Главная » Электирика

Потери напора по длине трубопровода




Расчет потерь напора воды в трубопроводе

Чтобы выбрать насос для скважины. необходимо сделать расчёт потребного напора. а одна из частей определения потребного напора – это расчёт потерь напора в трубопроводе. Именно этой части вопроса посвящена данная статья.

Потеря напора в трубопроводе связана с тем, что поток воды, протекающий внутри трубы, испытывает сопротивление. Его величина зависит от:

  1. диаметра трубы – чем меньше диаметр, тем больше сопротивление
  2. скорости потока – чем больше скорость потока, тем больше сопротивление
  3. гладкости внутренней поверхности трубы.

Даже двигаясь по прямой, горизонтальной трубе, поток воды испытывает сопротивление, пусть и небольшое. При большой протяженности трубопровода суммарное сопротивление может оказаться значительным.

Расчёт потерь напора на прямых участках трубопровода

Чтобы не вдаваться в глубокие теоретические расчеты, можно воспользоваться уже готовыми таблицами с вычисленными данными для всех основных диаметров труб и расходов воды. Сейчас повсеместно используются полимерные трубопроводы – из полипропилена, полиэтилена низкого или высокого давления и других полимеров. Такие трубы имеют массу преимуществ перед стальными трубами: они легче, проще в монтаже, не подвержены коррозии, дешевле, более гладкие, и как следствие в них меньше потери напора.

В этой таблице приведены значения потери напора на 100 м трубопровода. Потеря напора указана в метрах водного столба.

В этой статье мы решим задачку на потерю напора в трубопроводе. Данная статья поможет вам понять, как идет сопротивление движению потока. На реальных цифрах, опишу алгоритм как это делать. Используем основные формулы.

Разберем простой пример с трубой, как видно на изображении в начале трубы насос потом идет манометр. который позволяет измерить давление жидкости в начале трубы. Через определенную длину установлен второй манометр. который позволяет измерить давление в конце трубы. Ну и в самом конце стоит кран. Эта схема достаточно проста, и я попытаюсь привести примеры. И так начнем.

Вообще существует не один способ как узнать потерю напора: Способ, когда известно давление вначале и в конце трубы. можно вычислить потерю напора по формуле: М1-М2=Давление. то есть эта разница между двумя манометрами. Допустим у нас получилось, грубо говоря 0,1 МПа, что составляет одну атмосферу. Это значит у нас потеря напора по длине составляет 0,1 МПа. Обратите внимание, мы можем указывать потерю напора по двум величинам, это по гидростатическому давлению, что составляет 0,1 МПа и по высоте напора водного столба в метрах, что составляет 10 метров. Как я не однократно говорил каждые 10 метров это одна атмосфера давления.

Существует ряд методов, как рассчитать потерю напора не имея манометров на трубах. Ученые исследователи приготовили для нашего пользования замечательные формулы и цифры, которые нам пригодятся.

Существует хорошая формула которая позволяет вычислить потерю напора по длине трубопровода.

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.

λ-коеффициент гидравлического трения, находится дополнительными формулами о которых опишу ниже.

L-длина трубопровода измеряется в метрах.

D-внутренний диаметр трубы. то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.

А теперь поговорим о коэффициенте гидравлического трения.

/ Гидравлика к октябрю / Гидравлика Лекции

- потери на преодоление местных сопротивлений .

Полные потери напора равны сумме всех потерь

(3.10)

Потери напора по длине

При равномерном движении в трубах потери напора по длине, как при турбулентном, так и при ламинарном движении определяются для круглых труб по формуле Дарси

(3.11)

а для труб любой другой формы сечения по формуле

(3.12)

В некоторых случаях также используют формулу

(3.13)

Потери давления на трение по длине , Па, определяются по формуле

(3.14)

где ─ длина участка трубы или канала, м

─эквивалентный диаметр, м

─средняя скорость течения, м/с

─гидравлический радиус трубы, м

─коэффициент гидравлического трения

─коэффициент Шези, связанный с коэффициентом гидравлического трения зависимостями

В зависимости от режима движения применяются различные формулы для определения коэффициента гидравлического трения.

При ламинарном движении по трубам круглого сечения коэффициент гидравлического трения определяется по формуле

(3.15)

а для труб любой формы сечения

(3.16)

где А ─ коэффициент, численное значение которого зависит от формы поперечного сечения трубы.

