Графоаналитические методы расчета трубопроводов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
Разработка бинарного урока по дисциплинам «Гидравлика», «Сбор и
подготовка скважинной продукции» на тему «Потери напора в
трубопроводах»
Выполнил преподаватель
нефтяных дисциплин
Булатникова И. Л.
2014
Потери напора в трубопроводах
1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
При составлении проекта обустройства месторождения, прежде всего
руководствуются расположением скважин, предусмотренным проектом
разработки данного месторождения, и дебитами этих скважин. По
известному расположению скважин на месторождении с учетом рельефа
поверхности выбирают места расположения групповых замерных установок
и трассы всех трубопроводов.
Трассой трубопровода является линия, определяющая положение
трубопровода на местности. Эта линия, нанесенная на карту или план
местности, называется планом трассы.
Проектирование трубопроводов на площади месторождения сводится к
решению следующих основных задач: 1) выбор рациональных длин и
диаметров выкидных линий и сборных коллекторов, отвечающих минимуму
расхода металла, затрат на их строительство и эксплуатационных издержек;
2) гидравлический, тепловой и механический расчет трубопроводов,
транспортирующих как однофазную, так и многофазную жидкость (нефть,
газ, вода); 3) выбор трассы трубопроводов; 4) составление продольных
профилей, характеризующих трассу трубопроводов.
Гидравлический расчет трубопроводов при движении по ним однофазных
жидкостей сводится обычно к определению или диаметра D, или начального
давления p1, или пропускной способности Q по известным формулам общей
гидравлики. В основе гидравлических расчетов трубопроводов лежит
уравнение Бернулли:
(1)
Каждый член уравнения в скобках имеет размерность высоты; первый член
уравнения z1 определяет положение различных точек линии тока над
плоскостью сравнения; второй член—р1/ρg также имеет размерность высоты
и называется пъезометрической высотой (или статической); третий член —
12 2 g называется динамической высотой (или скоростным напором). Эти
напоры при движении жидкостей по трубам расходуются в основном на
преодоление сил трения hтр и местных сопротивлений в трубопроводах
(задвижки, вентили, колена и т. д).
Формулы для определения потерь напора на трение. Потери напора на
преодоление сил трения hтр по длине трубопровода круглого сечения
определяются по формуле Дарси—Вейсбаха:
(2)
Формулу (1) можно представить иначе:
(3)
В формулах (2) и (3) обозначены: hтр — потери напора на преодоление сил
трения, м; Δр—потери давления, Па; l—длина трубопровода, м; D—диаметр
трубопровода, м; р—плотность жидкости, кг/м3; υ — средняя скорость
течения жидкости, м/с; Q—расход жидкости, м3/с; g—ускорение свободного
падения, м/с2; λ — коэффициент гидравлического сопротивления
(безразмерный), в общем случае зависящий от числа Рейнольдса (Rе) и
относительной шероховатости, т. е.
где Δ=2е/D—абсолютная шероховатость трубы, см; D—диаметр
трубопровода, см.
Если течение в трубе ламинарное (струйное), т. е. Rе<2300, то коэффициент
гидравлического сопротивления не зависит от шероховатости трубы и равен
(4)
Здесь
(5)
где Q — расход жидкости, м3/с; F=πD2/4 — площадь сечения трубы, м2; ν—
кинематическая вязкость жидкости, м2/с; D— внутренний диаметр
трубопровода, м; μ—динамическая вязкость жидкости, Па·с.
Формула (2) справедлива также и для турбулентного режима движения
жидкости. При этом режиме течения жидкости коэффициент λ зависит не
только и не столько от числа Рейнольдса, сколько от размеров и формы
неровностей на внутренней поверхности труб.
а
б
в
г
Рис.1 Шероховатость труб:
а– абсолютная шероховатость; б – гидравлически гладкие трубы;
в– переходная зона; г – гидравлически шероховатые трубы
Применяются
два
вида
шероховатости:
абсолютная
и
относительная. Абсолютной шероховатостью называется среднее значение
размеров выступов D на внутренней поверхности трубы. Шероховатость
зависит от материала трубы, качества ее изготовления и условий
эксплуатации.
По абсолютной шероховатости трубы делятся на три группы:
гладкие(D< 0,1 мм) - стеклянные, латунные, медные;
шероховатые(D= 0,1-1,0 мм) - новые стальные и чугунные водопроводные
трубы;
очень шероховатые(D> 1,0 мм) – канализационные, старые стальные и
чугунные трубы.
Абсолютная шероховатость сама по себе не оказывает влияния на
величину потерь, т.к. они еще зависят от поперечных размеров потока. По
этой причине вводят понятие относительной шероховатости.
Относительной шероховатостью называется отношение абсолютной
шероховатости к диаметру трубы, т.е.
e= D/d.
Относительная шероховатость оказывает влияние на потери. Таким
образом, коэффициент трения зависит от рассмотренных условий движения
жидкости. Он определяется опытным путем. При турбулентном движении у
стенки трубы всегда образуется пограничный ламинарный слой жидкости.
Этот слой как бы прикрывает шероховатость трубы, внося коррективы в
значение коэффициента трения.
Толщина ламинарного слоя не является постоянной, а зависит от Re, т.е.
при прочих равных условиях от скорости движения жидкости v.
Таким образом, в зависимости от соотношения толщины ламинарного
слоя d и абсолютной шероховатости D возможны три случая (см. рис.1):
1. Толщина ламинарного слоя d> D– шероховатость не оказывает влияния
на значение относительного коэффициента трения e– труба гидравлически
гладкая, хотя по абсолютной шероховатости она может быть даже очень
шероховатой.
2. Толщина ламинарного слоя меньше абсолютной шероховатости, т.е. d<
D; коэффициент трения не зависит от Re, а зависит в основном от
шероховатости труб, которые называются гидравлически шероховатыми.
При этом Re > 500/e.
3.
Толщина
ламинарного
слоя
примерно
равна
абсолютной
шероховатости, т.е. d= D; в этом случае коэффициент трения зависит от Re и
от относительной шероховатости.
Для расчетов вводят понятие об эквивалентной шероховатости Кэ, мм,
которая представляет собой условную форму шероховатости, размеры
которой так же влияют на характер движения жидкости в трубе, как и
реальные неровности в ней. В табл. 1 даны значения эквивалентной
шероховатости для труб из различных материалов.
Таблица 1 Значения эквивалентной шероховатости для труб из
различных материалов
Труба
Состояние трубы
Цельнотянутая стальная Новая, не бывшая в
Кэ, мм
0,02—0, 1
эксплуатации
до 0,04
Битумизированная
1,2—1.5
Водопроводная, бывшая в
эксплуатации
Очищенная после многих лет
Цельносварная
Стальная
Чугунная
0,04
работы
Новая или старая в хорошем
0,04—0, 1
состоянии
0,05
Новая битумизированная
0,15
Со слоем равномерной
0,25—1,0
коррозии
0,12—0,3
Новая
Асфальтированная
Бетонная
1,4
Водопроводная, бывшая в
эксплуатации
2,5
Асбестоцементная
Эксплуатируемая при средних
0,05—0,1
Керамическая
условиях
1,4
Новая
Глазурованная
На рис. 29 приведена номограмма для определения коэффициента
гидравлического трения λ при различных числах Рейнольдса и отношениях
d/Кэ. На номограмме выделены три области:
1 — область гидравлически гладких труб. Потери напора на трение по
длине прямо пропорциональны средней скорости течения жидкости в
степени 1,75; коэффициент λ зависит только от числа Рейнольдса;
II — область квадратичного сопротивления шероховатых русел. В этой
области, потери напора на трение по длине прямо пропорциональны квадрату
средней скорости: коэффициент λ не зависит от числа Рейнольдса (все линии
на рис. 29 параллельны оси абсцисс) и зависит только от относительной
шероховатости внутренней поверхности трубы;
ΙΙΙ— переходная область, расположенная между указанными областями.
Эта область доквадратичного сопротивления, в которой потеря напора по
длине пропорциональна средней скорости в степени m (2 > m > 1,75);
коэффициент λ зависит и от числа Рейнольдса, и от относительной
шероховатости.
