4.2 Движение воды в напорных трубах

При напорном движении все сечения трубы занято водой. Напор воды создается или высоким расположением источника воды, из которого вода поступает в трубу, или насосами. Напорное движение встречается в водопроводных трубах, дождевальных трубопроводах, фонтанах и пр.

При напорном движении воды как по трубам, так и в открытых водотоках происходят потери напора. При подаче воды по трубам и поступлении ее под уровень (рис. 3) общий напор Н (энергия напора) полностью затрачивается на преодоление сопротивлений по длине _hдл и местных сопротивлений h_м на входе и выходе. При истечении в атмосферу за счет остаточного напора (конечный напор h_c) создается скорость при выходе из трубы:

H = h_дл + h_м + h_c, (4.17)

Рисунок 3 - Схема формирования потерь напора при истечении под уровень

При равномерном движении жидкости потери напора по длине и местные потери определяются по формулам (4.1) — (4.5).

Потери по длине при напорном движении в круглых трубах можно рассчитать по формуле

h_дл = (I /d )*(V² / 2g), (4.18)

Для стальных и чугунных труб:

 = 0.02(1 + 1/40 d), (4.19)

где d — диаметр трубы, м.

Потери напора по длине трубы можно определить по формуле:

h_дл = A / Q², (4.20)

где А — удельное сопротивление трубы на 1 м при расходе воды 1 м³/с;

I — длина трубопровода, м;

Q — расчетный расход, м³/с.

Величина А для новых труб может быть вычислена по формуле

А = 0.0013877 / d ^{5, 2857} , (4.21)

Вычисленные удельные сопротивления для труб некоторых диаметров приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Удельное сопротивление труб

d,мм	А	d,мм	А	d,мм	А	d,мм	А
35	41840	100	268	200	6.86	400	0.176
50	10340	125	82.4	250	2.11	450	0.094
75	1113	150	31.4	300	0.805	500	0.021

Для старых труб вычисленные значения А нужно умножить на 1.17. Местные потери определяют по формуле

h_м = _м V² / 2g, (4.22)

Значения коэффициента местных потерь _м приведены в справочниках. Вот некоторые из них:

при входе в трубу  _вх без закругления ее кромки...............................0.50

при входе в трубу  _вх с плавным очертанием входа.............0.50 — 0.10

при выходе из трубы  _вых под уровень воды........................................1.0

при движении через задвижку  _задв открытую:

на 3/4.........................................................................................................0.26

на 1/2.........................................................................................................2.0

на1/4.........................................................................................................17.0

Общие потери напора определяют по следующим формулам:

при истечении под уровень:

H =  I / d × V² / 2g + _м × V² / 2g, (4.23)

при истечении в атмосферу:

Y = I / d × V² / 2g + _м × V² / 2g + V² / 2g, (4.24)

Из этих уравнений можно получать скорости движения воды в трубах:

при истечении под уровень:

V = (2gH / (I / d +  м)); (4.25)

при истечении в атмосферу:

V = (2gH / (I / d +  м + 1)), (4.26)

При большой длине труб местными потерями можно пренебречь, суммарно эти потери не превышают 5 — 10 % потерь по длине трубы.