3.6 Практическое занятие «Расчет короткого трубопровода» Основные сведения
Коротким называется трубопровод, при расчете которого учитываются особенности местных потерь напора в каждом конкретном сопротивлении, а уравнение Бернулли применяется в канонической форме. Это целесообразно делать в случаях, когда доля местных потерь напора велика. Поэтому практически трубопровод считается коротким, если в нем местные потери напора превышают 10 % от потерь напора по длине.
Имеются три основных типа задач при гидравлическом расчете коротких трубопроводов.
1. Определение напора (давления) в начале потока и (или) в других его сечениях при заданном расходе и известных геометрических размерах установки.
2. Определение расхода при заданных геометрических размерах установки и известном действующем напоре.
3. Определение длины или диаметра трубопровода при заданных значениях расхода, напора и геометрической схемы установки.
В некоторых случаях, например, для определения давления, может возникнуть также вопрос о распределении напоров вдоль потока. Наиболее наглядно такое распределение, представляется в графической форме. Графики, показывающие величину полного Н, потенциального Hп = z + p/g и геометрического z напора в каждом сечении потока, соответственно называется напорной H = f1(L), пьезометрической Hп = f2(L) и геометрической z = f3(L) линиями.
Основные расчетные зависимости и параметры
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости:
(3.27)
или в сокращенной форме
(3.27, а)
где z1, z2 — геометрические напоры, соответственно в сечениях 1 и 2. Геометрический напор отсчитывается расстоянием по вертикали от плоскости сравнения до центра тяжести рассматриваемого сечения;
—пьезометрические
напоры в соответствующих сечениях;
—потенциальный
напор в рассматриваемом сечении;
—полный напор в
данном сечении;
h1-2 — потери напора на участке потока между сечениями 1 и 2;
р — давление в центре тяжести рассматриваемого сечения;
υ — средняя скорость потока в соответствующем сечении;
a — коэффициент кинетической энергии (Кореолиса), зависит от формы эпюры скоростей. Для круглых труб при ламинарном режиме a = 2, при турбулентном — a = 1,1.
2. Уравнение неразрывности (постоянства расхода) для жидкостей и газов, сжимаемостью которых в данном процессе можно пренебречь:
,
(вдоль потока) (3.28)
где Q — расход потока жидкости;
S — площадь поперечного сечения потока.
3. Формулы для определения потерь напора и давления:
а) по длине потока:
(3.29)
где l — коэффициент гидравлического трения;
l — длина участка русла, на котором определяются потери напора;
d — диаметр трубопровода; если русло некруглое, то вместо d принимают величину, равную четырем гидравлическим радиусам, то есть d = 4R.
б) в местных сопротивлениях:
,
(3.30)
где z — коэффициент гидравлического сопротивления.
Число Рейнольдса:
,
(3.31)
где ν — кинематический коэффициент вязкости.
Относительная гладкость:
(3.32)
где D — абсолютная эквивалентная шероховатость.