Основные сведения для проведения расчетов
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Кафедра «Экология и энергоэффективность в техносфере»
Р. Н. вострова, С. А. ВОРОБЬЕВ
Гидравлический расчет напорного трубопровода в системе водоснабжения
Учебно-методическое пособие
Для студентов строительного и заочного факультетов
Гомель 2017
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Кафедра «Экология и энергоэффективность в техносфере»
Р. Н. вострова, С. А. Воробьев
Гидравлический расчет напорного трубопровода в системе водоснабжения
Одобрено учебно-методической комиссией строительного факультета
в качестве учебно-методического пособия
по выполнению расчетно-графической работы № 1
для студентов строительных специальностей
Гомель 2017
УДК 556.536 (075.8)
ББК 30.123
В78
Рецензент – д-р физ.-мат.. наук, профессор кафедры «Строительная механика» Э. И. Старовойтов (УО «БелГУТ»)
Воробьев С.А., Вострова, Р. Н.
В78 Гидравлический расчет напорного трубопровода в системе водоснабжения, построение напорной и пьезометрической линий : учеб.-метод. пособие / Р. Н. Вострова, С. А. Воробьев ; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. – Гомель : БелГУТ, 2017. – 62 с.
|
|
ISBN 978-985-554-556-0
Рассмотрены теоретические основы гидравлического расчета напорного трубопровода, даны исходные данные для выполнения расчетно-графической работы.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 1-70 04 03 «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов»,
УДК 556.536 (075.8)
ББК 30.123
ISBN 978-985-554-556-0
© Вострова Р. Н., Воробьев С.А. 2017
© Оформление. УО «БелГУТ», 2017
Оглавление
Введение …………………………………………………………………………….. | 3 |
1 Состав и объем расчетно-графической работы…...…………………………. | 3 |
2 Исходные данные………………….…………..………......................................... | 3 |
3 Основные сведеения для проведения расчетов…………………………. | 8 |
3.1 Подбор диаметра самотечной трубы или сифона (вариант А и В)……... | 13 |
3.2 Определение действительного перепада уровней в I и II резервуаре (вариант заданий А и В)…………………………………………………... 3.3 Порядок выполнения гидравлического расчета напорного трубопровода насосной установки (вариант заданий А и В)…………18 3.3.1 Определение диаметра всасывающего трубопровода насосной установки.18 3.3.2 Определение высоты установки центра насоса над линией свободной поверхности……………………………………………….18 3.3.3 Определение потерь напора во всасывающем трубопроводе….19 3.3.4 Определение диаметра нагнетательного трубопровода насосной установки……………………………………………………..18 3.3.5 Определение потерь напора в нагнетательном трубопроводе……………………………………………………………..19 | 15 |
Список литературы ………………………………………………………………… | 22 |
Приложение А. Коэффициент шероховатости поверхности канала (n)………...…….22
|
|
Приложение Б. Образец оформления титульного листа к расчетно-графической работе № 1………………………………………………………30
ВВЕДЕНИЕ
Расчетно-графическая работа «Гидравлический расчет напорного трубопровода» по дисциплине «Механика жидкости и газа» выполняется студентами специальности 70 04 03 «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов». Гидравлический расчет системы водоснабжения производятся с целью выбора диаметра трубопровода, определения скоростей и расходов в системе водоснабжения, потерь напоров, а также для определения потребного напора трубопровода, работающего на данную систему водоснабжения.
|
|
Определив полные напоры на участке системы водоснабжения, можно построить напорную и пьезометрическую линию, которые позволяют определить давление на любом участке водопровода, а также напор и скорость в любом его сечении. Гидравлический расчет напорных трубопроводов позволяет осуществить подбор энергоэффективного оборудования для подачи воды от источника до потребителя.
Целью работы является закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического материала, выработка у них навыков практического применения этих знаний при решении инженерных задач.
СОСТАВ И ОБЪЕМ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
В расчетно-графическую работу входит гидравлический расчет напорного трубопровода с самотечным и сифонным водозаборами и напорного трубопровода тупиковой сети с водонапорной башней.
Расчетно-графическая работа состоит из пояснительной записки с включенными в нее результатами расчетов и чертежа, на котором схематически изображается трубопровод, и наносятся линии полного и пьезометрического напоров, а также указываются все составляющие потери напора.
|
|
Исходные данные
В вариантах заданий приняты следующие обозначения:
l1 – длина самотечной трубы (задание А), м;
d1– диаметр самотечной трубы (задание А), мм;
h1 – разность горизонтов в канале I и колодце II, м;
Q − производительность насоса, л/с;
lBC – длина всасывающей трубы насоса, м;
h2 – высота установки центра насоса над линией свободной поверхности, м;
lH – длина напорного трубопровода, м;
dH – диаметр напорного трубопровода, мм;
d– диаметр внешнего цилиндрического насадка (задание А), мм;
dвс– диаметр всасывающей трубы насоса (задание А), мм;
l – общая длина сифона (задание В), м;
l1 – длина сифона от входного сечения до наивысшей точки О (задание В), м;
H – отметка горизонта воды в резервуаре III над центром насоса, м;
h0 – отметка наивысшей точки сифона О (задание В),, м;
p0 – избыточное давление в резервуаре III (задание В), м.вод.ст.;
pвак – давление на входе в насос, ат;
hвак – допустимый вакуум со всасывающей трубе и сифоне (задание В), м.вод.ст.;
Задание A. Гидравлический расчет напорных трубопроводов с самотечным водозабором (рисунок 1).
Из канала I по самотечной трубе АВ (снабженной фильтром и обратным клапаном) длиной l1 и диаметром d1 вода под напором h1 перетекает в прибрежный колодец II.
Из прибрежного колодца II центробежный насос V перекачивает воду в открытый резервуар. Всасывающая труба насоса длиной lвс снабжена фильтром с обратным клапаном и имеет два поворота с отношением радиуса поворота к диаметру трубы R/ dвс =6,0. Давление во всасывающем трубопроводе на входе в насос hвак.
Далее по напорному трубопроводу вода длиной lн и диаметром dн вода поступает в резервуар III. Материал трубопроводов – сталь.
Из резервуара III вода перетекает в резервуар IV через внешний цилиндрический насадок диаметром d и длиной (3,5-4)d под действием напора h3 .
В задании необходимо определить: диаметр сифона ; разность уровней в канале I и колодце II; проверить возможность подъема воды в сифоне на заданную высоту; определить высоту установки центра насоса; вычислить разность горизонтов резервуаров III и IV и определить мощность насосной установки; построить напорную и пьезометрическую линии для всех участков напорных трубопроводов.
Данные для расчета напорного трубопровода с самотечной трубой приведены в таблице 1.
Рисунок I - Расчетная схема напорных трубопроводов самотечным водозабором
Таблица 1 - Данные для расчета напорного трубопровода с самотечной трубой
Вариант | Q | lвс | h2 | h1 | l1 | Lн | dн | H | d | pвак |
1 | 50 | 20 | 2,0 | 0,31 | 25 | 112 | 200 | 15 | 71 | 0,1 |
2 | 55 | 25 | 2,5 | 0,41 | 28 | 115 | 200 | 16 | 70 | 0,2 |
4 | 65 | 35 | 2,7 | 0,46 | 30 | 120 | 200 | 18 | 60 | 0,15 |
5 | 70 | 40 | 2,8 | 0,47 | 41 | 140 | 250 | 9 | 59 | 0,25 |
6 | 75 | 45 | 2,9 | 0,48 | 42 | 145 | 250 | 10 | 58 | 0,17 |
7 | 80 | 21 | 3,0 | 0,49 | 43 | 147 | 250 | 11 | 57 | 0,12 |
8 | 85 | 22 | 3,1 | 0,5 | 50 | 150 | 300 | 12 | 56 | 0,3 |
