5.Гидравлический расчет трубопроводов

5.1.Расчет Коротких трубопроводов

Трубопровод называется коротким, если потери напора на местные сопротивления соизмеримы с потерями напора на трение. Поэтому при расчете учитываются и местные потери напора и потери напора на трение.

Трубопровод называется длинным, если потери напора на местные сопротивления гораздо меньше потерь напора на трение. В этом случае местные потери напора или не учитываются, или учитываются коэффициентом при потерях напора на трение:

Простым трубопроводом называется трубопровод, состоящий из последовательно соединенных участков труб разного диаметра не имеющий боковых ответвлений.

При расчете трубопроводов встречаются три основных типа расчета, при известной длине трубопровода l, Свойств жидкости – плотности  и динамической  или кинематической вязкости , геометрии трубопровода необходимо рассчитать:

• давление p по известным значениям диаметра трубопровода D и расходe Q;

• расход Q по известным значениям диаметра трубопровода D и давлениям p;

• диаметра трубопровода D по известным значениям давления p и расходе Q. Эта задача встречается при проектировании нового трубопровода или участка трубопровода.

5.1.1.Уравнение простого трубопровода

Рассмотрим вывод уравнения простого трубопровода для схемы короткого трубопровода показанного на рисунке 5.1. Насос из открытого бака перекачивает жидкость в сеть. На входе в насос стоит вакуумметр. Заданы свойства жидкости, материал трубопровода и геометрия трубопровода.

Рис. 5.36 – Короткий трубопровод: а - истечение под уровень; б – истечение в атмосферу

Для вывода уравнения простого трубопровода в данном случае:

1.5.1.1. Выберем два поперечных сечения там, где известны давления. Нумеруем эти сечения по направлению движения жидкости 1-1 и 2-2. Выбираем плоскость сравнения 0-0 проходящую через центр тяжести нижнего поперечного сечения.

1.5.1.2. Распишем значения z и p в этих поперечных сечениях. Для Рис. 5.1 z₁ = 0, z₂ = H_гвв, абсолютное давление в первом сечении равно атмосферному давлению p₁ = p_ат, абсолютное давление во втором сечении равно p₂ = p_ат - p_v.

1.5.1.3. Распишем скорости в поперечных сечениях. Площадь первого поперечного сечения гораздо больше площади поперечного сечения трубы, поэтому скорость в первом поперечном сечении гораздо меньше скорости в трубе и примем её равной нулю v₁ = 0. Площадь второго поперечного сечения равна площади поперечного сечения трубы, поэтому скорость во втором поперечном сечении равна скорости в трубе v₁ = v. Подставим полученные значения в уравнении Бернулли для потока реальной жидкости:

.

(5.0)

Упрощая полученное уравнение, получим

.

(5.0)

1.5.1.4. Находим потери напора в трубопроводе. Потери напора равны сумме потерь напора на местные сопротивления и сумме потерь напора на трение. Местными потерями являются: потери напора на сетке с обратным клапаном, которая ставится на входе в трубу: поворот трубы на 90; задвижка на трубе. Все эти потери рассчитываются по скорости после местного сопротивления, а это скорость в трубе. По справочникам находим значения коэффициентов этих местных сопротивлений _сетка, _пов, _зад. Потери напора на трение находится по формуле Дарси-Вейсбаха. Тогда потери напора равны

(5.0)

1.5.1.4. Подставим потери напора в уравнение Бернулли, получим:

(5.0)

Это и есть уравнение простого трубопровода для данного случая. Это уравнение не зависит от типа расчета трубопровода.