Порядок выполнения работы - определение динамических параметров в системе

1. За единицу времени определить объем истечений жидкости из системы

2. Замерить диаметр трубопровода.

3. Зная диаметр трубопровода, определить живое сучение.

4. Зная сечение трубопровода, расход определить скорость потока.

 

5. Зная температуру жидкости, вид жидкости по справочнику определить значение кинематической вязкости.

 

6. Зная скорость потока, кинематическую вязкость жидкости, диаметр трубопровода определить число Рейнольдса для потока жидкости.

 

7. Определить разницу вычитая от полученного значения числа Рейнольдса 2320.

 

8. Если разница менее 0, то поток ламинарный. Если более 0, то поток турбулентный.

 

9. Определить для турбулентного потока степень турбулентности, сравнивая расчетное значение числа Рейнольдса с граничными величинами (4000, 10000, 100000 и т.д.)

 

10. Результаты замеров и расчетов занести в тетрадь. Сделать выводы.

 

 

Лабораторная работа № 4.

 

Тема: Методика расчета трубопроводов, определение его параметров.

Цель работы: научиться проводить расчеты трубопроводов.

 

 

Общие сведения.

 

При расчетах напорных трубопроводов основной задачей является либо определение пропускной способности (расхода), либо потери напора на том или ином участке, равно как и на всей длине, либо диаметра трубопровода на заданных расходе и потерях напора.

 

В практике трубопроводы делятся на короткие и длинные. К первым относятся все трубопроводы, в которых местные потери напора превышают 5…10% потерь напора по длине. При расчетах таких трубопроводов обязательно учитывают потери напора в местных сопротивлениях. К ним относят, к примеру, маслопроводы объемных передач.

 

Ко вторым относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 5…10% потерь напора по длине. Их расчет ведется без учета местных потерь. К таким трубопроводам относятся, например, магистральные водоводы, нефтепроводы.

 

Учитывая гидравлическую схему работы длинных трубопроводов, их можно разделить также на простые и сложные. Простыми называются последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющих никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д. К сложным относятся и так называемые кольцевые трубопроводы.

 

Простые трубопроводы.

Простые трубопроводы могут соединяться между собой, при этом их соединение может быть

 

последовательным или параллельным.

 

Последовательное соединение. Возьмем несколько труб различной длины, разногодиаметра и содержащих разные местные сопротивления, и соединим их последовательно

 

 

Рис. 4.1. Последовательное соединение трубопроводов

 

При подаче жидкости по такому составному трубопроводу от точки М к точке N расход жидкости Q во всех последовательно соединенных трубах 1, 2 и 3 будет одинаков, а полная потеря напора между точками М и N равна сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах. Таким образом, для последовательного соединения имеем следующие основные уравнения:

Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q

Σ ^h_M-N ⁼ Σ ^h₁ ⁺ Σ ^h₂ ⁺ Σ ^h₃

Параллельное соединение. Трубопроводы 1, 2 и 3 расположены горизонтально

 

.

 

Рис. 4.2. Параллельное соединение трубопроводов

Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно H_M и H_N, расход в основной магистрали (т.е. до разветвления и после слияния) - через Q, а в параллельных трубопроводах через Q₁, Q₂ и Q₃; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ₁, Σ₂ и Σ₃. Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали

Q = Q₁ = Q₂ = Q₃

Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точках М и N:

 

Σ ^h 1 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ ^h 2 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ ^h 3 ^{= H}_M ^{- H}_N

Отсюда делаем вывод, что

Σ ^h₁ ⁼ Σ ^h₂ ⁼ Σ ^h₃

т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Их можно выразить в общем виде через соответствующие расходы следующим образом

 

Σ ^h 1 ^{= K} ₁ Q ₁^m; Σ ^h 2 ^{= K} ₂ Q ₂^m; Σ ^h 3 ^{= K} ₃ Q ₃^m

 

где K и m - определяются в зависимости от режима течения.

 

Разветвленное соединение. Разветвленным соединением называется совокупностьнескольких простых трубопроводов, имеющих одно общее сечение - место разветвления (или смыкания) труб.

