Для расчетов трубопроводов некруглого сечения применяют понятие эквивалентного диаметра, равного учетверенному значению гидравлического радиуса

d_Э = 4R = 4 S/.

С помощью величины d_Э определяют потери энергии, а также другие характеристики движения. В результате применяют расчетные зависимости и формулы для расчета круглых труб и каналов, но вместо диаметра подставляютd_Э.

Практически для любого случая расчета трубы некруглого сечения, возможно применить следующий алгоритм:

1. Определяется площадь сечения канала S;

2. Определяется смоченный периметр того же сечения;

3. Находится гидравлический радиус R и эквивалентный диаметр

d_Э = 4R

4. Значение d_Э подставляется во все зависимости (по формулам для круглых труб) вместо d.

Например, и т.д.

Задача 7.1. Определить потери давления в вентиляционном канале из листового железа длиной 21 м; сечение прямоугольное со сторонами а  в = 300  400 мм. Массовый расход воздуха Q_m = 900кг/ч, плотность воздуха  = 1,2 кг/м³, кинематический коэффициент вязкости воздуха  = 0,15 см²/с.

Решение.Средняя скорость течения в канале

эквивалентный диаметр и число Рейнольдса

Эквивалентная шероховатость поверхности листовой стали – материала канала к_Э= 0,1 мм.

Параметр, определяющий зону сопротивления, подсчитывается так

т.е. имеем переходную зону сопротивления.

Коэффициент гидравлического трения

.

Искомые потери давления определяются по формуле

8. Изменение пропускной способности трубопровода в процессе его эксплуатации

При проектировании трубопроводов гидравлическое сопротивление не должно считаться неизменным в течение всего периода их работы. В реальных условиях эксплуатации сопротивление трубопроводов в большинстве случаев возрастает, что ведет к увеличению потерь энергии и при данном перепаде напоров (давлений) к уменьшению расхода, т.е. к уменьшению пропускной способности. Это связано с увеличением шероховатости стенок вследствие коррозии и отложения солей.

У

(8.1)

величение шероховатости трубопроводов в процессе их эксплуатации можно оценить формулой

к_t = к₀ + t

где к₀– эквивалентная шероховатость, мм, для новых труб,к_t– эквивалентная шероховатость черезtлет эксплуатации,- коэффициент, характеризующий степень возрастания шероховатости, мм/год. Значение коэффициентазависит от материала трубы, рода жидкости и условий работы системы. Экспериментальные данные позволяют считать, что для стальных труб, транспортирующих природную воду, в зависимости от степени минерализации= 0,020,1. Для воздуховодов в зависимости от условий производства эта величина изменяется в пределах 0,4-6. Для газопроводов можно принимать= 0,05.

9. Гидравлический удар в трубопроводах

Представим равномерный поток жидкости в трубе, на конце которой находится кран и его возможно быстро закрыть. При движении воды с некоторой скоростью она обладает кинетической энергией и при быстром закрытии крана эта энергия преобразуется в потенциальную – т.е. повысится давление перед краном. Это подтверждается тем, что за очень малый промежуток времени суммарный запас механической энергии единиц веса жидкости остаётся постоянным, т.е. , и при уменьшении скорости увеличивается давление; это явление носит название гидравлического удара.

Гидравлическим ударом называется изменение давления в трубопроводе, вызванное резким изменением скорости движения жидкости во времени.

Гидравлический удар может иметь место при быстром закрытии различных запорных устройств (задвижка, кран), внезапной остановки насосов, перекачивающих жидкость и т.д. Особенно опасен он в длинных трубопроводах, в которых движутся значительные массы жидкости с большими скоростями. В дальнейшем это повышение давления приводит к сжатию жидкости и расширению стенок трубы, т.е. производится работа.