете
Рыба производит мочевину, та распадается до аммиака, который, в свою очередь, превращается бактериями в нитрат-ион. В природе нитраты потребляются растениями, а в аквариуме растений нет - приходится менять воду (а в морских аквариумах соли не напасешься, приходится рядом ставить второй такой же по объему, битком набитый водорослями и с отдельной лампой; обычно в местах, где такие аквариумы демонстрируются, он хорошо спрятан и не виден - но он есть). Концентрация нитратов у вас будет быстро расти. (У меня в 180-литровом аквариуме при очень умеренном заселении рыбами и большом количестве растений за пару месяцев безделья (когда я воду почти не менял) концентрация быстро добежала до 250 мг/л (рекомендуемое значение - меньше 100 мг/л). Сбить ее где-то до 80 мг/л потребовало очень больших усилий.)
Подключать водопровод вам все равно придется, хотя и немного с другой целью.
То есть у вас две задачи, на самом деле: первая, которую вы описали в стартовом посте - оперативно направлять аммиак из емкости в биофильтр, и вторая - удалять накапливающиеся нитраты.

[MYriad]

rockclimber
Ну похоже да, придётся сначала экспериментировать - думали с помощью расчётов избавить себя от некоторых ошибок)
Спасибо за замечание про нитраты - как-то упустил это из виду.

[Батороев]

MYriad
Очевидно будет полезно, если диаметры горизонтальных трубопроводов (на Вашем рисунке) будут существенно больше диаметров вертикальных. Тем самым у Вас условно получатся - напорный и сливной коллекторы. Желательно, чтобы площадь сечения коллекторов была больше суммы площадей сечений труб, примыкающих к ним. И чем "больше", тем лучше.

[Батороев]

Извиняюсь, в прошлый раз невнимательно рассмотрел рисунок. Сливной коллектор не нужен - сообщающиеся сосуды итак саморегулируемая система.

[rockclimber]

Батороев
Да не, идея-то хорошая. Автор ведь хочет еще, чтобы потоки были одинаковые. Если емкостей мало и расположены они симметрично, то нет проблем (разница будет небольшая), а если у него 20 емкостей по 1 метру в ширину, поставить он их может только в один ряд вдоль стенки, а насос - только в конце этой линии, то потери на трение в 20-метровой трубе уже могут быть достаточно большими, и потоки из крайних емкостей будут сильно отличаться. Можно сделать как вы сказали, добавить что-то типа какого-нибудь клапана (не знаю только, бывают ли такие), который будет обеспечивать сток с заданной скоростью, потом вода будет самотеком стекать в какой-нибудь промежуточный бак, откуда будет откачиваться насосом дальше в систему очистки.

Вот кстати еще пара мыслей пришла в голову. Можно регулировать входящий поток, а не выходящий (если вдруг по какой-то причине это проще организовать). Опустить трубу для подачи воды в емкость так, чтобы выходной конец был недалеко от дна, а слив сделать у противоположного края наверху, как в ванной. Тогда вода и перемешиваться будет, и стекать самотеком, если ее уровень превышает уровень слива. А для контроля в ручном режиме поставить (если это не дорого, конечно, в ценах я не ориентируюсь) на каждый вход расходомер и вентиль. Один раз отрегулировать и поглядывать, чтобы расходомеры показывали более-менее одинаковые значения.

MYriad
Еще вспомнил. Вам понадобится фильтр от рыбьих экскрементов перед насосом Вот прямо очень понадобится.