ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 537
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
УТВЕРЖДАЮЗаместитель начальника УЦ УГПС
сопротивлениями по длине, обусловленными трением жидкости о стенки трубы и слоев жидкости друг о друга;Местными сопротивлениями, обусловленными изменением скорости потока по величине и направлению.Общую величину потерь напора h для участка трубопровода, заключенного между двумя сечениями, определяем, используя уравнение Бернулли:h = z1 – z2 + (p1 – p2)/ρg + (υ²1 - υ²2)/2g.Следовательно, для определения h достаточно изменить разности геометрических отметок z1 – z2, показаний пьезометров (p1 – p2) /ρg и скоростных напоров (υ²1 - υ²2)/2g в указанных сечениях потока. При равномерном движении в горизонтальной трубе (z = const, υ = const) потери напора определяют по формулеh + (p1 – p2) /ρg = ∆p /ρg,т.е. потери напора находят по разности показаний пьезометров в сечениях трубопровода.Потери напора по длине трубопроводаПри установившемся движении жидкости потери напора зависят от физических свойств жидкости, скорости течения, размеров трубопровода и шероховатости стенок трубы. Эта зависимость может быть выражена формулой Дарси – Вейсбаха, позволяющей рассчитать потери напора по длине и применимой как при ламинарном, так и при турбулентном режиме:l υ²hl = λ d 2g,где hl – потери напора по длине трубопровода; λ – коэффициент гидравлического трения; l, d – длина и внутренний диаметр трубы; υ –средняя скорость течения; g – ускорение силы тяжести.Из формулы (21) следует, что потери напора на трение по длине прямо пропорциональны, т.е. возрастают с увеличением скорости течения и длины трубопровода и обратно пропорциональны диаметру трубы. Коэффициент гидравлического трения в формуле Дарси- Вейсбаха в общем случае определяется величиной двух безразмерных параметров, представляющих собой число Re и относительную шероховатость ∆∕d.Установлено, что при ламинарном режиме коэффициент λ зависит только от числа Re и может быть определен по формуле Паузейля-Стокса, получаемой теоретическим путем и хорошо согласующейся с опытными данными:λ = 64/ Re.При турбулентном режиме коэффициент гидравлического трения рассчитывают по эмпирическим формулам, учитывающим в той или иной степени влияние шероховатости труб. Шероховатость характеризуется величиной и формой различных выступов и неровностей, имеющихся на поверхности стенок, и зависит от материала стенок трубы, способа изготовления и чистоты обработки поверхности. В качестве основной характеристики шероховатости служит так называемая
абсолютная шероховатость ∆, представляющая собой средний размер указанных выступов, измеренных в единицах длины.Если размер выступов шероховатости будет меньше толщины ламинарного подслоя, турбулентное ядро потока будет соприкасаться не с выступами шероховатости, а с ламинарным подслоем жидкости, скользя по его поверхности как по гладкой трубе. В этом случае труба называется гидравлически гладкой, и коэффициент гидравлического трения будет зависеть только от числа Рейнольдса.В области гидравлически гладких труб при Re∆/ d<10 можно использовать формулу Блазиуса:0,25λ = 0,3164/ReЕсли же толщина ламинарного подслоя меньше величины выступов шероховатости, то неровности поверхности стенок будут выступать в турбулентное ядро потока, увеличивать беспорядочность движения и существенным образом влиять на потери энергии. Такие трубы называются гидравлически шероховатыми.Для гидравлически шероховатых труб коэффициент λ зависит как от числа Re, так и от шероховатости внутренней поверхности трубы и может быть определен по формуле А.Д. Альбшула:0,25λ = 0,11 (68/ Re + ∆/ d) .В этой формуле фигурирует не абсолютный размер ∆ выступов шероховатости, а отношение этого размера к диаметру трубы, т.е. так называемая относительная шероховатость ∆/ d, так как одна и та же абсолютная шероховатость может совершенно не сказаться на сопротивление трубы большего диаметра, но способна значительно увеличить сопротивление трубы малого диаметра.при развитой турбулизации потока и больших значениях Re и ∆/ d коэффициент λ перестает зависеть от Re и становится постоянным для данной относительной шероховатости.В области с развитой турбулентностью потока при Re∆/ d<100 для определения λ справедлива формула Шифринсона:0,25λ = 0,11 (∆/ d) .Для водопроводных сетей из стальных и чугунных труб, бывших в эксплуатации, при скорости движения воды υ≥ 1,2 м/с коэффициент λ можно определять по формуле Ф.А. Шевелева:λ = 0,021/dº’³,где d – диаметр трубы, м.Следует отметить, что понятие гидравлически гладкая труба является условным. Поскольку толщина ламинарного подслоя непостоянна и уменьшается с увеличением числа Re, одна и та же внутренняя поверхность трубы может вести себя по- разному: в одном случае как гладкая, в другом – как шероховатая.Ориентировочные значения абсолютной шероховатости ∆ в зависимости от материала труб и их состояния приведены в табл.3.Таблица 3. Значение абсолютной шероховатости ∆ для труб
