Общие сведения. Простой трубопровод постоянного сечения
При гидравлическом расчете трубопроводы подразделяют на простые и сложные. Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб (не имеет ответвлений) с постоянным расходом по длине трубопровода. Всякие другие трубопроводы называются сложными.
Рассмотрим простой трубопровод постоянного сечения. При истечении в атмосферу (рис. 6.1а), Рис.6.1. К расчету простого трубопровода
уравнение Бернулли, записанное для сечений на поверхности воды в резервуаре и на выходы из трубы, имеет вид: Пренебрегая величиной
При истечении под уровень (рис. 6.1б) получим аналогично:
В этом уравнении в отличие от предыдущего местные сопротивления оценены двумя слагаемыми По аналогии с первым случаем, пренебрегая величиной
Формулы (6.1) и (6.2) тождественны между собой, и гидравлические расчеты для обеих схем трубопровода будут одинаковы. Различие состоит лишь в том, что при истечении под уровень, единица, стоящая в скобках в правой части, представляет собой коэффициент сопротивления «на выход» потока под уровень, в то время как при истечении в атмосферу она учитывает кинетическую энергию, оставшуюся в потоке после выхода из трубопровода, которая может быть так или иначе использована.
Таким образом, напор Н при истечении под уровень равен сумме всех сопротивлений:
Гидравлический расчет простого трубопровода сводится к решения трех основных задач (для заданных конфигураций трубопровода, его материала и длины). Первая задача. Требуется определить напор Н, необходимый для пропуска заданного расхода жидкости Q по заданному трубопроводу диаметром d и длиной
Тогда искомый напор
Определение значений коэффициентов Вторая задача. Требуется определить пропускную способность (расход) трубопровода Q при условии, что известны напор Н, длина трубы
Т.к. коэффициенты Третья задача. Требуется определить диаметр трубопровода d при заданных значениях Q,
Тогда уравнение (6.4) приводится к виду
Задаваясь рядом значений диаметра d1, d2, …,du и вычисляя по последней формуле соответственно Q1, Q2, …, Qu, строим график Q=f(d) (рис.6.2), из которого определяем диаметр, отвечающий заданному расходу. Рис.6.2. К расчету диаметра Трубопровода при заданном расходе 6.1.1. Рассмотрим простой трубопровод, состоящий из труб разного диаметра (рис. 6.3), уложенных в одну линию одна вслед за другой (последовательное соединение труб). Уравнение Бернулли для этого случая запишется в виде:
где
Рис.6.3. Последовательное соединение трубопроводов
Потери напора на первом участке с диаметром трубы d1: Аналогично для последующих участков: В последнем равенстве в скобках добавлено третье слагаемое – единица, учитывающая потери напора на выход (об этом говорилось ранее) Таким образом, расчетное уравнение имеет вид:
Из уравнения (6.5) видно, что решение первой и второй задач будет таким же, как для трубопровода постоянного диаметра. Третья же задача, если в ней есть потребность определения всех диаметров для всех участков, становится неопределенной, т.к. в этом случае уравнение (6.5) содержало бы n неизвестных. Очевидно, что для определенности решения надо задавать диаметры труб для всех участков, кроме одного.
6.1.2. Расчет длинных трубопроводов в квадратичной областисопротивления. Квадратичная область сопротивления – когда коэффициент гидравлического трения не зависит от числа Re, а определяется только относительной шероховатостью стенок трубопровода. В длинных трубопроводах потери напора на трение во много раз превосходят потери на местные сопротивления Например, в магистральных водопроводах местные потери напора часто составляют < 2-3% от потерь на трение. Для длинных трубопроводов уравнения (6.1)и (6.2) принимают вид:
Уравнение (6.3) приводится к виду
Уравнение (6.4) к виду
где А – удельное сопротивление трубопровода
А полное сопротивление S=A Если обозначить
то уравнение (6.7) примет вид
Показатель К, имеющий размерность расхода, называется модулем расхода или расходной характеристикой трубопровода. Показатели A, S,K представляют собой обобщенные гидравлические параметры трубопровода, использование которых значительно упрощает гидравлические расчеты. Действительно, для квадратичной области сопротивления параметры Акв и Ккв зависят только от диаметра трубопровода (при заданной его шероховатости), а параметр Sкв – от диаметра и длинны трубопровода. Следовательно, значения обобщенных гидравлических параметров могут быть заранее вычислены для каждого диаметра d, входящего в установленный стандарт и сведены в таблицы. Так, например, в таблице 6.1 [1] приведены значения Акв, подсчитанные по формуле (6.9) при значении Кэ=0,1мм. Три основные задачи по расчету трубопроводов с использованием обобщенных гидравлических параметров решаются следующим образом: 1) определение напора Н, необходимого для пропуска расхода Q по заданному трубопроводу диаметром d, производится непосредственно по формуле (6.7) или (6.12); 2) для определения пропускной способности трубы Q при заданных d, 3) для определения необходимого диаметра d при заданных Q, При последовательном соединении трубопроводов различных диаметров и длины полная потеря напора в трубопроводе будет
Подставляя для каждой потери напора ее выражения по формуле (6.7), получим
где Таким образом, при последовательном соединении трубопроводов сопротивления отдельных участков складываются. Из уравнения (6.13) находим выражение для пропускаемого расхода
По найденному расходу можно вычислить потери напора на отдельных участках (например,
В случае неквадратичной области сопротивления параметры А (или К) зависят не только от диаметра трубы, но также и от скорости движения в ней, в связи с чем решение задач несколько осложняется. Формулу (6.7) можно представить в виде
Введем обозначение Тогда формула (6.16) примет вид
где Принимая во внимание выражения для
.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|