Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».
Гидравлический расчет трубопроводов
Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных...
... — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.
В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.
Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:
1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)
2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.
|
|
|
Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».
Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.
Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице « О блоге ».
Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.
Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.
Исходные данные:
1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим
в ячейку D4: 45,000
2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода tвх в °C заносим
в ячейку D5: 95,0
3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода tвыхв °C записываем
|
|
|
в ячейку D6: 70,0
4. Внутренний диаметр трубопровода d в мм вписываем
в ячейку D7: 100,0
5. Длину трубопровода L в м записываем
в ячейку D8: 100,000
6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб ∆ в мм вносим
в ячейку D9: 1,000
Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.
Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel«gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.
7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений Σ(ξ) вписываем
в ячейку D10: 1,89
Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).
Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».
Результаты расчетов:
8. Среднюю температуру воды tср в °C вычисляем
в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5
tср =( tвх + tвых )/2
9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуреtср рассчитываем
в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368
n =0,0178/(1+0,0337* tср +0,000221* tср 2 )
|
|
|
10. Среднюю плотность воды ρ в т/м3 при температуре tср вычисляем
в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970
ρ =(-0,003* tср 2 -0,1511* tср +1003, 1)/1000
11. Расход воды через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем
в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024
G’ = G *1000/( ρ *60)
Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.
12. Скорость воды в трубопроводе v в м/с вычисляем
в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640
v =4* G /( ρ *π*( d /1000)2*3600)
К ячейкеD16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.
Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».
13. Число Рейнольдса Re определяем
в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4
Re = v * d *10/ n
14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем
в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17<=2320;64/D17;ЕСЛИ(D17<=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17+D9/D7)^0,25)) =0,035
λ =64/ Re при Re ≤2320
λ =0,0000147* Re при 2320≤ Re ≤4000
λ =0,11*(68/ Re + ∆ / d )0,25 при Re ≥4000
15. Удельные потери давления на трение R в кг/(см2*м)вычисляем
в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100 =0,004645
R = λ * v 2 * ρ *100/(2*9,81* d )
16. Потери давления на трение dPтр в кг/см2 и Па находим соответственно
|
|
|
в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485
dPтр = R * L
и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9
dPтр = dPтр *9,81*10000
17. Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150
dPмс = Σ(ξ) * v 2 * ρ /(2*9,81*10)
и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2
dPтр = dPмс *9,81*10000
18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634
dP = dPтр + dPмс
и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1
dP = dP *9,81*10000
19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч)2 вычисляем
в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720
S = dP / G 2
Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 215; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!