1.5 Установившееся движение в напорных трубопроводах
Установившееся движение жидкости в напорных трубопроводах. Предварительные указания. Расчетные зависимости для определения потерь. Сложение потерь напора. Понятие длинных и коротких трубопроводов. Простой трубопровод постоянного диаметра. Истечение под уровень и атмосферу. Окончательные расчетные зависимости.
Длинный простой трубопровод: истечение под уровень и атмосферу. Параллельное и последовательное соединение. Задача о трех резервуарах.
Потери напора в случае расхода, переменного по длине трубы. Расчет сложного (разветвленного) незамкнутого трубопровода (трубопроводной сети). Замечания о расчете сложного замкнутого трубопровода.
Расчет трубопроводов для газов. Расчет трубопроводов для газов при больших перепадах давления. Влияние срока службы трубопроводов на их гидравлическое сопротивление. Расчет паропроводов.
Методические указания
При расчете трубопроводов следует различать два случая:
1-й
случай, когда местные потери напора
отсутствуют или ими можно пренебречь
В
этом случае практически имеем потери
по длине
и они определяются по формуле:
(36)
2-ой
случай, когда имеются местные потери
напора
,
причем ими нельзя пренебречь по сравнению
с потерями по длине
.
Потери по длине удобнее определять по формуле Вейсбаха-Дарси для трубы:
(37)
Что
касается местных потерь напора
,
то каждая такая потеря определяется по
зависимости Вейсбаха.
(38)
Необходимо знать расчет коротких и длинных трубопроводов как простых, так и сложных.
При рассмотрении простых коротких трубопроводов возможны случаи истечения жидкости в атмосферу и под уровень. При истечении в атмосферу используется уравнение Бернулли, которое записывается в виде:
,
(39)
а при истечении под уровень
(40)
Расчет простых длинных трубопроводов нужно вести в зависимости от их соединения, т.е. при последовательном или параллельном соединении.
В случае переменного расхода по длине трубы расчет этой трубы необходимо вести по формуле:
(41)
Сложные трубопроводы могут быть незамкнутыми, иначе тупиковыми и замкнутыми, иначе, кольцевыми.
Расчет тупиковой сети основан на выборе и расчете магистрали, а затем ответвлений. Для кольцевой сети необходимо знать основной принцип расчета.
Расчет
трубопроводов для газов под углом зрения
гидравлических расчетов следует
различать два случая: движение при малых
относительных перепадах давления между
начальным и конечным сечениями
;
при больших относительных перепадах
В первом случае возможно пренебречь сжимаемостью газа, т.е считать плотность газа неизменной по всей длине трубопровода; тогда расчет принципиально не отличается от расчетов для несжимаемых жидкостей.
Формулы для определения потерь на трение и местных потерь в этом случае принимают вид
;
(42)
(43)
В длинных трубопроводах потери давления на местные сопротивления невелики по сравнению с потерями давления на трение, и здесь можно полагать
(44)
Эту формулу можно переписать с учетом коэффициента 𝜆 ,определенного по формуле Альтшуля:
(45)
Во втором случае расчета трубопроводов для газов при больших перепадах давления нельзя полагать плотность газа постоянной по длине трубопровода. В этом случае потери давления нужно определять по формуле:
(46)
или с учетом 𝜆
(47)