Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёт трубопроводов. Методические указания к расчётной работе по дисциплине «Гидрогазодинамика»
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра промышленной теплоэнергетики
РАСЧЁТ ТРУБОПРОВОДОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к расчётной работе по дисциплине «Гидрогазодинамика»
Составитель А.В. Севостьянов
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2014
УДК 621.6 (07)
С281
Рецензент
кандидат технических наук, доцент Е.М. Крамченков
Севостьянов, А.В.
С281 Расчёт трубопроводов [Текст]: методические указания к расчётной
работе по дисциплине «Гидрогазодинамика» / А.В. Севостьянов. –
Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического
университета, 2014. – 53 с.
В методических указаниях приводится алгоритм расчёта коротких и
длинных трубопроводов, описан подбор насоса для выбранных рабочих
параметров длинного трубопровода.
Методические указания предназначены для студентов I курса физико-
технологического факультета специальности «Промышленная
теплоэнергетика» направления «Теплоэнергетика и теплотехника».
Табл. 3. Ил. 28. Библиогр.: 3 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий
государственный технический
университет», 2014
Оглавление
Основные сведения ..................................................................................................... 6
1. Расчёт коротких трубопроводов ............................................................................ 9
2. Расчёт длинных трубопроводов ........................................................................... 10
3. Построение графика пьезометрической линии .................................................. 12
4. Подбор насоса для сети ........................................................................................ 14
5. Задания ................................................................................................................... 14
5.1. Варианты задания на расчёт короткого трубопровода ............................... 15
5.2. Варианты задания на расчёт длинного трубопровода ................................. 35
6. Пример решения – расчёт короткого трубопровода .......................................... 36
6.1. Предварительные замечания .......................................................................... 37
6.2. Определение объёмного расхода ................................................................... 37
6.3. Определение показания манометра М2 ......................................................... 40
6.4. Определение напора насоса ........................................................................... 42
7. Пример решения – расчёт длинного трубопровода ........................................... 43
7.1. Расчёт магистрали ........................................................................................... 43
7.2. Расчёт ответвления .......................................................................................... 45
7.3. Построение графика пьезометрической линии ............................................ 47
7.4. Подбор насоса .................................................................................................. 48
Библиографический список ...................................................................................... 50
Приложение 1. График зависимости ............................................. 51
Приложение 2. Технические характеристики стальных труб условным
диаметром 25 – 1000 мм ........................................................................................... 52
3
Перечень условных обозначений
d – диаметр трубопровода, м;
dн – наружный диаметр трубопровода, м;
g = 9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести;
h – высота жидкости в колене жидкостного манометра, м;
hвс – высота всасывания насоса, м;
h
– потери напора между сечениями 1 и 2, м;
1-2
hw – потери напора на вязкое трение, м;
h
– потери напора на местном сопротивлении, м;
м.с.
l – длина трубопровода, м;
р – давление, Па;
р0 – давление на поверхности жидкости, Па;
s – толщина стенки трубы, м;
t – температура, °С;
w – скорость, м/с;
z – геометрическая высота, м;
Dу – условный диаметр трубопровода, м;
Dк – диаметр рабочего колеса насоса, м;
H – высота, пьезометрический напор, м;
Hн – напор насоса, м;
Hc – характеристика сети, м;
Hcт – статический напор, м;
K - сопротивление трубопровода, с2/м5;
Re – критерий Рейнольдса;
– объёмный расход, м3/с;
- потребный расход, м3/с;
S – площадь, м2;
- коэффициент Кориолиса;
- коэффициент местного сопротивления;
- коэффициент местного сопротивления поворота;
- коэффициент трения;
4
- коэффициент кинематической вязкости, м2/с;
- коэффициент кинематической вязкости для заданной температуры, м2/с;
- коэффициент кинематической вязкости для t = 50°C, м2/с;
π = 3,14159265358;
ρ – плотность, кг/м3;
Δэ – эквивалентная шероховатость, м;
Δh - удельный перепад напора, м/м;
ΔH - перепад напора, м;
Δz – перепад геометрических высот, м.
Обозначения на схемах
В – вентиль;
Др – дроссель;
М – манометр;
Н – насос;
Ф – фильтр.
Индексы
Верхние:
(1) и (2) – первое и второе приближения;
нижние:
ат – атмосферный;
в – вода;
вс – всасывание;
н – насос;
расч – расчётный;
рт – ртуть;
факт – фактический;
экв – эквивалентный;
В – вентиль;
Др – дроссель;
Ф – фильтр.
5
Основные сведения
Основными результатами расчёта трубопроводов являются сводка
диаметров труб на всех участках и потери напора или давления от источника до
диктующей точки. Диктующей точкой называется место расположения
потребителя, который находится в самом невыгодном положении по сравнению
с другими потребителями. Если потребитель в критической точке получает
необходимый расход при заданном напоре, то снабжение остальных
потребителей не вызывает проблем. Потери напора в сети наряду с потребным
расходом являются основными параметрами, определяющими выбор насоса.
Основой гидравлического расчёта трубопроводов является уравнение
Бернулли [1]. Для потока несжимаемой жидкости уравнение имеет
следующий вид
. (1)
Для ламинарного течения =2, для турбулентного - =1.05÷1,15. В
практических расчётах турбулентных потоков принимают =1.
Важным моментом является выбор положения плоскости сравнения 0-0,
от которой производится отсчёт геометрических высот z1 и z2 для двух живых
сечений, в которых определяются необходимые параметры.
Потери напора h
между выбранными живыми сечениями являются
1-2
суперпозицией потерь на вязкое трение в жидкости и потерь на местных
сопротивлениях. Потери на вязкое трение определяются по формуле Д’Арси
(2)
Коэффициент трения в этом соотношении зависит от режима течения и
области сопротивления. Режим течения можно установить по значению
критерия Рейнольдса. Значение критерия Рейнольдса определяется
характерными параметрами: средней по живому сечению скоростью,
внутренним диаметром трубы и коэффициентом кинематической вязкости
жидкости для заданной температуры
6
. (3)
Коэффициент кинематической вязкости сильно зависит от температуры.
Для воды используется эмпирическая формула
. (4)
Для минеральных масел применяется формула
, (5)
для солярового масла ν50=7·10-6 м2/с, n=1.54.
Если Re < 2300, то течение ламинарное. Для ламинарного течения
коэффициент трения определяется по формуле
(6)
Для турбулентного течения (Re > 2300) выбор формулы для
коэффициента трения зависит от области сопротивления. Границы области
определяются с помощью комплекса . Для области гидравлически гладкой
трубы
, (7)
для переходной (доквадратичной) области
(8)
и для области гидравлически шероховатой трубы (квадратичной области)
. (9)
Для каждой области сопротивления предлагаются свои соотношения для
коэффициента трения. Наиболее популярными является степенные формулы:
для гидравлически гладких труб – формула Блазиуса
, (10)
для переходной области – формула Альтшуля
, (11)
для гидравлически шероховатых труб – формула Шифринсона
. (12)
7
Степенные формулы справедливы в диапазоне значений Re < 105. Для
значений Re > 105 формулы (10) – (12) дают заметную ошибку, поэтому в этом
диапазоне значений Re используются логарифмические формулы:
для гидравлически гладких труб – формула Конакова
, (13)
для гидравлически шероховатых труб – формула Никурадзе
. (14)
Для переходной области применяется формула Коулбрука и Уайта
. (15)
Уравнение (15) является трансцендентным и по этой причине
непопулярным. Таблицы и графики, основанные на этом уравнении, можно
найти в литературе [2].
Потери на местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха
. (16)
По умолчанию в уравнение (16) входит скорость за сопротивлением.
Коэффициенты местных сопротивлений в диапазоне значений Re > 1000
определяются только формой местного сопротивления и их значения для
наиболее часто встречающихся местных сопротивлений приводятся в
литературе [2].
Для несжимаемых жидкостей одним из параметров потока является
объёмный расход
, (17)
для потока в круглой цилиндрической трубе
. (18)
8
1. Расчёт коротких трубопроводов
Короткими называются трубопроводы, в которых потери напора на
вязкое трение и на местных сопротивлениях сопоставимы по величине.
Существует несколько типов задач, встречающихся при расчёте коротких
трубопроводов. Задача в прямой постановке (конструктивный расчёт)
предполагает задание потребных расходов и плана трубопровода с
геометрическими отметками узловых точек. В этом случае определяются
диаметры труб на каждом участке и суммарные потери. Проверочный расчёт
предполагает известными диаметры всех участков трубопровода. Целью
проверочного расчёта является определение пропускной способности
трубопровода, т.е. определение расходов при заданном напоре или определение
потребного напора при заданных расходах.
Для определения общих потерь в трубопроводе используется принцип
суперпозиции (наложения) потерь
. (19)
Уравнение (19) выписано для трубопровода, содержащего n участков и m
местных сопротивлений и справедливо для случаев, когда расстояние между
местными сопротивлениями не менее 20 50 калибров (диаметров трубы).
Основным расчетным соотношением для коротких трубопроводов
является уравнение Бернулли (1). Для успешного применения уравнения (1)
необходимо выполнить следующую последовательность действий:
а) выбрать положение плоскости сравнения. Строгих требований по
выбору плоскости сравнения нет, рекомендуется размещать её наиболее
удобным для последующего решения образом;
б) выбрать два живых сечения потока. Наиболее удачным считается такое
расположение живых сечений, при котором в этих сечениях сосредотачивается
большая часть известных параметров и неизвестный параметр. Не всегда
удаётся выбрать живые сечения с первого раза, иногда приходится
возвращаться к этому пункту и корректировать положение этих сечений;
9
в) рекомендуется выписать уравнение Бернулли в виде, наиболее удобном
для последующего решения. Для несжимаемых жидкостей – это уравнение (1);
г) необходимо идентифицировать параметры уравнения (1) с исходными
данными;
д) выписать уравнение Бернулли с максимальным использованием
исходных данных;
е) разрешить полученное уравнение относительного неизвестного. Может
случиться так, что в полученном уравнении окажутся два или более
неизвестных. В этом ситуации необходимо привлекать так называемые
замыкающие уравнения. Самым популярным из них является уравнение
баланса расходов
, (20)
которое позволяет выразить скорость в одном сечении через скорость в
другом.
При решении сложных задач очень полезным может быть приём,
называемый декомпозицией, т.е. разложение сложной задачи на
последовательность более простых, что сильно облегчает решение
поставленной задачи. В таких ситуациях приходится применять уравнение (1)
несколько раз.
2. Расчёт длинных трубопроводов
Длинным называется трубопровод, потери напора на вязкое трение в
котором в десять и более раз превышают потери на местных сопротивлениях.
Основой расчёта являются уравнения Бернулли (1) и Д’Арси (2). В отличие от
коротких трубопроводов здесь допускается не учитывать каждое местное
сопротивление в отдельности, а увеличивать потери на трение на 10%.
Иногда местные сопротивления выражают через эквивалентную длину
прямого участка трубопровода. Эквивалентной длиной называют такую длину
прямого участка трубопровода данного диаметра, потери напора в котором при
пропуске данного расхода равны рассматриваемым местным потерям:
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]