X-PDF

Лекция № 8

Поделиться статьей

Гидравлический расчет трубопроводов

План

1. Сопротивление трения в гладких и шероховатых трубах.

2. Местные сопротивления.

3. Гидравлический расчет трубопроводов.

4. Понятие в технико-экономическом расчете трубопроводов.

1. Определение потерь напора hп необходимо для расчета затрат энергии для перемещения жидкости (с помощью насосов, компрессоров).

Потери напора в трубопроводе расходуется на преодоление 1)путевых (линейных) сопротивлений (сопротивление трения) и 2)местных сопротивлений: hп = hтр + hмс.

В общем случае путевые сопротивления зависят от режима течения жидкости и от шероховатости стенок труб.

Для определения потерь напора на трение при равномерном движении жидкости в круглых трубах применяют формулу Дарси-Вейсбаха: , где l,d – длина и диаметр трубы . ω – средняя скорость потока . λ –коэффициент гидравлического трения, или коэффициент путевых сопротивлений.

λ показывает, какая доля динамического напора теряется на участке, равном диаметру трубы.

Для некруглых труб в уравнении Дарси-Вейсбаха вместо диаметра d подставляют эквивалентный диаметр dэ.

Зависимость для труб с искусственной однородной шероховатостью (наклеивались зерны песка на внутреннюю поверхность труб) исследовал Никурадзе в 1932 г. Никурадзе получил график:

ε1 &gt . ε2 &gt . ε3 (относительная шероховатость).

На графике Никурадзе можно выделить пять зон:

1) ламинарный режим (Re ≤ 2320) () — прямая I .

2) переходная из ламинарного в турбулентный (Re=2320-3000) .

3) область «гидравлически гладких» труб при турбулентном режиме: . прямая II . 3000&lt . Re &lt . .

4) область шероховатых труб (доквадратичная область «смешанного трения») при турбулентном режиме: . . кривые СiДi/

5) область «вполне шероховатых труб» (квадратичная или автомодельная область) при турбулентном режиме: . . Горизонтальные прямые – вправо от точек Дi.

Пока выступы шероховатости полностью погружены в ламинарный пограничный слой (∆ &lt . δ), жидкость плавно обтекает эти выступы и влиянием шероховатости на величину λ можно пренебречь. В этом случае коэффициент λ зависит только от числа Re и определяется как для гидравлически гладких труб. (1 – 3-я зоны).

С увеличением Re толщина слоя δ уменьшается. При ∆ ≥ δ ламинарное течение нарушается и λ начинает зависеть от шероховатости (4-ая зона), хотя еще и продолжает зависеть от Re.

Если число Re очень велико и ∆ &gt .&gt . δ, то λ зависит только от шероховатости (5-ая зона).

В практических расчетах для определения λ используются следующие формулы.

1-ая зона – ламинарный режим:

– формула Пуазейля.

2-ая зона. Поток является неустойчивым, т.к. небольшое изменение Re приводит к сильному изменению сопротивления. Нерасчетная область.

3-я зона – гидравлически гладкие трубы.

– формула Блазиуса.

4-ая зона – частично шероховатые трубы.

– формула Альштуля.

5-ая зона – шероховатые трубы.

– формула Прандля-Никурадзе.

или – формула Шифринсона.

Все эти формулы справедливы для изотермических условий (T = const). При переменной температуре в эти формулы вводятся поправочные множители (т.к. μ = f(Т)).

По опытным данным, для новых стальных труб ∆ ≈ 0,05 – 0,1 мм . для стальных труб после некоторой эксплуатации ∆ ≈ 0,1 – 0,2 мм . для старых чугунных и стальных труб ∆ ≈ 0,5 – 2 мм.

2. В местных сопротивлениях средняя скорость потока изменяется по величине, по направлению или одновременно по величине и направлению. К местным сопротивлениям относятся внезапные сужения и расширения труб, краны, вентили, тройники, вход в трубу, выход из трубы и т.д.

В местных сопротивлениях происходит дополнительная потеря энергии, кроме потерь на трение. Потеря энергии здесь вызывается ударом потока (аналогично удару твердого тела), который ведет к завихрениям жидкости.

Представленная информация была полезной?
ДА
58.89%
НЕТ
41.11%
Проголосовало: 776

В практических расчетах местные потери определяют по формуле:

. где ω – средняя скорость потока в сечении за местным сопротивлением . ξм.с. – коэффициент местного сопротивления.

Т.о., потеря напора в местном сопротивлении пропорциональна скоростному напору.

Для различных местных сопротивлений

.

Суммарно, для всех местных сопротивлений трубопровода .

Коэффициент местного сопротивления ξм.с. показывает, какая часть динамического напора теряется на данном местном сопротивлении.

Коэффициенты местных сопротивлений определяют экспериментально. Их средние значения приводятся в справочниках.

3. При гидравлическом расчете трубопроводов путевые и местные сопротивления определяются независимо друг т друга и складываются. Полученная сумма является гидравлическим сопротивлением всей системы.

Введем обозначение: , где ξтр. – коэффициент сопротивления трения.

Тогда hп = hтр + hмс = , где ∑ξ – сумма коэффициентов сопротивления трения и местных сопротивлений.

Данное правило расчета называется принципом наложения гидравлических потерь. По этому принципу:

Т.о., потеря напора определяется по уравнению: .

или , т.к. .

Величина hп выражается в метрах столба жидкости и не зависит от природы жидкости, а величина зависит от плотности.

Иногда потерю напора в местном сопроивлении приравнивают потерям напора на трение в гипотетически прямой трубе эквивалентной длины lэкв.

Длина участка прямой трубы, гидравлическое сопротивление которого равно потере напора в данном местном сопротивлении, называется эквивалентной длиной lэ этого местного сопротивления.

Применяют формулу: lэкв =nd, где d – диаметр трубы . n – опытный коэффициент (приводится в справочниках).

В этом случае общие потери напора:

.

Введем обозначение: , где ξ0 – общий коэффициент гидравлического сопротивления системы.

Тогда т.к. , где V – объемный расход . S – площадь сечения, то , где . К характеризует гидравлическое сопротивление сети.

При перекачивании жидкости по трубе, кроме гидравлического сопротивления сети, необходимо преодолевать статический напор Нст., который не зависит от расхода. Он состоит из высоты h подъема жидкости с уровня z1 на z2 (h = z2 — z1) и напора, соответствующего противодавлению в сети рк– р0. Где рк и р0 – давление в конце и в начале трубопровода.

Т.о., полный напор для перекачивания жидкости:

, где .

График также называется характеристикой сети. К2 &gt . К1, т.е. гидравлическое сопротивление второй сети больше, чем первой. Характеристика сети – восходящая парабола.

4. Правильный выбор диаметра трубопровода важен потому, что сооружение и эксплуатация их обходятся дорого.

При заданной производительности d трубопровода может быть определен из уравнения расхода: . Откуда , где – объемный расход жидкости (м3/сек).

Большим диаметрам соответствуют малые скорости ω и малые потери напора hп, и перекачивание жидкости малы. Но при этом высоки капитальные и эксплуатационные затраты.

Оптимальный диаметр трубопровода обеспечивает минимум эксплуатационных затрат.

Пусть М – суммарные эксплуатационные затраты (руб/год).

А – расходы на амортизацию и ремонт (руб/год).

Э – затраты энергии на перекачивание по данному трубопроводу (руб/год).

dопт. соответствует минимуму на кривой М = А + Э.

Для перекачивания жидкостей рекомендуются скорости 0,5 ÷ 2 м/сек, для газов – 15 ÷ 25 м/сек.

При малых расходах и больших гидравлических сопротивлениях нужно брать небольшие скорости.


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
58.89%
НЕТ
41.11%
Проголосовало: 776

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

ОБРАЗЦЫ ВОПРОСОВ ДЛЯ ТУРНИРА ЧГК

Поделиться статьей

Поделиться статьей(Выдержка из Чемпионата Днепропетровской области по «Что? Где? Когда?» среди юношей (09.11.2008) Редакторы: Оксана Балазанова, Александр Чижов) [Указания ведущим:


Поделиться статьей

ЛИТЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ

Поделиться статьей

Поделиться статьейЛитейные дефекты — понятие относительное. Строго говоря, де­фект отливки следует рассматривать лишь как отступление от заданных требований. Например, одни


Поделиться статьей

Введение. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси

Поделиться статьей

Поделиться статьей1. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси. Специфика периода феодальной раздробленности –


Поделиться статьей

Нравственные проблемы современной биологии

Поделиться статьей

Поделиться статьейЭтические проблемы современной науки являются чрезвычайно актуальными и значимыми. В связи с экспоненциальным ростом той силы, которая попадает в


Поделиться статьей

Семейство Первоцветные — Primulaceae

Поделиться статьей

Поделиться статьейВключает 30 родов, около 1000 видов. Распространение: горные и умеренные области Северного полушария . многие виды произрастают в горах


Поделиться статьей

Вопрос 1. Понятие цены, функции и виды. Порядок ценообразования

Поделиться статьей

Поделиться статьейЦенообразование является важнейшим рычагом экономического управления. Цена как экономическая категория отражает общественно необходимые затраты на производство и реализацию туристского


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет