- •Введение
- •Гидравлические расчеты трубопроводов
- •1. Классификация трубопроводов
- •2. Уравнение для расчета простого трубопровода
- •3. Три задачи по расчету простого трубопровода
- •4. Последовательное и параллельное соединение простых трубопроводов Последовательное соединение
- •Параллельное соединение
- •Затем из (4.7) получаем
- •5. Тупиковые и кольцевые водопроводные сети
- •6. Открытые каналы
- •7. Движение жидкости в трубах и каналах некруглого сечения
- •Для расчетов трубопроводов некруглого сечения применяют понятие эквивалентного диаметра, равного учетверенному значению гидравлического радиуса
- •8. Изменение пропускной способности трубопровода в процессе его эксплуатации
- •9. Гидравлический удар в трубопроводах
- •9.1 Фазы гидравлического удара
- •9.2 Формула н.Е. Жуковского для Δpуд
- •10. Сифонный трубопровод
- •11. Характеристика трубопровода
- •12. Трубопроводы с насосной подачей жидкости
- •Дополнительная часть д.1. Трубопроводы с непрерывной раздачей по длине
- •Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •Истечение через малое отверстие в тонкой стенке
- •Истечение при переменном напоре
- •Истечение через насадки при постоянном напоре
- •Внешний цилиндрический насадок
- •Гидродинамическое моделирование
- •Математическое, аналоговое и физическое моделирование
- •Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие
- •3. Критерии гидродинамического подобия
- •3.1. Подобие потоков в случае преобладающего влияния сил тяжести
- •3.2. Подобие потоков в случае преобладания сил трения
- •3.3. Подобие потоков в случае преобладающего влияния сжимаемости жидкости
- •3.4. Подобие потоков в случае преобладающего влияния сил давления в этом случае условие частичного динамического подобия имеет вид
- •3.5. Подобие в случае одновременного действия нескольких сил
- •3.6. Автомодельность
Затем из (4.7) получаем
Решая последнее уравнение относительно Q1, определим его значение, а из (4.9) и все остальные расходы; по любой из зависимостей (4.6) находимhW.
Задача 4.3. Определить расходы и потери в каждой из трех ветвей параллельной сети, если длины и диаметры каждой из них равны соответственноl1,l2,l3иd1,d2,d3.
Известно, что местных сопротивлений нет, расход перед точкой разветвления равен Q, кинематический коэффициент вязкостии то, что во всех трех ветвях движение ламинарное.
5. Тупиковые и кольцевые водопроводные сети
На рис. 5.1 приведен пример разветвленной (тупиковой) водопроводной сети; из него видно, что каждый участок может быть представлен как простой трубопровод. Участки заканчиваются водоразборными устройствами, т.е. эти точки являются для потока «тупиками» (откуда и название сети).
Рис. 5.1. Рис. 5.2.
В большинстве случаев при расчете такой сети расходы в точках водоразбора задаются (они обусловлены нуждами потребителей) и требуется определить напор в начальной точке.
Такой вариант расчета встречается при установке в этой точке насоса, который подбирается на требующийся по гидравлическому расчету напор или для определения высоты водонапорной башни. Для такого типа сети на каждом участке расход может быть определен однозначно и при расчете вначале выбирают наиболее удаленную, «критическую» точку и от нее начинают считать потери.
П
(5.1)
H = Hсв + (zN - zH) + hW,
где Н – требуемый напор в начале трубопровода, N – номер водоразборной точки в конце последнего участка, (vzN - zH) – разность отметок N-ой водоразборной точки и начальной точки водопровода, hW – сумма потерь напора в данном направлении, считая от первого до последнего участка включительно.
Уравнение (5.1) можно сформулировать так: требуемый напор для сети равен сумме потерь напора от начальной его точки до самой невыгодной в гидравлическом отношении точки водоразбора N плюс свободный напор в точке N плюс разность геометрических (геодезических) отметок точки N и начальной точки (необходимость учёта zN и Hсв очевидна, так как самая удалённая точка водоразбора может находиться на значительной по сравнению с zN высоте, а также может возникнуть необходимость развить в этой точке большое давление, - т.е. большое значение Hсв). . Для каждого узла всегда должно выполняться равенство, следующее из уравнения неразрывности – сумма приходящих расходов к узлу должна быть равна сумме уходящих от него; это обычно записывается в виде «узлового» уравнения
(5.2)
При этом расходы, приходящие к узлу условно считают положительными, а уходящие от узла (включая отбор) – отрицательными.
Расчет водопроводной сети обычно состоит в нахождении диаметров труб, а потери на любом участке при заданном расходе могут иметь разные значения в зависимости от его диаметра (теоретически труба любого диаметра пропустит любой расход; при этом будут разные скорости и разные потери напора).
При увеличении диаметра потери уменьшаются и поэтому уменьшается требуемая мощность насоса; одновременно с увеличением диаметра возрастает стоимость как самих труб так и стоимость их прокладки. Поэтому с учетом всех гидравлических и экономических факторов вводится понятие экономически наивыгоднейшего диаметра; само его значение в зависимости от расхода определяется по специальным таблицам.
На рис. 5.2 приведена схема водопроводной сети, получившая широкое распространение; она называется замкнутой или кольцевой сетью. Общая длина трубопроводов кольцевой сети больше, чем у тупиковой; соответственно и стоимость кольцевой сети больше. В некоторую точку (пункт) с помощью тупиковой сети вода может быть подана единственным путем, а в кольцевой в ту же точку может быть подана разными путями; в этом состоит одно из главных преимуществ кольцевой сети – ее высокая надежность и бесперебойная работа во время аварии на каком-либо участке. Расчет кольцевой сети представляет собой сложную задачу, которая сводится к решению большого числа уравнений. Необходимо заметить, что и в кольцевой сети в любом узле выполняются «узловые» уравнения (5.2).
Задача 5.1. Есть простейшая тупиковая сеть, рис.5.3 и полученная из нее путем добавления участка 2-4 кольцевая сеть (одно кольцо), рис. 5.4.
Рис. 5.3 Рис. 5.4
Подсчитать и сравнить вероятности бесперебойной подачи воды в пункт 4 в обоих случаях. В качестве функции описывающей вероятность бесперебойной работы отдельного участка в течении времени tпринять функциюP=e- t,где- интенсивность отказов (показательный закон надежности).
Решение. Для функцииP: а) Р = 1 приt= 0, б) при увеличенииtзначение Р уменьшается, в) при умножении Р1, Р2, …Рn=e, и это произведение меньше любого из сомножителей. Допустим, что для участка 1–2 –P1-2=e, аналогичноP1-3=e,P3-4=e,P2-4=e. Когда имеем тупиковую сеть, то искомая вероятность равна
P4Т=e
(по формуле умножения вероятностей). В случае кольцевой сети вероятности безотказной работы частей 1-2, 2-4 и 1-3, 3-4 независимы и искомая вероятность равна
P4К=e +e -e ,
откуда следует, что P4КP4Т.