При практических расчетах, определяя коэффициент λ гидравлического
трения
при
различные
турбулентном режиме движения
эмпирические
и
полуэмпирические
жидкости, используют
формулы.
Так,
для
гидравлически гладких труб при 4· 103 <Re < 105 коэффициент λ определяют
по формуле Блазиуса
(6)
В переходной области при 105 < Rеd ≤9,2·105 λ определяют по формуле
Альтшуля:
(7)
которая для области квадратичного закона сопротивления при Re > 9,2·105
приводится к формуле Шифринсона:
(8)
Гидравлический уклон характеризует потерю напора на единицу длины
трубопровода, т. е. согласно (2) будем иметь
(9)
Подставив в (9) значения λ из (4) и (6) и проведя несложные
преобразования, которых мы здесь не приводим, получим формулы более
удобные для практических расчетов:
для ламинарного режима
(10)
для турбулентного режима
(11)
Решая эти уравнения относительно каждого из входящих в него
параметров, получаем;
для ламинарного режима
для турбулентного режима
Принимаем следующие значения коэффициентов a и b
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.
Расход
Внутренний диаметр трубы, мм
м3/ч л/мин л/с 14
19
25
32
0,5
8,33
0,14 8,9 2,1 0,6
0,8
13,33 0,22 20,2 4,7 1,3 0,4
38 50 63 75 89
1
16,67 0,28 29,8 7
1,5
25
2
33,33 0,56
2,5
41,67 0,69
9,4 2,9 1,3 0,4
30
500
8,33
13
4
3,5
58,33 0,97
17
5,3 2,3 0,6 0,2
4
66,67 1,11
21,5 6,6 2,9 0,8 0,3 0,1
4,5
75
5
83,33 1,39
9,8 4,3 1,2 0,4 0,2
5,5
91,67 1,53
11,6 5,1 1,4 0,5 0,2
6
100
13,5 6
6,5
108,3 1,81
15,5 6,9 1,9 0,6 0,3
7
116,7 1,94
17,7 7,8 2,1 0,7 0,3
8
133,3 2,22
22,4 9,9 2,7 0,9 0,4 0,2
0,42
1,25
1,67
1,9 0,6
14,2 3,9 1,2 0,5
23,5 6,4 2
0,9
1,8 0,5 0,2
8,2 3,6 1
0,3 0,1
1,6 0,5 0,2
Для стальных труб можно использовать эти же значения, умножив их на
коэффициент 1,5.
При движении реальной жидкости помимо потерь на трение по длине потока
могут возникать и так называемые местные потери напора. Причина
последних, например в трубопроводах, – разного рода конструктивные
вставки: колено, тройники, сужения и расширения трубопровода, задвижки,
вентили и т. п., необходимость применения которых связана с условиями
сооружения и эксплуатации трубопровода.
Местные сопротивления вызывают изменение скорости движения жидкости
по значению (сужение и расширение), направлению (колено) или значению.
Направлению одновременно (тройник), поэтому часто указывают на
некоторую аналогию между явлениями, наблюдаемыми в местных
сопротивлениях, и ударом в твердых телах, который с механической точки
зрения также характеризуется внезапным изменением скорости.
На практике местные потери hмп определяют по формуле Вейсбаха
(12)
где ξ— безразмерный коэффициент местного сопротивления. Его значения
представлены в табл.2.
Из выражения (12) следует, что потери напора на преодоление местных
сопротивлений также существенно зависят от скорости движения (прямо
пропорциональны υ2, а следовательно, и Q2 ) жидкости по этому
сопротивлению.
Рис. 11.3. Местные сопротивления:
а– схема трубопровода; б – внезапное расширение жидкости;
в– колено без закруглений; 1 – колено; 2 – тройник; 3 – вентиль
Табл. 2 Значение коэффициента местного сопротивления
Графоаналитические методы расчета трубопроводов
При гидравлическом расчете трубопроводов широко используют графоаналитические методы. Их применение значительно облегчает и упрощает
решение некоторых сложных задач, а в отдельных случаях (например, при
исследовании совместной работы нескольких центробежных насосов на один
общий трубопровод) является единственно возможным приемом,
позволяющим получить искомое решение.
