7.1.2.2 Расчет и построение характеристик трубопроводов
Зависимости потребного напора (Hп) от расхода жидкости называются кривыми потребного напора трубопровода.
Hп = f(Q)
При помощи кривых потребного напора трубопровода можно:
определить потребный напор (Hп) для необходимого расхода жидкости (Q) в трубопроводе;
определить располагаемый расход (Q) жидкости для заданного потребного напора (Hп).
В общем виде графическая зависимость потребного напора от расхода жидкости имеет вид:
Рис. 7.1.2 График потребного напора от расхода жидкости простого трубопровода
где
Нст – статический напор;
Л – ламинарный режим течения;
Т – турбулентный режим течения;
1ПЗ – первая переходная зона течения.
Как видно из графика при переходе от ламинарного режима течения к I-ой ПЗ происходит скачкообразное увеличение потребного напора при неизменном расходе жидкости. Это объясняется резким изменением величины коэффициента Дарси (𝜆) и его значение целесообразно определять по формуле для турбулентного режима.
На участие ламинарного режима течения при замене местных сопротивлений эквивалентными длинами (lэ) сопротивление трубопровода можно рассчитывать по формуле:
ζл
=
где
lрасч = lі+lэ – расчетная длина трубопровода;
ν – коэффициент кинематической вязкости.
Значение lэ для различных видов местных сопротивлений определяются опытным путем и приводится в справочниках.
На участках турбулентного режима течения, коэффициент сопротивления рассчиты-вается по формуле Вейстбаха- Дарси:
ζт = (∑ζi + 𝜆T )∙
Уравнение потребного напора можно выразить формулой:
Нп = Нст + ζ∙Qm
При этом установлено, что для ламинарного режима течения m=1, а для турбулент-ного – m=2.
С помощью уравнения можно построить линии потребного напора в зависимости от располагаемого расхода жидкости. Чем больше необходимо обеспечить расход жидкости, тем больше необходимо создавать потребный напор.
При ламинарном режиме течения графическая зависимость имеет вид прямой линии, а при турбулентном режиме течения – имеет вид параболы. Крутизна кривых потребного напора зависит от величины коэффициента сопротивления трубопровода (ζ). Величина потребного напора зависит от геометрических параметров трубопровода: длины (l) и диаметра (d), а также от вида местных гидравлических сопротивлений.
Величина
статического напора (
)
положительна (
>0),
когда жидкость движется снизу вверх,
или когда жидкость подается в полость
с повышенным давлением.
Величина статического напора отрицательна ( <0) – когда жидкость движется сверху вниз или когда подается в полость с пониженным давлением.
Точка
пересечения зависимости потребного
напора с осью Q
(точка А),
показывают величину расхода при течении
жидкости самотеком, при этом потребный
напор равен «0»
(
=0).
Часто вместо кривых потребного напора используют характеристики трубопровода, это зависимость суммарных потерь напора от расхода жидкости:
∑
=
f(Q)
Рис. 7.1.3 Графики потребного напора от расхода жидкости
Рассмотрим 3-и наиболее характерные схемы трубопроводов, составим для каждого из них уравнение кривых потребного напора и построим графики напора.
В
этом случае
=
=
=
= (
)
Рис. 7.1.4 Схема простого трубопровода и график потребного напора
В
этом случае
>0;
=0
=
Рис. 7.1.5 Схема простого трубопровода и график потребного напора
В
этом случае
≈
+
Нст= (y1-y2)
Рис. 7.1.6 Схема простого трубопровода и график потребного напора