9 | 90 | 23 | 3,2 | 0,32 | 51 | 155 | 300 | 13 | 55 | 0,1 |
10 | 45 | 24 | 3,3 | 0,33 | 52 | 186 | 200 | 14 | 54 | 0,2 |
11 | 40 | 26 | 4,3 | 0,34 | 53 | 187 | 200 | 25 | 72 | 0,15 |
12 | 43 | 27 | 4,4 | 0,35 | 54 | 188 | 200 | 26 | 73 | 0,25 |
13 | 48 | 28 | 4,5 | 0,36 | 55 | 189 | 200 | 27 | 74 | 0,17 |
14 | 49 | 31 | 4,6 | 0,37 | 56 | 190 | 200 | 28 | 75 | 0,12 |
15 | 81 | 29 | 4,7 | 0,57 | 57 | 191 | 300 | 29 | 76 | 0,3 |
16 | 84 | 44 | 4,8 | 0,56 | 58 | 195 | 300 | 30 | 77 | 0,1 |
17 | 82 | 54 | 4,9 | 0,55 | 49 | 193 | 300 | 31 | 110 | 0,2 |
18 | 66 | 64 | 5,0 | 0,54 | 48 | 192 | 250 | 32 | 120 | 0,1 |
19 | 67 | 61 | 4,2 | 0,53 | 47 | 195 | 250 | 33 | 130 | 0,2 |
20 | 87 | 63 | 4,1 | 0,52 | 46 | 180 | 300 | 34 | 150 | 0,15 |
21 | 77 | 33 | 4,0 | 0,51 | 45 | 175 | 300 | 35 | 61 | 0,25 |
22 | 71 | 32 | 3,9 | 0,4 | 44 | 170 | 300 | 36 | 62 | 0,17 |
23 | 72 | 41 | 3,8 | 0,39 | 40 | 165 | 300 | 37 | 63 | 0,12 |
24 | 73 | 42 | 3,7 | 0,38 | 39 | 160 | 300 | 38 | 64 | 0,3 |
25 | 44 | 43 | 3,6 | 0,44 | 38 | 135 | 200 | 39 | 66 | 0,1 |
26 | 38 | 53 | 3,5 | 0,43 | 37 | 130 | 200 | 40 | 67 | 0,2 |
27 | 39 | 55 | 3,4 | 0,42 | 35 | 125 | 200 | 41 | 68 | 0,15 |
28 | 50 | 20 | 2,0 | 0,3 | 25 | 110 | 200 | 20 | 100 | 0,25 |
29 | 55 | 30 | 3,0 | 0,4 | 30 | 120 | 200 | 30 | 100 | 0,17 |
30 | 60 | 20 | 4,0 | 0,5 | 35 | 130 | 250 | 40 | 70 | 0,12 |
31 | 65 | 30 | 4,5 | 0,55 | 40 | 140 | 300 | 35 | 120 | 0,3 |
32 | 20 | 95 | 5,1 | 0,21 | 39 | 101 | 200 | 25 | 54 | 0,1 |
33 | 21 | 84 | 4,4 | 0,31 | 46 | 123 | 200 | 43 | 69 | 0,15 |
34 | 22 | 92 | 3,8 | 0,27 | 30 | 152 | 200 | 33 | 64 | 0,25 |
35 | 23 | 83 | 2,9 | 0,4 | 45 | 122 | 200 | 40 | 70 | 0,17 |
36 | 24 | 85 | 2,0 | 0,55 | 36 | 153 | 200 | 52 | 57 | 0,12 |
37 | 25 | 82 | 4,7 | 0,26 | 20 | 131 | 200 | 29 | 71 | 0,3 |
38 | 26 | 93 | 3,7 | 0,32 | 31 | 154 | 200 | 20 | 63 | 0,1 |
39 | 27 | 81 | 4,5 | 0,54 | 21 | 120 | 200 | 18 | 72 | 0,2 |
Задание B. Гидравлический расчет напорных трубопроводов с сифонным водозабором (рисунок 2).
Из канала I по сифону (снабженному фильтром и обратным клапаном) длиной l и диаметром d вода под напором h1 перетекает в прибрежный колодец II. Высота подъема воды по сифону h0.
Из прибрежного колодца II центробежный насос V перекачивает воду в открытый резервуар. Всасывающая труба насоса длиной lвс снабжена фильтром с обратным клапаном и имеет два поворота с отношением радиуса поворота к диаметру трубы R/ dвс =6,0. Давление во всасывающем трубопроводе на входе в насос hвак.
Далее по напорному трубопроводу длиной lн и диаметром dн вода поступает в резервуар III, находящийся под избыточным давлением р0. Материал трубопроводов – сталь.
Из резервуара III вода перетекает в резервуар IV через отверстие диаметром dотв. под действием напора h3.
Рисунок 2 - Расчетная схема напорных трубопроводом с сифонным водозабором
В задании необходимо определить: диаметр сифона ; разность уровней в канале I и колодце II; проверить возможность подъема воды в сифоне на заданную высоту h0; определить высоту установки центра насоса h2, если давление на входе в насос рвак = 0,1 ат.; вычислить разность горизонтов резервуаров III и IV h3 и определить мощность насосной установки для всех участков напорных трубопроводов.
