Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы гидравлики и теплотехники. Учебное пособие для СПО
.pdf
W
1
W2 V
V
W
1
W
2
V
W
1
W
2
α
а) б) в)
α
α
V
W
в
в
f
F
б
W
в
Vв
щели
f
F
а
а)
б)
Рис. 2.24. Устройства, регулирующие поток жидкости
Рис. 2.25. Распределители жидкости:
а – раздача жидкости; б – прием жидкости
Рис. 2.26. Течение жидкости, связанное с процессами присоединения
или отделения потоков жидкости:
а – тройник на отделение потока; б – тройник на слиянии (разделении)
потоков; в – тройник на присоединении потока
81
2.6. Гидравлический расчет трубопроводов
а
б
в
а)
б)
в)
2.6.1. Типы трубопроводов
При гидравлическом расчете трубопроводы подразделяют на простые и
сложные. Под простым трубопроводом подразумевается трубопровод,
состоящий из одной линии труб с постоянным расходом пути (рис. 2.27 а).
Сложные трубопроводы состоят из сети труб.
В сложных трубопроводах происходит изменение расхода по пути
движения жидкости. Подающий (собирающий) трубопровод подает жидкость
сразу в ряд точек.
Сеть может быть разветвленной (разомкнутой и тупиковой, рис. 2.27 б)
или кольцевой (замкнутой, рис. 2.27 в) и включать как транзитные участки
трубопроводов (без раздачи жидкости по пути), так и распределительные
трубопроводы.
Рис. 2.27. Виды трубопроводов:
а – простой трубопровод; б – разветвленный тупиковый трубопровод;
в – закольцованный разветвленный трубопровод
82
H
g
V
g
Vdl
g
V
g
p
z
g
V
g
p
z
2
222
2
1
2
1
2
10
0
2
0
0
Z
0
Z
1
0-0
1-1
d
1
d
2
Рис. 2.28. Простой трубопровод
2.6.2. Расчет простых трубопроводов
Рассмотрим простой трубопровод, состоящий из труб разного диаметра
(рис. 2.28). Истечение проходит из резервуара в атмосферу. При течении по
такому трубопроводу не происходит изменение расхода жидкости по пути.
При истечении жидкости в атмосферу уравнение Бернулли, записанное для
сечения 0-1 на поверхности воды в резервуаре и на выходе из трубы, имеет вид
. (2.104)
Используя уравнение расхода Q=ω V, производится расчет простых
трубопроводов.
83
При расчете трубопроводов решаются три задачи.
)1(
8
42
2
d
l
dg
Q
H
Первая задача. Определить напор Н, необходимый для пропуска заданного
расхода жидкости Q по заданному трубопроводу диаметром d и длиной l.
Задача решается путем непосредственного использования формулы (2.104) с
предварительным вычислением средней скорости V=4Q/(d2). Тогда искомый
напор можно определить из выражения:
. (2.105)
Определение значений коэффициентов λ и ζ в данной задаче не вызывает
затруднений, так как число Рейнольдса заранее известно.
Вторая задача. Определить пропускную способность (расход)
трубопровода Q при условии, что известны напор Н, длина трубы и ее диаметр.
Задача решается с помощью формулы (2.104), согласно которой:
Q=0.25πd2[2gH/(1+λl/d+Ʃζ)]
0.5
. (2.106)
Так как коэффициенты λ и ζ являются функциями числа Рейнольдса,
которое связано с неизвестным и искомым здесь расходом Q, то решение
находим методом последовательных приближений, полагая в первом
приближении существование квадратичного закона сопротивления, при
котором коэффициенты не зависят от числа Рейнольдса.
Третья задача. Определить диаметр трубопровода d при заданном расходе
Q, длине трубопровода l и напоре Н. Здесь также используем формулу (2.106),
84
но встречаемся с затруднениями в вычислениях, так как не только неизвестно
d
Q
Q
расче
т
d
расчет
число Рейнольдса, но и по отношению к искомому диаметру получаем
уравнение высших степеней или даже трансцендентное уравнение. В связи с
этим решаем задачу методом последовательных приближений, предполагая в
первом приближении наличие квадратичного закона сопротивления, при
котором коэффициент является функцией только диаметра (при заданной
шероховатости стенок трубы).
Тогда уравнение приводится к виду:
Q=0.25πd2[2gH/(1+λl/d+Ʃζ)]
0.5
, (2.107)
где λ=f(d)
Рис. 2.29. Графическое решение расчета
диаметра трубопровода
Задаваясь рядом значений диаметра d1, d2, ...dn и вычисляя по формуле
(2.106), соответственно, ряд значений расхода Q1, Q2,...Qn, строим график
Q=f(d) из которого определяем диаметр, отвечающий заданному расходу.
85
1
2
3
4
l=
Q=
d=
5
6
2.6.3. Расчет сложных трубопровод
Сложные трубопроводы состоят из сети труб. По пути движения жидкости
в сложных трубопроводах происходит изменение расхода. Подающий
(собирающий) трубопровод подает жидкость сразу в ряд точек. Сеть может
быть разветвленной (разомкнутой или тупиковой 2.27 б) или кольцевой
(замкнутой, рис. 2.27 в) и включать как транзитные участки трубопроводов (без
раздачи жидкости по пути), так и распределительные участки трубопроводов.
Рис. 2.30. Сложный трубопровод
Расчет сложного трубопровода (рис. 2.30) проводится по следующему
алгоритму:
– определяется самое протяженное и нагруженное направление движения
жидкости по сети (магистральное направление, участки 1-2-3-4, рис. 2.30;
86
– по магистральному направлению определяются расчетные участки.
22
22
...
ii
iсмiтрi
VVdl
ppp
Границей расчетного участка является точка изменения расхода жидкости;
– на расчетных участках определяется расход жидкости – Q, его длина – l;
– задается скорость движения жидкости на расчетных участках v;
– используя уравнение расхода – Q=ωV определяется площадь
поперечного сечения канала – ωi;
– зная поперечную площадь канала, определяем диаметр трубопровода
dр=(4ω/π)
0.5
;
– по расчетному диаметру dр подбирается действительный диаметр
трубопровода dд, соответствующий стандартному сортаменту труб;
– по значению действительного диаметра трубопровода уточняется
скорость движения жидкости V=4Q/πd
2;
д
– зная величину действительной скорости и диаметр трубопровода на
участке, определяется режим течения, используя критерий Рейнольдса
Re=V dд/ν;
– по численной величине критерия Рейнольдса определяем значение
коэффициента гидравлического сопротивления трения λ, например, по формуле
А.Д. Альтшуля –λ=0.11(Δ/d+68/Re)
0.25
;
– определяем потери давления на трение по расчетным участкам,
используя известную формулу Дарси-Вейсбаха pтр=λlV2ρ/2d;
– определяем значения величин местных сопротивлений – ζ на расчетных
участках (с учетом режима течения по численному значению критерия Re) и
находим потери давления в местных сопротивлениях
р
=ƩζV
м.с
2
ρ/2;
i
– находим общие потери давления на расчетных участках
;
87
– определяем суммарную потерю давления по магистральному
22
22
...
ii
iсмiтрi
VVdl
ppp
направлению
;
– находим потери давления по ответвлениям и увязываем потери давления
по указанным участкам с давлением на участке магистрального трубопровода;
– по полученным значениям потери давления Ʃpi и расходу жидкости – Q
подбирается гидравлическая машина.
2.6.4. Расчет сложного кольцевого трубопровода
Расчет сложного трубопровода (рис. 2.31) представляет собой достаточно
сложную гидравлическую задачу. Однако, решение данной задачи упрощается,
если представится возможным выделить точку «схода» (рис. 2.31). Под точкой
схода подразумевается участок трубопровода, на котором «гипотетически»
расход жидкости нулевой.
В этом случае алгоритм расчета сводится к следующим шагам:
– выбирается точка «схода» по признакам удаленности и загруженности
магистральных направлений движения жидкости;
– полученные трубопроводы рассчитываются по схеме, приведенной в
разделе 2.6.3, как «тупиковые»;
– полученная невязка «левого» и «правого» контура устраняется
установкой дополнительного запорно-регулирующего оборудования с байпас
линией.
88
Т.С.
1
2
3
4
5
6
Рис. 2.31. Расчетная схема кольцевого
сложного трубопровода
89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Луканин Н.В. и др. Теплотехника. – М., В.Ш., 2002.
2. Альтшуль А.Д. и др. Гидравлика и аэродинамика. – М.: Стройиздат,
1987.
3. Давыдов А.П. Методические указания по проведению лабораторных
работ по гидравлике. – Казань: КГАСУ, 2011.
4. Давыдов А.П. Примеры решения задач по гидравлике. – Казань:
КГАСУ, 2008.
5. Замалеев З.Х., Валиуллин М.А., Давыдов А.П. Инженерные системы
зданий и сооружений. – Казань: Изд-во Казанского государственного
архитектурно-строительного университета, 2017. – 94 с.
6. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]