 |
Особенности расчета газопровода
|
|
|
|
Газы сжимаемы, и их плотность при уменьшении давления уменьшается. Следовательно, при уменьшении давления в направлении движения увеличивается объемный расход газа.
Рассмотрим горизонтальное течение газа в трубе постоянного диаметра (рис. 2.30). Массовый расход по длине трубы постоянен:
(2.92)
где S – площадь живого сечения трубы, 
Рис. 2.30. Схема газопровода
Поэтому уравнение (2.92) упрощается и принимает вид:
(2.93)
Как видно из (2.93), уменьшение плотности газа приводит
к увеличению его скорости. Введем обозначения 
и 
Принято считать, что если 
, то перепад небольшой.
Для небольшого перепада давления без большой ошибки можно использовать все формулы для капельной жидкости, принимая 
Рассмотрим случай, когда 
Для этого случая: 
и 
, поскольку согласно формуле (2.93) 
.
Запишем для участка длиной dx дифференциальное уравнение Бернулли с учетом потери давления:
(2.94)
В этом уравнении не все члены равнозначны. Члены r gdz и 
по сравнению с остальными для газа незначительны, поэтому их отбросим. Потери давления 
определим по уравнению Дарси – Вейсбаха:
(2.95)
В уравнении (2.95) величина r w 2 неизвестна. Заменим r w 2 через начальные параметры газа для сечения 1–1, предполагая, что газ течет
по трубе при постоянной температуре, т.е. процесс изотермический.
Для изотермы газа имеем соотношения:
Отсюда, согласно уравнению (2.93), получим: 
Используя полученное выражение для r w 2, перепишем (2.95)
и проинтегрируем: по давлению от 
до 
, по длине от 
до 
:
(2.96)
Обозначив 
для давления в сечении 2–2 получим формулу:
(2.97)
Зная 
находим 
:
(2.98)
Необходимо отметить, что при вводе расчетной формулы (2.98)
не было учтено возможное изменение коэффициента гидравлического сопротивления l.
|
|
|
При неизотермическом течении газа получить простую расчетную формулу типа (2.98) не удается.
Транспорт сжиженных газов не отличается от транспорта капельных жидкостей. Основное требование при их перекачке – давление в трубах
не должно быть ниже давления насыщения сжиженных газов при температуре перекачки. Если давление упадет ниже этого значения,
то жидкость закипит, в трубопроводе образуются газовые пробки и расход сжиженного газа резко упадет.
Некруглые трубопроводы
Для транспорта жидкостей в ряде случаев используются трубопроводы некруглого сечения. В таких трубах возникает сложная структура потока, в частности вторичные течения. Рассмотрим пример.
На рис. 2.31 для треугольного сечения показаны линии равных скоростей и вторичные течения в плоскости поперечного сечения трубы. Накладываясь на продольное движение, вторичное течение непрерывно переносит количество движения по направлению к углам, в результате чего в угловых участках наблюдаются сравнительно высокие
продольные скорости.
Рис. 2.31. Линии постоянных скоростей (изотахи)
и вторичные течения в треугольной трубе
Такого рода структуры потока можно получить и для других некруглых сечений, используя компьютерные технологии. Зная профиль скоростей, можно определить коэффициенты гидравлического сопротивления и, как следствие, потери напора.
Однако в инженерной практике применяется более простое приближенное решение: для определения потери напора в некруглых трубах применяется формула Дарси – Вейсбаха. В этой формуле в качестве диаметра трубы используется эквивалентный диаметр:
(2.99)
Здесь 
, 
.
Для расчета коэффициента гидравлического трения l используются те же формулы, которые были приведены раньше для круглого сечения.
Таким образом, при гидравлическом расчете некруглых трубопроводов используется тот же алгоритм расчета, что и для круглых трубопроводов, но вместо диаметра принимается эквивалентный диаметр.
|
|
|
Для равностороннего треугольника разница между результатами точного решения и приближенного составляет не более 10 %.
|
|
|