Данные для расчета напорного трубопровода с сифонным водозабором приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Данные для расчета напорного трубопровода с сифонным водозабором
Вариант | Q | lвс | dвс | h1 | l | h0 | l1 | lн | dн | H | p0 | h3 | hвак | dотв. |
1 | 51 | 24 | 250 | 0,51 | 21 | 4 | 10 | 100 | 200 | 11 | 20 | 2 | 8 | 71 |
2 | 56 | 25 | 250 | 0,52 | 22 | 4 | 11 | 100 | 200 | 12 | 20 | 2 | 8 | 70 |
3 | 58 | 33 | 250 | 0,53 | 23 | 4 | 12 | 100 | 200 | 13 | 20 | 2 | 8 | 60 |
4 | 72 | 34 | 350 | 0,43 | 24 | 4 | 13 | 110 | 300 | 14 | 20 | 2 | 7 | 59 |
5 | 71 | 35 | 350 | 0,44 | 20 | 5 | 14 | 112 | 300 | 15 | 20 | 2 | 7 | 58 |
6 | 65 | 37 | 350 | 0,45 | 12 | 5 | 7 | 110 | 300 | 16 | 30 | 4 | 7 | 57 |
7 | 66 | 36 | 350 | 0,46 | 14 | 5 | 7 | 152 | 300 | 17 | 30 | 4 | 7 | 56 |
8 | 70 | 38 | 350 | 0,47 | 16 | 5 | 8 | 152 | 300 | 18 | 30 | 4 | 7 | 55 |
9 | 67 | 39 | 350 | 0,48 | 18 | 4 | 9 | 100 | 300 | 20 | 30 | 4 | 7 | 54 |
10 | 69 | 40 | 350 | 0,54 | 18 | 5 | 9 | 100 | 300 | 20 | 30 | 4 | 7 | 72 |
11 | 68 | 28 | 350 | 0,55 | 28 | 4 | 14 | 110 | 300 | 20 | 25 | 2 | 7 | 73 |
12 | 73 | 41 | 350 | 0,56 | 29 | 4 | 14 | 110 | 300 | 20 | 25 | 2 | 7 | 74 |
13 | 61 | 42 | 350 | 0,57 | 30 | 4 | 15 | 116 | 300 | 20 | 30 | 2 | 7 | 75 |
14 | 74 | 43 | 350 | 0,58 | 20 | 4 | 10 | 116 | 300 | 20 | 30 | 2 | 7 | 76 |
15 | 75 | 29 | 350 | 0,59 | 18 | 5 | 9 | 120 | 300 | 19 | 30 | 3 | 7 | 77 |
16 | 76 | 44 | 350 | 0,49 | 18 | 5 | 9 | 110 | 300 | 20 | 20 | 3 | 8 | 110 |
17 | 77 | 32 | 350 | 0,60 | 18 | 4 | 9 | 120 | 300 | 21 | 20 | 4 | 8 | 120 |
18 | 62 | 31 | 350 | 0,60 | 15 | 4 | 8 | 140 | 300 | 20 | 20 | 4 | 8 | 130 |
19 | 78 | 45 | 350 | 0,50 | 20 | 6 | 10 | 115 | 300 | 29 | 20 | 2 | 8 | 150 |
20 | 79 | 46 | 350 | 0,54 | 20 | 6 | 10 | 115 | 300 | 30 | 20 | 3 | 8 | 61 |
21 | 80 | 30 | 350 | 0,55 | 20 | 6 | 10 | 115 | 300 | 28 | 20 | 3 | 8 | 62 |
22 | 63 | 47 | 300 | 0,42 | 20 | 4 | 10 | 115 | 250 | 19 | 20 | 3 | 8 | 63 |
23 | 81 | 48 | 350 | 0,41 | 20 | 4 | 10 | 115 | 300 | 18 | 20 | 3 | 8 | 64 |
24 | 64 | 49 | 300 | 0,63 | 20 | 4 | 10 | 140 | 250 | 15 | 20 | 4 | 8 | 66 |
25 | 82 | 50 | 350 | 0,62 | 27 | 4 | 12 | 140 | 300 | 14 | 20 | 4 | 8 | 67 |
26 | 60 | 27 | 300 | 0,61 | 26 | 4 | 12 | 120 | 250 | 13 | 20 | 2 | 7 | 68 |
27 | 59 | 26 | 300 | 0,60 | 25 | 4 | 13 | 120 | 250 | 12 | 20 | 2 | 7 | 100 |
28 | 78 | 30 | 250 | 0,51 | 30 | 4 | 10 | 100 | 200 | 11 | 20 | 1 | 7 | 100 |
29 | 80 | 30 | 300 | 0,50 | 28 | 5 | 10 | 100 | 200 | 12 | 20 | 1 | 8 | 70 |
30 | 85 | 25 | 300 | 0,60 | 21 | 4 | 10 | 100 | 200 | 13 | 20 | 2 | 8 | 120 |
31 | 60 | 25 | 250 | 0,70 | 22 | 4 | 15 | 120 | 200 | 14 | 20 | 2 | 7 | 54 |
32 | 70 | 30 | 300 | 0,55 | 23 | 5 | 15 | 115 | 200 | 15 | 20 | 2 | 8 | 69 |
33 | 55 | 20 | 250 | 0,56 | 28 | 5 | 12 | 100 | 200 | 10 | 20 | 2 | 8 | 64 |
34 | 51 | 21 | 250 | 0,21 | 20 | 4 | 9 | 101 | 200 | 11 | 15 | 1 | 7 | 70 |
35 | 60 | 30 | 250 | 0,36 | 35 | 4 | 18 | 114 | 200 | 23 | 22 | 2 | 8 | 57 |
36 | 68 | 44 | 250 | 0,31 | 30 | 4 | 14 | 124 | 200 | 16 | 29 | 1 | 7 | 71 |
37 | 79 | 23 | 300 | 0,37 | 44 | 4 | 20 | 107 | 250 | 24 | 30 | 3 | 8 | 63 |
38 | 69 | 31 | 250 | 0,40 | 36 | 4 | 18 | 115 | 200 | 36 | 18 | 2 | 7 | 72 |
Основные сведения для проведения расчетов