Предположим, что в простейшем случае имеется трубопровод диаметром d и
длиной L и по нему перекачивается жидкость, кинематическая вязкость ν
которой известна. Потери напора в данном трубопроводе представляют
собой функцию только расхода жидкости, т. е. ΔH=f(Q).
Изобразим эту зависимость графически:
Для этого, произвольно задаваясь рядом значений Q вычислим соответствующие им значения потерь напора ΔН и отложим (в масштабе) по оси абсцисс
значения Q, а по оси ординат – вычисленные значения ΔH. Соединив
полученные точки плавной линией, получим кривую из изменения потери
напора в трубопроводе в зависимости от расхода. Эту кривую называют
характеристической кривой, или гидравлической характеристикой
трубопровода.
В общем случае характеристическая кривая трубопровода состоит из отдельных участков разной формы – прямолинейного участка для ламинарного
режима (при малых Re) и параболической кривой для турбулентного режима
(в области больших Re), в свою очередь состоящей из участков разной
крутизны (т. е. Парабол с различными показателями степени) в разных зонах
этого режима.
Рассмотрим построение характеристик для более сложных трубопроводов.
Для простоты будем считать что они лежат в одной горизонтальной
плоскости.
При последовательном соединении трубопроводов; предварительно строят
характеристики отдельных последовательно включенных участков.
На рис. изображены характеристики I, II, III участков соответственно 1, 2, 3.
Так как при последовательном соединении потери напора суммируют,
сложим кривые I, II, III по вертикали. Для этого проведем ряд прямых,
параллельных оси ординат. Каждая из них пересечет эти кривые. Сложим
ординаты точек пересечений этих прямых с кривыми. Получим ряд точек – а,
b, с, ..., принадлежащих новой кривой I + II + III, которая представляет собой
искомую суммарную характеристику всего рассматриваемого трубопровода.
При параллельном соединении также, прежде всего следует построить характеристики отдельных параллельно включенных участков.
Пусть кривые II, III, IV — такие характеристики участков 2, 3, 4. Как уже
указывалось, при параллельном соединении общий расход определяется как
сумма расходов в отдельных параллельно включенных участках. Потери
напора в них одинаковы, а полные потери напора определятся как потеря
напора в одном из перечисленных участков. Для построения суммарной характеристики необходимо провести ряд горизонтальных прямых,
параллельных оси абсцисс, и сложить при постоянных ординатах абсциссы
точек их пересечения с характеристиками отдельных участков. В результате
получим ряд точек а, b, с,..., определяющих суммарную характеристику
II+III+IV трубопровода при параллельном соединении.
Таким образом, для построения суммарной характеристики сложного трубопровода необходимо сложить характеристики отдельных участков (при
параллельном соединении по горизонтали, при последовательном — по
вертикали).
В общем случае, когда трубопровод состоит из ряда участков, соединенных
между собой как последовательно, так и параллельно, суммарную характеристику всего трубопровода находят путем последовательного сложения
предварительно достроенных характеристик всех отдельных участков.
Сначала суммируют характеристики параллельно включенных участков 2, 3,
4 по горизонтали, а затем их суммарную характеристику по вертикали с
характеристиками участков 1 и 5, включенных последовательно.
В тех случаях, когда отдельные участки трубопровода лежат в разных плоскостях, при построении и суммировании характеристик необходимо учитывать также разность высот Δz между начальной и конечной точками
участков. Характеристики этих участков следует строить не от начала
координат, а из точек, отстоящих от него по оси ординат на величину Δz.
Значение Δz нужно откладывать вверх, если конечная точка участка располо–
жена выше начальной точки (подъем жидкости), и вниз, если она находится
ниже начальной точки (опускание жидкости). Аналогично следует поступать
и в тех случаях, когда жидкость подается в емкости с повышенным или
пониженным давлением. В первом случае высоту Δp/pg, соответствующую
разности начального и конечного давлений р1 – р2 = Δр, откладывают вверх, а
во втором – вниз.
По построенным гидравлическим характеристикам трубопроводов легко
определяются необходимый перепад напоров ΔH по заданному расходу Q
или расход по заданному перепаду напоров. Например, если для простого
трубопровода построена его гидравлическая характеристика, то, отложив
перепад напоров ΔH = Δz на оси ординат, по соответствующей ему точке
характеристики можно определить расход Q. Аналогично определяют
необходимый перепад напоров при заданном расходе.