 

 

Рис. 4.3.Разветвленный трубопровод

 

Пусть основной трубопровод имеет разветвление в сечении М-М, от которого отходят, например, три трубы 1, 2 и 3 разных диаметров, содержащие различные местные сопротивления (рис. 6.5, а). Геометрические высоты z₁, z₂ и z₃ конечных сечений и давления P₁, P₂ и P₃ в них будут также различны.

 

Так же как и для параллельных трубопроводов, общий расход в основном трубопроводе будет равен сумме расходов в каждом трубопроводе:

Q = Q₁ = Q₂ = Q₃

 

Записав уравнение Бернулли для сечения М-М и конечного сечения, например, первого трубопровода, получим (пренебрегая разностью скоростных высот)

 

 

Обозначив сумму первых двух членов через H_ст и выражая третий член через расход (как это делалось в п.6.1), получаем

H_M = H_{ст 1} + KQ₁^m

Аналогично для двух других трубопроводов можно записать

H_M = H_{ст 2} + KQ₂^m

 

H_M = H_{ст 3} + KQ₃^m

Таким образом, получаем систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными: Q₁, Q₂ и Q₃ и H_M.

 

Сложные трубопроводы

 

Сложный трубопровод в общем случае составлен из простых трубопроводов с последовательным и параллельным их соединением (рис. а) или с разветвлениями (рис.б).

 

Рис.4.4.Схемы сложных трубопроводов

 

Рассмотрим разомкнутый сложный трубопровод (рис. 6.6, б). магистральный трубопровод разветвляется в точках А и С. Жидкость подается к точкам (сечениям) B, D и E с расходами Q _B и Q_D и Q_E.

Пусть известны размеры магистралей и всех ветвей (простых трубопроводов), заданы все местные сопротивления, а также геометрические высоты конечных точек, отсчитываемые от плоскости M - N и избыточные давления в конечных точках P_B и P_D и P_E.

Для этого случая возможны два вида задач:

Задача 1. Дан расход Q в основной магистрали M_A. Необходимо определитьрасходы Q_B и Q_D и Q_E, а также потребный напор в точке М.

 

 

Задача 2. Дан напор в точке М. Определить расход в магистрали Q и расходы в каждой ветви.

Обе задачи решают на основе одной и той же системы уравнений, число которых на единицу

 

больше числа конечных ветвей, а именно:

уравнение расходов:

Q = Q_B = Q_D = Q_E

уравнение равенства потребных напоров для ветвей CD и CE

H_{ст D} + K_CDQ_D^т = H_{ст E} + K_CEQ_E^т

уравнение равенства потребных напоров для ветви АВ и сложного трубопровода АСЕD

H_{ст B} + K_ABQ_B^т = H_{ст D} + K_CDQ_D^т + K_AC(Q_D + Q_E)^т

выражение для потребного напора в точке М

 

 

Таким образом, при расчете идут от конечных точек трубопровода к начальной точке, т.е.

против течения жидкости.

Сложный кольцевой трубопровод. Представляет собой систему смежных замкнутых контуров,

 

с отбором жидкости в узловых точках или с непрерывной раздачей жидкости на отдельных участках

 

 

Рис. 4.5. Схема сложного кольцевого трубопровода

 

Задачи для таких трубопроводов решают аналогичным методом с применением электроаналогий (закон Кирхгофа). При этом основываются на двух обязательных условиях. Первое условие - баланс расходов, т.е. равенство притока и оттока жидкости для каждой узловой точки. Второе условие - баланс напоров, т.е. равенство нулю алгебраической суммы потерь напора для каждого кольца (контура) при подсчете по направлению движения часовой стрелки или против нее.

 

Для расчета таких трубопроводов типичной является следующая задача. Дан максимальный напор в начальной точке, т.е. в точке 0, минимальный напор в наиболее удаленной точке Е, расходы во всех шести узлах и длины семи участков. Требуется определить диаметры трубопроводов на всех участках.