Основные зависимости гидравлического расчета
При движении теплоносителя по трубам потери давления складываются из гидравлических сопротивлений трения по длине трубопровода и местных сопротивлений.
, Па, (5.15)
где , Па; (5.16)
R л – удельные потери давления, Па/м:
; (5.17)
d - внутренний диаметр трубопровода, м;
υ - скорость воды, м/с;
ρ - плотность воды, кг/м3;
λ - коэффициент гидравлического трения.
, кг/ч. (5.18)
Выразив скорость теплоносителя через расход и диаметр трубопровода, получим:
, Па/м, (5.19)
Коэффициент гидравлического трения λ зависит от режима движения жидкости и шероховатости стенок трубопроводов.
Трубы делятся условно на гладкие (из цветных металлов) и шероховатые (стальные). Гладкие трубы имеют ограниченное применение в тепловых сетях (только в теплообменниках). В основном применяются шероховатые трубы. Шероховатость труб характеризуется эквивалентной шероховатостью К Э.
Эквивалентную шероховатость внутренней поверхности стальных труб следует принимать: 0,0005 м – для водяных тепловых сетей; 0,0002 м – для паровых тепловых сетей; 0,001 м – для сетей горячего водоснабжения и конденсатопроводов.
Для трубопроводов наружных тепловых сетей характерным является турбулентный режим движения теплоносителя. Режим движения жидкости характеризуется числом Рейнольдса:
- при - режим ламинарный;
- при - переходная область;
- при - режим турбулентный (квадратичная область).
; (5.19)
Коэффициент гидравлического трения для квадратичной зоны:
; (5.20)
для любых значений Re по формуле Альтшуля:
. (5.21)
Эта формула получена опытным путем для переходной области. Но она хорошо описывает λ и в других областях:
- для турбулентного режима, когда λ = f (К Э) число Рейнольдса возрастает, а значит уменьшается, тогда согласно формуле Шифринсона:
; (5.22)
- для ламинарного режима согласно формуле Мурина:
. (5.23)
Местные гидравлические сопротивления определяются по формуле Вейсбаха:
, Па, (5.24)
где ξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке трубопровода, безразмерная величина, зависящая от характера сопротивления.
Местные потери давления можно заменить эквивалентным гидравлическим сопротивлением по длине, если в уравнение вместо l поставить l э- эквивалентную длину местных сопротивлений. l э – такая длина трубопровода, линейные потери давления на которой численно равны потерям на местных сопротивлениях, м.
, Па; (5.25)
подставив R л в формулу (5.25), получим:
, (5.26)
откуда:
. (5.27)
Тогда потери давления на участке трубопровода могут быть определены следующим образом:
, Па, (5.28)
где - доля местных потерь давления от линейных на участке.
При отсутствии данных о характере и количестве местных сопротивлений на участках трубопровода, коэффициент α определяют по приложению 5 СНиПа «Тепловые сети» или может быть приближенно определен по формуле:
- для паровых сетей ;
- для водяных тепловых сетей ,
где G – расход теплоносителя на головном участке, м3/ч.