Гидравлическую характеристику трубопровода используют также при
подборе центробежного насоса.
Для определения необходимого диаметра трубопровода по заданному Q и ΔH
строят, задаваясь разными значениями d, график зависимости = f (d). По
заданному значению ΔH определяют соответствующий ему диаметр
трубопровода d.
Практические задания
Задание 1. По выкидной горизонтальной линии с внутренним диаметром
100 мм и длиной 3 км подается нефть в количестве 200 т/сут, плотностью 0,8
т/м3 и вязкостью 5*10-4 м2/с. Определить потери давления, выразив их в Па и
м.
Порядок решения:
1. Определяем скорость нефти (м/с)
2. Определяем режим движения нефти
3. Определяем
коэффициент
гидравлического
соответствующим формулам
4. перепад давления (в Па) находим по формуле (3):
сопротивления
по
5. Перепад давления, выраженный в м:
Вопросы на повторение:
1. Что называют трассой трубопровода?
2. Какие основные параметры определяются в гидравлическом расчете
трубопровода?
3. В каком случае коэффициент гидравлического сопротивления не зависит
от шероховатости трубы?
4. Как найти суммарные характеристики сложного трубопровода?
5. Как область гидравлически гладких труб характеризуется относительно
толщины ламинарного слоя?
6. Что такое коэффициент эквивалентной шероховатости?
7. Где на практике используют гидравлическую характеристику насоса?
План урока
1. Тема урока Потери напора в трубопроводах
2. Тип урока комбинированный
3. Цели урока:
3.1Образовательные Сформировать понятие о гидравлическом
расчете трубопровода, способах и методах определения потерь
напора.
3.2Развивающие Развивать способность к логическому выводу
расчетных формул.
3.3Воспитательные
Воспитывать интерес к предмету.
Формировать заинтересованность к разработке методов,
облегчающих расчеты.
4. Межпредметные связи:
4.1Обеспечивающие Математика, Гидравлика, Материаловедение
4.2Обеспечиваемые Эксплуатация нефтяных и газовых
месторождений, Курсовой проект, Дипломный проект
5. Наглядные пособия и ТСО таблицы, схемы, модели соединения труб,
проектор
6. Ход урока:
6.1 Оргмомент Выявление отсутствующих, оглашение темы,
мотивация
6.2 Опрос
вопросы
1. Что такое
индиви фронт пробле
Работа
дуальн
альны мный
у доски с
ый
й
книгой
х
трубопровод?
2. Как классифицируются
х
трубопроводы?
3. Какие существуют
Работа
х
трубопроводы по
назначению? По
функции?
4.Что определяет
х
сортамент труб ?
5.Тестирование по теме
х
«классификация
трубопроводов»
6.3Изложение новой темы
Ход изложения нового материала
МПС
ВПС
Уровен
ь
усвоен
ия
1. Основные принципы проектирования
1
трубопроводов
2. Потери напора на трение
3
3. Потери напора на местные
3
сопротивления
6.4Закрепление полученных знаний
1. Что называют трассой трубопровода?
2. Какие основные параметры определяются в гидравлическом расчете
трубопровода?
3. В каком случае коэффициент гидравлического сопротивления не
зависит от шероховатости трубы?
4. Как найти суммарные характеристики сложного трубопровода?
5. Как
область
гидравлически
гладких
труб
характеризуется
относительно толщины ламинарного слоя?
6. Что такое коэффициент эквивалентной шероховатости?
7. Где на практике используют гидравлическую характеристику
насоса?
8. Решить задачу:
Задание 1. По выкидной горизонтальной линии с внутренним диаметром
100 мм и длиной 3 км подается нефть в количестве 200 т/сут, плотностью
0,8 т/м3 и вязкостью 5*10-4 м2/с. Определить потери давления, выразив их в
Па и м.