Гидравлический расчет содержит как расчет коротких трубопроводов, так и расчет длинных трубопроводов. К коротким трубопроводам относятся самотечная труба, сифон, всасывающая труба насоса.
Простым трубопроводом называют трубопровод, по которому жидкость транспортируется без промежуточных ответвлений.
При расчетах простого трубопровода используется уравнение Бернулли, составленное для потока жидкости от плоскости свободной поверхности питающего резервуара до плоскости выходного сечения трубопровода.
С помощью уравнения Бернулли решается задачи в следующей последовательности:
1. Выбирают два сечения по длине потока 1-1 и 2-2, таким образом, чтобы для одного из них были известны величины р, , g, а для другого сечения один или несколько параметров подлежали определению.
2. Намечают линию сравнения так, чтобы были известны z1 и (или) z2.
3. При двух неизвестных для второго сечения используют уравнение неразрывности движения жидкости υ1ω 1 = υ2ω2.
3. Решают уравнения относительно неизвестного.
Все физические величины в расчетах должны приводиться в Международной системе единиц (СИ).
Для двух произвольных сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Бернулли имеет следующий вид:
(1.1)
Так как сечения 1-1 и 2-2 взяты произвольно, то полученное уравнение можно переписать иначе:
(1.2)
и прочитать так: сумма трех членов уравнения Бернулли для любого сечения потока идеальной жидкости есть величина постоянная.
С энергетической точки зрения каждый член уравнения представляет собой определенные виды энергии: z1 и z2 - удельные энергии положения, характеризующие потенциальную энергию в сечениях 1-1 и 2-2;
и- удельные энергии давления, характеризующие потенциальную энергию давления в тех же сечениях;
и - удельные кинетические энергии в тех же сечениях.
Следовательно, согласно уравнению Бернулли, полная удельная энергия идеальной жидкости в любом сечении постоянна.
Уравнение Бернулли можно истолковать и чисто геометрически. Дело в том, что каждый член уравнения имеет линейную размерность. Глядя на рисунок 3.12, можно заметить, что
z1 и z2 - геометрические высоты сечений 1-1 и 2-2 над плоскостью сравнения;
и - пьезометрические высоты;
и - скоростные высоты в указанных сечениях.
В этом случае уравнение Бернулли можно прочитать так: сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высоты для идеальной жидкости есть величина постоянная.
Рисунок 4 – Геометрический смысл уравнения Бернулли
При движении реальной вязкой жидкости возникают силы трения, на преодоление которых жидкость затрачивает энергию. В результате полная удельная энергия жидкости в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии.
Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются и имеют
также линейную размерность. Уравнение Бернулли для реальной жидкости имеет вид:
, (1.3)
где - потеря напора, м.
Из рисунка 4 видно, что при движении жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2 потерянный напор все время увеличивается (вертикальная штриховка). Таким образом, уровень первоначальной энергии, которой обладает жидкость в первом сечении, для второго сечения будет складываться из четырех составляющих: геометрической высоты, пьезометрической высоты, скоростной высоты и потерянного напора между сечениями 1-1 и 2-2.
