2. Определение потерь напора в трубопроводе

Определяются потери напора в трубопроводе, которые подразделяют на потери на трение по длине и местные потери. Первые из них возникают в прямых трубах постоянного сечения и изменяются пропорционально длине трубы и увеличиваются с увеличением шероховатости трубы. В свою очередь, местные потери вызваны наличием местных сопротивлений, таких как резкие повороты, вентили и т. п., которые вызывают ту или иную деформацию русла.

Потери на терние по длине первой ветви.

Потери на трение по длине определяются по формуле:

∆h_тренi= _i (5)

где _i - коэффициент Дарси;

l_i – длина рассматриваемого участка трубопровода (длина первой ветви), м;

d_i - соответствующий диаметр трубопровода, м;

W_i- скорость жидкости, м/с.

_i =0.11 , (6)

где ∆_i - абсолютная эквивалентная шероховатость, зависящая от состояния труб. Для новых стальных труб, согласно [1, c. 11] принимается ∆=0,0001м (0.1 мм);

Re_i – число Рейнольдса, рассчитываемое по формуле:

Re_i = (7)

где  -коэффициент кинематической вязкости, согласно справочной литературе, при температуре воды Т_воды=20⁰С (н.у),  =1.005*10^-3 ,Па*с;

 - плотность жидкости при Т_воды=20⁰С.  = 998 кг/м³

число Рейнольдса определяет режим движения жидкости в трубе.

Re₁= (турбулентный режим)

Коэффициент Дарси равен:

Потери на трение по длине в первой ветви трубопровода:

Потери на местные сопротивления в первой ветви.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха:

, (8)

где _i- коэффициент местных сопротивлений.

Определяются коэффициенты местных сопротивлений.

Вход в трубу с острыми краями из расширительной емкости (считая ее резервуаром ввиду отсутствия данных о степени сужения)

Согласно приложению [1, с. 28] =0,5

Вентиль нормальный при полном открытии при условном проходе D= 25мм.

Согласно справочным данным, _вен = 7

Два резких поворота под углом 90⁰.

Согласно [1, с. 30] _пов=1,0

Выход из трубы в резервуар.

Согласно [1, с.28] _вых=1.0

Определение коэффициента местного сопротивления змеевика:

, (9)

где - коэффициент, определяемый из таблицы [1, с.13];

- число витков змеевика;

- радиус витка.

ε выбирается в зависимости от отношения /d.

/d = 0,5/0,0271=18.45, тогда

; ;

Суммарное местное сопротивление первой ветви

м

Расчет общих потерь по первой ветви ведется по формуле:

∆h_i=∆h_тренi+Σ∆h_м.сi (10)

∆h₁=0,325+1,43=1,755

Потери на терние по длине второй ветви.

Расчет потерь ведется по формулам (5) – (7), указанным ранее, при скорости в трубе

W₂ = 1.1 м/с

Находится число Рейнольдса:

Re₂= (турбулентный режим)

Коэффициент Дарси

Потери на трение по длине

Здесь l₂ – расчетная длина участка, складывается из l₂ и l₃ – соответствующих длин на технологической схеме.

Также на второй ветви имеются потери на трение по длине между диффузором и конфузором, которые также необходимо определить.

Расчетная длина:

м

Расчетный диаметр:

м

Пересчитывается скорость течения жидкости по формуле (4):

м/с,

Рассчитывается критерий Рейнольдса

(турбулентный)

Тогда безразмерный коэффициент Дарси равен:

,

Потери на трение на рассмотренном участке равны:

м.

Потери на местные сопротивления во второй ветви.

Коэффициенты местных сопротивлений:

Вход в трубу с острыми краями из расширительной емкости.

Согласно [1, с. 28]

_вх=0,5

Вентиль нормальный при полном открытии при условном проходе D= 32мм.

Согласно справочнику _вен=6,14

Резкий поворот под углом 90⁰ (2 точки)

Согласно [1, с. 30] _пов=1,0

Выход из трубы.

Согласно [1, с.28] _вых=1.0

Диффузор.

Согласно [1, с.12], коэффициент местных сопротивлений для диффузора рассчитывается по формуле:

ξ_диф = , (11)

где п – степень расширения диффузора (отношение площадей сечений):

n = F₂/F₁=D_расшир²/d₂² (12)

n = (2d)²/d² = 4

Определяется коэффициент местных сопротивлений конфузора:

(13)

Где , - площадь сечения до сужения и после, м²; ;

Коэффициент сопротивления конфузора

В обоих случаях расчета, как для диффузора, так и для конфузора, принимаемые коэффициенты Дарси имеют различное значение, так как следует вести расчет по параметрам после расширения и сужения соответственно.

Потери напора на местные сопротивления во второй ветви:

м.

Расчет общих потерь по второй ветви:

∆h₂=∆h_трен2+∆h_{тр расш}+ ∆h_м.сi (14)

∆h₂=0,73+2,7*10^-4+ 0,61=1,341м.

Потери на трение по длине в общей ветви.

W₀ = 1.26 м/с.

Число Рейнольдса:

Re₀= (турбулентный режим).

Коэффициент Дарси:

Потери на трение по длине:

.

Здесь в качестве расчетной длины взято l₄ + l₅ = 3 м.

Потери на местные сопротивления в общей ветви.

Вход в трубу с острыми краями из резервуара:

Согласно литературе [1, с. 28],

_вх=0,5

Вентиль нормальный при полном открытии при условном проходе D= 40мм (2 вентиля).

Согласно [1, с. 29], _вен=4,9

Внезапное расширение

Коэффициент сопротивления внезапного расширения ξ₃, согласно формуле

[2, с. 6], равен:

(15)

где F₁ – сечение трубы до расширения, м²;

F₂ – сечение трубы после расширения, м².

Вычисляются потери напора на местные сопротивления в общей ветви:

(0. 5+4.9+4.9+0.91)*(1.26)²/2*9.81=0.91м.

Расчет общих потерь по общей ветви:

∆h₀ =∆h_трен0+∆h_м.с0=0.162+0.91=1.072м.