Порядок решения:
1. Определяем скорость нефти (м/с)
2. Определяем режим движения нефти
3. Определяем
коэффициент
гидравлического
сопротивления
по
соответствующим формулам
4. Перепад давления (в Па) находим по формуле (3):
5. Перепад давления, выраженный в м:
6.5 Домашнее задание:
6.5.1 Самостоятельная
работа
Причины
засорения
трубопроводов, транспортирующих нефть, газ и воду
(доклад, презентация)
6.5.2 Повторение
7. Подведение итогов
На сегодняшнем занятии мы ознакомились с
методами расчета потерь напора в трубопроводах, выполнили расчет
по заданным параметрам, что позволяет использовать полученные
знания при подборе насосов в дальнейших расчетах.
Выставление и оглашение оценок за работу на уроке.
8. Использованная литература:
1. Покрепин Б.В. Курс лекции по дисциплине «Сбор и подготовка
скважинной продукции.- Москва, ГУУМК по горному, нефтяному и
энергетическому образованию, 2000
2. Лутошкин Г. С., Дунюшкин И.И., Сборник задач по сбору и подготовке
нефти, газа и воды на промыслах. – М.: Альянс,2007
3. Башта Т.М., Руднев С.С. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.М.:Машиностроение, 1991.-423с.
Тесты по классификации трубопроводов
1.
В классификации по этой категории трубопроводы подразделяются на
нефтепроводы; газопроводы; нефтегазопроводы; нефтегазоводопроводы;
водопроводы:
а) по функции;
б) по назначению;
в) по виду транспортируемого агента.
2. Если в трубопроводе перекачиваемый агент полностью заполняет сечение
трубопровода, то в классификации «по характеру напоров» они относятся к:
а) безнапорным;
б) напорным;
в) трубопровод с полным заполнением трубы
3. В классификации по рабочему давлению трубопроводы высокого давления
имеют границы давления:
а) 16-64 кгс/см2;
б) выше 64 кгс/см2;
в) выше 6,4 МПа.
4. Каких трубопроводов по способу прокладки не существует:
а) надземные;
б) подводные;
в) надводные.
5. Трубопроводы, идущие от устья скважин до группового пункта сбора
называются:
а) сборные коллекторы;
б) выкидные линии;
в) сборные трубопроводы.
6. К каким трубопроводам по гидравлической схеме работы относятся
кольцевые трубопроводы:
а) простые трубопроводы;
б) трубопроводы, не имеющие ответвлений;
в) сложные трубопроводы.
7. Водопроводы, прокладываемые от магистральных водопроводов до
кустовых насосных станций называют:
а) подводящими;
б) разводящими;
в) водные сборные коллекторы.
Ключ к тесту
1. Б
2. Б
3. Б,В
4. В
5. Б
6. В
7. А
Комментарии к слайдам презентации
1. урок на тему "Потери напора в трубопроводах" проводится в рамках двух
дисциплин "гидравлика" и " сбор и подготовка скважинной продукции".
2. по тексту слайда
3. по тексту слайда
4. Каждый член уравнения в скобках имеет размерность высоты; первый
член уравнения z1 определяет положение различных точек линии тока над
плоскостью сравнения; второй член—р1/ρg также имеет размерность высоты
и называется пъезометрической высотой (или статической); третий член —
12 2 g называется динамической высотой (или скоростным напором). Эти
напоры при движении жидкостей по трубам расходуются в основном на
преодоление сил трения hтр и местных сопротивлений в трубопроводах
(задвижки, вентили, колена и т. д).
5. по тексту слайда
6. В формулах (2) и (3) обозначены: hтр — потери напора на преодоление сил
трения, м; Δр—потери давления, Па; l—длина трубопровода, м; D—диаметр
трубопровода, м; р—плотность жидкости, кг/м3; υ — средняя скорость
течения жидкости, м/с; Q—расход жидкости, м3/с; g—ускорение свободного
падения, м/с2;
7. Здесь
(5)
где Q — расход жидкости, м3/с; F=πD2/4 — площадь сечения трубы, м2; ν—
кинематическая вязкость жидкости, м2/с; D— внутренний диаметр
трубопровода, м; μ—динамическая вязкость жидкости, Па·с.