Тогда формула для определения потерь напора по длине при ламинарном режиме принимает вид

(3.17)

Впервые наиболее исчерпывающие работы по определению были даны И.И. Никурадзе, который на основе опытных данных построил график зависимостиотдля ряда значений. Опыты Никурадзе были проведены на трубах с искусственно заданной шероховатостью, полученной путем приклейки песчинок определенного размера на внутренние стенки трубопровода. Результаты этих исследований представлены на рисунке 3.5, где построены зависимостиот для ряда значений .

Прямая I соответствует ламинарному режиму движения жидкости в соответствии с выражением (3.15).

При турбулентном режиме различают три области гидравлических сопротивлений, установленных в результате опытов, проведенных Никурадзе (см. рисунок 3.5)

Рисунок 3.5 ─ График Никурадзе

Первая область ─ область малых и. где коэффициент не зависит от шероховатости, а определяется лишь числом (отмечена на рисунке 3.5 прямой II).

Это область гидравлически гладких труб. Если число Рейнольдса лежит в диапазонекоэффициент определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса

. (3.18)

или по формуле П.Н. Конакова

(3.19)

Во второй области, расположенной между линий II и пунктирной линией справа, коэффициент зависит одновременно от двух параметров ─ числа и относительной шероховатости. которую можно заменить на . Для определения в этой области может служить универсальная формула А.Д. Альтшуля

. (3.20)

где ─ эквивалентная абсолютная шероховатость.

Третья область ─ область больших и. где не зависит от числа. а определяется лишь относительной шероховатостью (область расположена справа от пунктирной линии). Это область шероховатых труб. в которой все линии с различными шероховатостями параллельны между собой. Эту область называют областью автомодельности или режимом квадратичного сопротивления, так как здесь гидравлические потери пропорциональны квадрату скорости.

Определение для этой области производят по упрощенной формуле Альтшуля

. (3.21)

Потери напора на местные сопротивления

Местные потери напора обусловливаются преодолением местных сопротивлений, создаваемых фасонными частями, арматурой и прочим оборудованием трубопроводных сетей. Местные сопротивления вызывают изменение величины или направления скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода, что связано с появлением дополнительных потерь напора. Движение в трубопроводе при наличии местных сопротивлений является неравномерным. Потери напора в местных сопротивлениях (местные потери напора) вычисляют по формуле Вейсбаха:

(3.22)

где — средняя скорость в сечении, как правило, расположенном ниже по течению за данным сопротивлением безразмерный коэффициент местного сопротивления. Для определения потерь давления формула (3.29) преобразуется к виду:

(3.23)

Значения коэффициентов местных сопротивлений зависят от конфигурации местного сопротивления и режима потока, подходящего к сопротивлению этот режим определяется коэффициентом гидравлического трения подходящего потока, т.е. числом Рейнольдса и относительной шероховатостью.

Внезапное расширение трубопровода

Рисунок 3.6 ─ Внезапное расширение трубопровода

Потери напора при внезапном расширении трубопровода находят по формуле Борда:

(3.24)

где и— средние скорости течения соответственно до и после расширения.

Таким образом, потеря напора при внезапном расширении трубопровода равна скоростному напору от потерянной скорости.

Коэффициент местного сопротивления в формуле Вейсбаха (3.29) определяется выражениями:

(3.25)

(3.26)

где и— площади сечений трубопровода соответственно до и после расширения.

Внезапное сужение трубопровода

Рисунок 3.7 ─ Внезапное сужение трубопровода

Коэффициент местного сопротивления при внезапном сужении

(3.27)

где — коэффициент сжатия струи, представляющий собой отношение площади сечения сжатой струи в узком трубопроводек площади сечения узкой трубы (рисунок 3.9):

(3.28)

Коэффициент сжатия струи зависит от степени сжатия потока

(3.29)

и может быть найден по формуле А.Д. Альтшуля:

(3.30)

Значения подсчитанные по формуле (3.30), приведены в табл. 3.1

Таблица 3.1 ─ Коэффициент сжатия струи

Источники: http://stroy-svoimi-rukami.ru/skvazhina/raschet/21/, http://infobos.ru/str/556.html, http://www.studfiles.ru/preview/3190203/page:2/


Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением