Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Расчет сифонного трубопровода




ГЛАВА 3. Гидравлический расчет трубопроводов

 

Общие сведения

 

Он проводится с целью определения геометрических характеристик труб, предназначенных для пропуска заданного расхода жидкости или с целью установления гидравлических параметров потока, проходящего по трубопроводу заданной геометрии. Трубопроводы могут быть простыми и сложными, длинными и короткими. Простые – трубопроводы, не имеющие ответвлений. Сложные трубопроводы образуются в результате разветвлений, параллельных соединений, боковых отводов или замыканий в кольца труб разных длин и диаметров.

Длинные – трубопроводы, у которых потери напора по длине во много раз больше, чем местные (∆h l >> ∆hм). Если потери напора по длине и местные потери напора примерно одного порядка, то трубопроводы считаются короткими.

Реальные промышленные трубопроводы содержат, как правило, и прямые участки, и сужения, расширения, повороты, поэтому необходимо учитывать совместное влияние потерь напора по длине и местных потерь напора. Обычно их определяют независимо друг от друга и складывают (применяют принцип наложения потерь напора). При расчете промышленных трубопроводов часто упрощают расчет потерь напора, используя метод расходных характеристик. Суть его заключается в следующем. Согласно формуле Дарси-Вейсбаха, потери напора по длине определяются:

 

∆h= λ · (ℓ/d) · (V2/2g)

 

Выражая среднюю скорость V через расход, получаем:

 

V = Q/S = 4Q/ πd 2,

 

откуда ∆h= λ · (ℓ/d) · (16Q2/ π2d42g)

 

или ∆h= ℓQ2/K2

 

где К – расходная характеристика трубопровода, которая в общем случае является функцией λ и d.

 

В области шероховатых труб (квадратичного сопротивления), которая чаще всего имеет место в промышленной практике, λ = f(∆/d). Поэтому здесь К = f(∆, d).

Для промышленного сортамента труб значения К в квадратичной области сопротивления вычислены и приводятся в гидравлических справочниках.

При расчете длины трубопроводов местные потери напора обычно не рассчитывают, а просто увеличивают суммарные потери напора на 5 ÷10% от потерь напора по длине, то есть:

 

∆h = 1,1 · (ℓQ2/K2)

Типы задач по расчету трубопроводов

Как правило, рассматриваются три типа задач:

 

Дано: Определяется:

 

1. ℓ, ∆, μ, ρ, d, Q Нтр (требуемый напор)

 

2. ℓ, ∆, μ, ρ, d, H Q

 

3. ℓ, ∆, μ, ρ,Q, H d

 

Задачи первых двух типов возникают при реконструкции действующих производств, третьего типа – при проектировании новых производств. Задачи второго и третьего типа решаются, как правило, методом последовательных приближений.

Жидкость движется по трубопроводу благодаря тому, что ее энергия в начале трубопровода больше, чем в конце. Эта разница энергии может быть создана тем или иным способом: с помощью насоса, благодаря разности уровней жидкости, с помощью сжатого газа. В машиностроении и химической промышленности движение жидкости обычно осуществляется с помощью насосов.

 

Расчет простого трубопровода.

Характеристика сети

Расчет простого трубопровода относится к задачам первого типа. Пусть простой трубопровод постоянного сечения имеет прямые участки суммарной длиной ℓ и диаметром d, а также несколько местных сопротивлений. Насос подает жидкость в резервуар, на свободной поверхности которого поддерживается избыточное давление р2изб. Решается задача первого типа, в которой определяется требуемый напор. Выбираем плоскость сравнения 0 – 0 и записываем уравнение Бернулли относительно сечений 1 - 1 и 2 - 2. Считаем, что трубопровод длинный и работает в области шероховатых труб (т.е. имеется возможность использовать метод расходных характеристик):

 

ризб.1 + ратм. v12 ризб.2 + ратм.

0 + _______________ + _____ = h + ______________ + 0 + ∆h1-2

ρ g 2g ρ g

 

Поскольку ∆h1-2 = 1,1 · (ℓQ2/K2) и v1 = 4Q/ πd 2, после соответствующих подстановок и сокращений и с учетом того, что Hтр. = ризб.1/ ρ g, находим:

 

Hтр. = h + (ризб.2 / ρ g) + (1,1· ℓ / K2 _ 16/ π2d42g) · Q2

 

Сумма двух первых членов правой части полученного уравнения представляет собой статический напор (т.е. h + (ризб.2/ρg) = Hст). Иногда расход заранее неизвестен, тогда полученное уравнение может быть выражено в виде функции:

 

Hтр = Hст + A · Q2,

 

где А = (1,1· ℓ/ K2 _ 16/ π2d42g).

 

Величина A является постоянной для данного трубопровода. Зависимость требуемого напора от расхода называют характеристикой трубопровода (сети) и часто выражают графически. Зная Hтр и Q, можно произвести подбор насоса, обеспечивающего работу данного трубопровода.

 

Расчет сифонного трубопровода

Расчет сифонного трубопровода относится к задачам второго типа и является редким исключением, имеющим точное решение без последовательных приближений. Сифоном называется трубопровод постоянного диаметра, выполненный в виде петли, лежащей выше уровней двух резервуаров, которые он соединяет. Необходимым условием работы сифона является наличие относительного вакуума в трубопроводе (т.е. давление в нем должно быть меньше атмосферного, если жидкость в резервуаре контактирует с атмосферой). Тогда движущей силой процесса становится разность уровней жидкости в резервуарах, т.е. Н1 _ Н2 (при Н1 > Н2) независимо от высоты поверхностей, на которых расположены резервуары. Отсюда в соответствии с законом Бернулли и в предположении, что уровни жидкости в резервуарах практически постоянны и Sтрубопровода << S резервуаров, т.е. V1 ≈ V2 ≈ V, для сечений 1–1 и 2 – 2 должно выполняться:

 

Н1 + ратм/ ρ g + V2/2g = Н2 + ратм/ ρ g + V2/2g + ∆h1-2,

 

где ∆h1-2 = ∆h + ∆hм = λ ∙ (ℓ/d) · (V2/2g) + ∑ζ · (V2/2g)

------------------------------------

Отсюда V = √ 2g (Н1 _ Н2) / (λ ∙ (ℓ/d) + ∑ζ), и

--------------------

Qсифона = V · S = (πd2/4) · √ 2g (Н1 _ Н2) / R.

где R. = λ ∙ (ℓ/d) + ∑ζ - эффективный коэффициент сопротивления трубопровода.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...