Чавунні труби - 1,0 мм

Знаючи значення числа Рейнольдса Re і відносну шорсткість можна визначити значення коефіцієнта тертя λ за графіком залежності λ = f ( Re,), наведеному наприкінці даних методичних вказівок (Рис. 9).

Для визначення значення коефіцієнта опору тертя λ також можна скористатися наступними формулами:

Режим ламінарний (Re < 2320) – λ = 64 / Re,

Режим турбулентний (Re > 2320),

Спочатку підраховується критерій ,

якщо < 10, то λ =0,3164 Re^0,25

якщо 10 < < 500, то

якщо >500, то λ = 0,11

4.4. Визначають сумарний коефіцієнт місцевих опорів .

Так трубопровід простий (постійного діаметра й не має відгалужень), те сумарний коефіцієнт місцевих опорів можна визначити як арифметичну суму всіх коефіцієнтів окремих місцевих опорів.

Слід знати, що місцеві втрати напору виникають там, де швидкість міняє свою величину або свій напрямок і пов'язані з перебудовою епюри швидкості й вихореутворення. Тоді

Середні величини, що найбільше часто зустрічаються, коефіцієнтів місцевих опорів представлені нижче:

Вхід у трубу без закруглення вхідних крайок ………… =0,5

Вхід у трубу при закруглених крайках ………………… =0,1

Виходи із труби в посудину більших розмірів……………… =1,0

Різкий поворот труби на 900 ……………………………… =1,5

Плавний поворот труби на 900 …………………………… =0,5

Коефіцієнт опорів засувок, вентилів, кранів залежить від ступеня їх відкриття й звичайно заданий або визначається дослідним шляхом.

4.5. Статичний напір Н_ст визначається умовами виходу. Якщо рідина із трубопроводу випливає в атмосферу, то Н_ст = 0, якщо витікання відбувається в резервуар під рівень, то величина статичного напору дорівнює величині напору рідини в резервуарі, тобто Н_ст = Н₁.

4.6. Після визначення всіх величин, що входять у рівняння потребного напору, розраховують кілька значень Н_потр для всіх величин витрати, що задається. Обов'язково приводиться розрахунки для одного значення витрати, а інші значення зводяться в таблицю.

Приклади таблиці розрахунків потребного напору.

Q, м³/з	V, м/с	Re	λ	Н_ст,м	Н_потр, м
Q₁₌0			-	Н₁	Н₁
Q₂
Q₃

4.7. Після розрахунків декількох значень потрібного напору будується графік залежності Н_потр =f (Q). Приклади такого графіка представлений нижче (Рис.3). По величині раніше розрахованого раніше розташовуваного напору Н_р за графіком знаходимо шукану витрату Q.

Рис. 3. До визначення витрати рідини в простому

трубопроводі.

Даний графік побудований при статичному напорі Н_ст = Н₁=2 м і розташовуваному напорі Н_р= 9,5 м, при цьому шукана витрата рівна Q = 2,8 м³/с.

4.8. Складним називається трубопровід, що полягає з окремих ділянок простих і з'єднаних між собою послідовно або паралельно.

При послідовнім з'єднанні витрата у всіх послідовно з'єднаних трубах той самий, а повна втрата напору між кінцевими крапками дорівнює сумі втрат напору у всіх послідовно з'єднаних трубах, тобто маємо наступні основні рівняння:

Ці рівняння визначають правило побудови характеристик послідовного з'єднання труб. Нехай дані характеристики трубопроводів 1, 2 і 3 (рис. 4 ). Щоб побудувати характеристику всього послідовного з'єднання, слід скласти втрати напору при однакових витратах, тобто скласти ординати всіх трьох кривих при рівних абсцисах.

Для паралельного з'єднання трубопроводів характерно, що загальна витрата дорівнює сумі витрат у всіх галузях, т.е:

а втрати напору в паралельних трубопроводах рівні між собою:

Їх можна виразити в загальному виді через відповідні витрати в такий спосіб:

Система наведених рівнянь дозволяє вирішувати, наприклад типове завдання, що випливає: дані витрата в основній магістралі Q і всі розміри трубопроводів; визначити витрати в паралельних трубопроводах і

Користуючись цими вираженнями, можна скласти стільки рівнянь, скільки паралельних трубопроводів між крапками розгалуження.

Із цих рівнянь випливає наступне важливе правило: для побудови характеристики паралельного з'єднання декількох трубопроводів слід скласти абсциси (витрати) характеристик цих трубопроводів при однакових ординатах (). Приклади такої побудови даний на рис. 5.

Розгалуженим з'єднанням називається сукупність декількох простих трубопроводів, що мають один загальний перетин - місце розгалуження (або змикання) труб.

Нехай основний трубопровід має розгалуження в перетині М — М, від якого відходять, наприклад, три труби 1, 2 і 3 різних розмірів місцеві опори, що містять різні (мал. 6). Геометричні висоти z₁, z₂ і z₃ кінцевих перетинів і тиску p₁, р₂ і р₃ у них нехай, будуть також різними.

Знайдемо зв'язок між тиском у перетині М — М и витратами в трубопроводах, уважаючи напрямок плину в них заданим.

Так само як і для паралельних трубопроводів,

Записавши рівняння Бернуллі для перетину М — М и кінцевого перетину, наприклад першого трубопроводу, одержимо (зневажаючи різницею швидкісних висот)

Або:

де .