8. гладкие - стеклянные, латунные, медные;
шероховатые - новые стальные и чугунные водопроводные трубы;
очень шероховатые – канализационные, старые стальные и чугунные
трубы.
9. Ламинарный слой как бы прикрывает шероховатость трубы, внося
коррективы в значение коэффициента трения.
Толщина ламинарного слоя не является постоянной, а зависит от Re, т.е.
при прочих равных условиях от скорости движения жидкости v.
На рисунке а– абсолютная шероховатость; б – гидравлически гладкие
трубы;
в– переходная зона; г – гидравлически шероховатые трубы
10. по тексту слайда
11. На номограмме выделены три области:
1 — область гидравлически гладких труб. Потери напора на трение по
длине прямо пропорциональны средней скорости течения жидкости в
степени 1,75; коэффициент λ зависит только от числа Рейнольдса;
II — область квадратичного сопротивления шероховатых русел. В этой
области, потери напора на трение по длине прямо пропорциональны квадрату
средней скорости: коэффициент λ не зависит от числа Рейнольдса (все линии
на рис. 29 параллельны оси абсцисс) и зависит только от относительной
шероховатости внутренней поверхности трубы;
ΙΙΙ— переходная область, расположенная между указанными областями.
Эта область доквадратичного сопротивления, в которой потеря напора по
длине пропорциональна средней скорости в степени m (2 > m > 1,75);
коэффициент λ зависит и от числа Рейнольдса, и от относительной
шероховатости.
12. по тексту слайда
13.
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.
14.. Причина местных потерь напора, например в трубопроводах, – разного
рода конструктивные вставки: колено, тройники, сужения и расширения
трубопровода, задвижки, вентили и т. п., необходимость применения
которых связана с условиями сооружения и эксплуатации трубопровода.
Местные сопротивления вызывают изменение скорости движения жидкости
по значению (сужение и расширение), направлению (колено) или значению.
Направлению одновременно (тройник), поэтому часто указывают на
некоторую аналогию между явлениями, наблюдаемыми в местных
сопротивлениях, и ударом в твердых телах, который с механической точки
зрения также характеризуется внезапным изменением скорости.
По рисунку а– схема трубопровода; б – внезапное расширение жидкости;
в– колено без закруглений; 1 – колено; 2 – тройник; 3 – вентиль
15. Из выражения (12) следует, что потери напора на преодоление местных
сопротивлений также существенно зависят от скорости движения (прямо
пропорциональны υ2, а следовательно, и Q2 ) жидкости по этому
сопротивлению.
16. По тексту слайда
17. Для этого, произвольно задаваясь рядом значений Q вычислим соответствующие им значения потерь напора ΔН и отложим (в масштабе) по оси
абсцисс значения Q, а по оси ординат – вычисленные значения ΔH. Соединив
полученные точки плавной линией, получим кривую из изменения потери
напора в трубопроводе в зависимости от расхода. Эту кривую называют
характеристической кривой, или гидравлической характеристикой
трубопровода.
18. По тексту слайда
19. Таким образом, для построения суммарной характеристики сложного
трубопровода необходимо сложить характеристики отдельных участков (при
параллельном соединении по горизонтали, при последовательном — по
вертикали).
В общем случае, когда трубопровод состоит из ряда участков, соединенных
между собой как последовательно, так и параллельно, суммарную характеристику всего трубопровода находят путем последовательного сложения
предварительно достроенных характеристик всех отдельных участков.
Сначала суммируют характеристики параллельно включенных участков 2, 3,
4 по горизонтали, а затем их суммарную характеристику по вертикали с
характеристиками участков 1 и 5, включенных последовательно.
Характеристики участков трубопровода лежат в разных плоскостях, следует
строить не от начала координат, а из точек, отстоящих от него по оси
ординат на величину Δz. Значение Δz нужно откладывать вверх, если
конечная точка участка расположена выше начальной точки (подъем
жидкости), и вниз, если она находится ниже начальной точки (опускание
жидкости). Аналогично следует поступать и в тех случаях, когда жидкость
подается в емкости с повышенным или пониженным давлением. В первом
случае высоту Δp/pg, соответствующую разности начального и конечного
давлений р1 – р2 = Δр, откладывают вверх, а во втором – вниз.