Два коэффициента α1 и α2 называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости ( α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима ).
Потерянный напор складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)
(1.4)
где hпот - потери напора по длине, м.
hм - потери на местные сопротивления, м.
Рисунок – Гидравлические потери: а) по длине; в )на местные сопротивления
, (1.5)
где λ - коэффициент гидравлического трения, который для ламинарного потока вычисляется по выражению:
, (1.6)
Где – число Рейнольдса, которое служит для определения режимов движения жидкости.
Ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления.
Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений.
Рисунок - Режимы движения жидкости: а) эпюра распределения скоростей при ламинарном режиме движения; в) эпюра распределения скоростей при турбулентном режиме движения
Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической .
Значение этой скорости прямо пропорционально кинематической вязкости жидкости и обратно пропорционально диаметру трубы.
, (1.7)
где ν – коэффициент кинематический вязкости, м2/ с.
k - безразмерный коэффициент;
d - внутренний диаметр трубы, м.
Входящий в эту формулу безразмерный коэффициент k, одинаков для всех жидкостей и газов, а также для любых диаметров труб. Этот коэффициент называется критическим числом Рейнольдса Reкр и определяется следующим образом:
. (1.8)
Для труб круглого сечения Reкр примерно равно 2320. Критерий подобия Рейнольдса позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе. При Re < Reкр течение является ламинарным, а при Re > Reкр течение является турбулентным.
Развитое турбулентное течение в трубах устанавливается лишь при Re примерно равно 4000, а при Re = 2300…4000 имеет место переходная, критическая область.
Рисунок – зависимости коэффициента вязкости кинематического от температуры
Коэффициент гидравлического сопротивления трубопроводов можно определить при помощи уравнений (1.6, 1.9-1.12) или при помощи графика Никурадзе (рисунок 5).
Режим движения жидкости напрямую влияет на степень гидравлического сопротивления трубопроводов. Если число Рейнольдса лежит в диапазоне 4000 < Re < 10(d / Δ э) коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса
. (1.9)
Во второй области, расположенной между линий II и пунктирной линией справа (рисунок 5). , коэффициент λ зависит одновременно от двух параметров - числа Re и относительной шероховатости Δ/r0, которую можно заменить на Δэ. Для определения коэффициента λ в этой области может служить также универсальная формула А.Д. Альтшуля:
, (1.10)
где Δэ - эквивалентная абсолютная шероховатость, м [1].
Характерные значения Δэ (в мм) для труб из различных материалов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ А:
Третья область - область больших Re и Δ/r0, где коэффициент λ не зависит от числа Re, а определяется лишь относительной шероховатостью (область расположена справа от пунктирной линии). Это область шероховатых труб, в которой все линии с различными шероховатостями параллельны между собой. Эту область называют областью автомодельности или режимом квадратичного сопротивления, т.к. здесь гидравлические потери пропорциональны квадрату скорости.
Определение λ для этой области производят по упрощенной формуле Шифринсона:
(1.11)
или по формуле Прандтля - Никурадзе:
. (1.12)
Потери напора, определяемые по формуле Вейсбаха-Дарси, можно определить, зная коэффициент гидравлического сопротивления, который определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re и от эквивалентной шероховатости Δэ (ПРИЛОЖЕНИЕ А).
Потери напора на местные сопротивления определяются в зависимости от вида местного сопротивления по общему уравнению Вейсбаха
. (1.13)
Полная потеря напора в случае внезапного сужения определится по формуле
, (1.14)
Рисунок 5 - График Мурина
где коэффициент сопротивления для сужения трубопровода определяется по полуэмпирической формуле И.Е. Идельчика [1]:
, (1.15)
где n = S1/S2 - степень сужения.
При выходе трубы из резервуара больших размеров, когда можно считать, что S2/S1 = 0, а также при отсутствии закругления входного угла, коэффициент сопротивления ζсуж = 0,5.
Коэффициент сопротивления отвода ζотв (плавного поворота трубопровода) зависит от отношения R / d (где R- радиус закругления трубы, d –диаметр трубы), угла поворота δ, а также формы поперечного сечения трубы.
Для отводов круглого сечения с углом поворота δ= 900 и R/d 1 при турбулентном течении можно воспользоваться эмпирической формулой [1]:
. (1.16)
Коэффициенты местных сопротивлений трубопроводной арматуры приведены в ПРИЛОЖЕНИИ А.
Записав уравнение Бернулли применительно к решаемой задачи, производим решение его относительно неизвестного.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 265; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!