Аналогічно для двох інших трубопроводів можна записати

Таким чином, одержуємо систему чотирьох рівнянь із чотирма невідомими: і

Основним завданням з розрахунку розгалуженого трубопроводу є наступна: дані витрата в крапці М, усі розміри галузей (включаючи геометричні висоти z), тиску в кінцевих перетинах і всі місцеві опори; визначити витрати (, а також потрібный напір . Можливі й інші варіанти постановки завдання, розв'язуваної на основі тієї ж системи рівнянні.

Побудова кривої потрібного напору для розгалуженого трубопроводу виконується додаванням кривих потрібных напорів для галузей за правилом додавання характеристик паралельних трубопроводів (мал. 7) - додаванням абсцис (Q) при однакових ординатах (Нм). Криві потрібных напорів для галузей відзначені цифрами 1, 2 і 3, а сумарна крива, тобто крива потрібного напору для всього розгалуження, позначена буквами ABCD. Із графіка ясно, що умовою подачі рідини в усі галузі є нерівність .

Складний трубопровід у загальному випадку складений із простих трубопроводів з послідовним і паралельним їхнім з'єднанням (мал. 8, а) або з розгалуженнями (мал. 8, б).

Розглянемо розімкнутий складний трубопровід з розгалуженнями й з роздачею рідини в кінцевих перетинах (крапках) галузей. Магістральний трубопровід розгалужується в крапках А и С. Рідина подається до крапок (перетинам) В, D і Е с витратами й

Розміри магістралі й усіх галузей (простих трубопроводів) відомі, задані всі величини місцевих опорів, а також геометричні висоти кінцевих крапок, відлічувані від площини М-N і надлишкові тиски в кінцевих крапках і За таких умов можуть бути вирішено два основні завдання, розглянуті раніше, тобто при заданій магістральній витраті визначити витрати в кожній з галузей і необхідний потрібный напір, а також при заданому розташовуваному напорі визначити магістральний (сумарний) витрата й витрати в кожній галузях.

Розрахунки складних трубопроводів часто виконують графоаналітичним способом, тобто із застосуванням кривих потрібного напору або характеристик трубопроводів. Криву потрібного напору для всього складного трубопроводу можна побудувати в такий спосіб:

1) складний трубопровід розбити на ряд простих;

2) побудувати криві потрібных напорів для кожного із простих трубопроводів, причому для галузей з кінцевою роздачею - з обліком , а для проміжних ділянок (наприклад, АС і МА) -без обліку ;

3) скласти криві потрібных напорів для галузей (і паралельних ліній, якщо вони є) за правилом додавання характеристик паралельних трубопроводів;

4) отриману криву скласти з характеристикою послідовно приєднаного трубопроводу за відповідним правилом (див. п. 7.1) і т.д.

Таким чином, при розрахунках потрібно йти від кінцевих крапок складного трубопроводу до початкової його крапки, тобто проти плину рідини.

Керуючись цим правилом, можна побудувати криву потрібного напору для будь-якого складного трубопроводу, як при ламінарному, так і при турбулентному режимі плину.

Виконавши описану побудову й одержавши графік , можна з його допомогою вирішувати розглянуті вище завдання в різних варіантах.

5. Діаметр насадка d_н постійний рівень, що _{забезпечує,} H1 у резервуарі 2 можна знайти, використовуючи формули для витікання рідини через отвори й насадки. Витрата рідини через них визначається як:

де μ – коефіцієнт витрати отвору або насадка;

f – площа отвору або насадка, [м²];

Н – напір перед отвором або насадком, [м].

Коефіцієнт витрати μ – це таблична величина, що залежить від типу отвору або насадка. Значення коефіцієнта μ для основних типів насадків представлені нижче:

Отвір у тонкій стінці................................................................ μ= 0,62

Зовнішній циліндричний насадок (Вентури).............................… μ= 0,82

Внутрішній циліндричний насадок (Борда)...............................… μ= 0,71

Конічний збіжний насадок (конфузор, кут розкриття 13⁰)… μ= 0,94

Конічний розбіжний насадок (дифузор, кут розкриття 8⁰).. μ= 0,45

Коноидальный насадок........................................................................... μ= 0,97

Знаючи витрату Q, що випливає з резервуара 2 (тому що рівень Н₁ за умовою величина постійна, то дотримується рівність витрат, що втікає та що випливає), можна знайти площу насадка, і, отже його діаметр зі співвідношення:

, [м].

6. Силу взаємодії між струменем, що випливає з насадка, і перешкодою 3 можна знайти по наступних залежностях:

R = ρQV(1-cosβ) = ρV²f(1-cosβ),

Де R – сила взаємодії між струменем і перешкодою, [Н];

ρ – щільність рідини, [кг/м^3];

Q – витрата рідини, [м³/з];

V – швидкість витікання рідини з насадка, [м/с];

f – площа насадка, [м²].

β – кут сходу струменя, ⁰.

Тоді для плоскої перешкоди β = 900, cosβ = 0 і R = ρqv.

Для напівсферичної β =1800, cosβ = -1 і R = 2ρqv

8. Підвищення тиску в трубопроводі при миттєвім закритті засувки можна знайти, використовуючи формули для розрахунків гідравлічного удару, що виникає при миттєвім перекритті прохідного перетину трубопроводу. Величина такого підвищення тиску рівний: