4. Визначення діаметра зливного трубопроводу

Різниця рівнів рідини у резервуарах А і В (Рисунок 1 .4) дає нам величину наявного напору H_н = H₃ + H₂, за рахунок якого рідина перетікає з одно резервуара в інший і який іде на подолання втрат на тертя h_тер(зл) і в місцевих опорах h_м.о. зливної лінії:

,

де  – коефіцієнт гідравлічного тертя; l_розр. = l_зл + l_екв – розрахункова довжина зливного трубопроводу; _зл – швидкість течії.

Рисунок 1.4 Схема до розрахунку діаметра зливного трубопроводу

Дані для визначення розрахункової довжини зливної лінії відомі. Але, оскільки невідомий діаметр зливної лінії d_зл і, як наслідок, режим течії в зливній лінії,

бо , а ,

то задачу розв’язуємо графо-аналітичним методом.

Задаємось рядом значень d_і (і = 115) і робимо повний гідравлічний розрахунок для кожного діаметра. Орієнтовно можна взяти d₁ = 0,7d_нап. Крок розрахунку d повинен бути таким, щоб шуканий діаметр d_зл опинився поcередині вибраного діапазону діаметрів. Орієнтовно можна взяти d = (d_нап – d₁)/7.

Алгоритм розрахунку для діаметра d₁ наступний:

вибір формули для 



Рисунок 1.5 Знаходження діаметра зливного трубопроводу

Повний гідравлічний розрахунок зливного трубопроводу виконується на ПЕОМ, (мова “Паскаль”) за програмою “hd”, що є в фонді кафедри. Надрукувати програму і результати розрахунків, побудувати графік на міліметровому папері формату А4. За відомим значенням наявного напору H_н. знаходимо необхідний діаметр d_x = … мм (Рисунок 1 .5). В кінці виконати перевірочний розрахунок для одного з діаметрів, використаного для побудови графіка.

Приклад розрахунку:

Наявний напір H_н = H₂ + H₃ = 0,96 + 2,84 = 3,8 м.

Задача розв’язується графоаналітичним способом з застосуванням ЕОМ (додаток Д). Для цього в програму вводимо дані самопливного трубопроводу: довжину трубопроводу, витрату рідини, шорсткість труби, в’язкість рідини, еквівалентну довжину, коефіцієнт місцевого опору, мінімальний діаметр, максимальний діаметр, кількість точок для графіка. За отриманими значеннями результатів розрахунку будуємо гідравлічну характеристику трубопроводу – графічну залежність (додаток Е). Отримаємо параболічну криву, з якої за наявним напором Н_н = 3,8 м визначаємо діаметр зливного трубопроводу:

d_зл = 0,059 м.

Проведемо перевірочний гідравлічний розрахунок для d₁ = 0,05 мм. Обчислимо число Re:

Оскільки Re_I < Re < Re_II, то для визначення  використовуємо формулу Альтшуля:

.

Визначаємо швидкість руху рідини:

.

Визначимо втрати напору при значенні ,

:

.

Таким чином, отримані значення величин Re, , і h, відповідно до точності проведених розрахунків, співпадають з результатами, які отримані за допомогою програми (див. Додаток Д).

Відповідь: d_зл = 0,059 м.

5. Визначення втрат напору в місцевих опорах напірної лінії і їх еквівалентної довжини

Згідно схеми (Рисунок 1 .6) напірна лінія має:

• два різких повороти 90 (1, 2);

• два плавних стандартних повороти 90 (3, 6);

• витратомір Вентурі (4);

• засуву (5);

або ;

Рисунок 1.6 Схема до розрахунку напірної лінії

Оскільки всі ці місцеві опори розміщені на напірній лінії після манометра p_М1, то ми можемо використати його покази для визначення сумарного коефіцієнта місцевих опорів. Для цього запишемо рівняння Бернулі для перерізу 1-1, де розміщений манометр, і перерізу 2-2 на виході з напірної лінії:

.

Якщо площина порівняння розміщена на рівні перерізу 1-1, то величини, які входять в рівнянні Бернулі, будуть рівні:

z₁ = 0, z₂ = l₄ + l₈ – l₁₀;

p₁ = p_М1, p₂ = 0;

;

.

З врахуванням цього, рівняння Бернулі набуде вигляду:

,

звідки .

Коефіцієнт гідравлічного тертя  визначається згідно залежностей наведених в п.1.3.

Знаючи втрати h_м.о., знаходимо сумарний коефіцієнт місцевих опорів:

.

Еквівалентна довжина місцевих опорів буде рівна:

.

Тоді розрахункова довжина напірної лінії:

,

де – сумарна довжина всіх ділянок напірної лінії.

Приклад розрахунку:

Знаходимо швидкість потоку рідини і число Re в напірному трубопроводі:

,

.

Оскільки режим турбулентний, то визначимо перехідні числа Рейнольдса:

, отже течія відповідає зоні змішаного тертя і коефіцієнт тертя визначаємо за формулою Альтшуля:

.

Розраховуємо сумарний коефіцієнт місцевих опорів напірної лінії за формулою, отриманою з рівняння Бернулі для перерізів 1-1 і 2-2 (див. Рисунок 1 .6):

Еквівалентна довжина місцевих опорів напірного трубопроводу визначається за формулою:

.

Розрахункова довжина напірного трубопроводу

Відповідь: h_м.о.= 2,71 м; l_екв = 38,9 м; l_розр = 326,9 м.