Условия эксплуатации водонапорных сетей при пропуске пожарных расходов в большинстве случаев соответствуют турбулентному течению водыв гидравлически шероховатых трубах, при котором коэффициент гидравлического трения λ является постоянной величиной и может определяться заранее с учетом вида материала и состояния труб. Это обстоятельство позволяет значительно упростить формулу Дарси – Вейсбаха (21).Выразим в формуле 921) среднюю скорость через расход, исходя из условия неразрывности потока:υ = Q/ω.Тогда потери можно выразить уравнением: l Q²8 λ 5hl = λ d ω²2g = π²gd lQ²5Обозначая А = 8λ/π²gd, получимhl = AlQ².Величину А в формуле (27) называют удельным сопротивлением, оно определяет потери напора, приходящиеся на 1 м трубопровода при единичном расходе и имеет размеренность с²/ м‘. Значения удельного сопротивления для стальных и чугунных труб приведены в табл. 4.Сопротивление по всей длине l трубопровода составитS= Al.Тогда формула для определения потерь напора по длине примет вид:hl = S Q².Таблица 4. Значения удельных сопротивлений (А) для труб различных диаметров
В табл. 4 значения А даны при сопротивлениях с постоянными значением λ, которые, как указывалось выше, наблюдаются при скорости движения воды υ≥ 1,2 м/с.При υ<1,2 м/с в формулы (27) и (28) необходимо ввести поправочный коэффициент Кп, величина которого зависит от средней скорости движения воды в трубе (табл. 5) hl = КП Аl Q². =КПS Q².Таблица 5. Значение поправочного коэффициента
подполковник внутренней службы
Д.Б. Корольков
«____» _______________ 2003 г.План-конспект
для проведения занятия со слушателями категории обучения (СНС) по предмету «Пожарная техника»Тема: « Движение жидкости по трубам и пожарным рукавам ».
Цели занятия:Образовательная:Изучить порядок расчета линейных и местных потерь напорагидравлический удар в трубах и пожарных рукавахВоспитательная: Продолжить формирование у слушателей добросовестного отношения к труду, убежденности в практической значимости получаемых знаний.Развивающая: Продолжить развивать умения работать в ускоренном темпе и развитию наблюдательности у слушателей.Форма занятия: - урок.Время: 2 учебных часа.Метод занятия: комбинированный.Место проведения: аудиторияЛитература: Качалов «Противопожарное водоснабжение»План -проведения занятия
1. Подготовительная работа 10 минут2. Изложение нового материала 50 минут-
порядок расчета линейных и местных потерь напора -
гидравлический удар в трубах и пожарных рукавах
-
от чего зависят потери напора -
формула Вейсбаха -
гидравлический удар
-
разборка ответов слушателей, выставление оценок -
разбор наиболее сложных вопросов и характерных
-
порядок расчета линейных и местных потерь напора -
гидравлический удар в трубах и пожарных рукавах
сопротивлениями по длине, обусловленными трением жидкости о стенки трубы и слоев жидкости друг о друга;Местными сопротивлениями, обусловленными изменением скорости потока по величине и направлению.Общую величину потерь напора h для участка трубопровода, заключенного между двумя сечениями, определяем, используя уравнение Бернулли:h = z1 – z2 + (p1 – p2)/ρg + (υ²1 - υ²2)/2g.Следовательно, для определения h достаточно изменить разности геометрических отметок z1 – z2, показаний пьезометров (p1 – p2) /ρg и скоростных напоров (υ²1 - υ²2)/2g в указанных сечениях потока. При равномерном движении в горизонтальной трубе (z = const, υ = const) потери напора определяют по формулеh + (p1 – p2) /ρg = ∆p /ρg,т.е. потери напора находят по разности показаний пьезометров в сечениях трубопровода.Потери напора по длине трубопроводаПри установившемся движении жидкости потери напора зависят от физических свойств жидкости, скорости течения, размеров трубопровода и шероховатости стенок трубы. Эта зависимость может быть выражена формулой Дарси – Вейсбаха, позволяющей рассчитать потери напора по длине и применимой как при ламинарном, так и при турбулентном режиме:l υ²hl = λ d 2g,где hl – потери напора по длине трубопровода; λ – коэффициент гидравлического трения; l, d – длина и внутренний диаметр трубы; υ –средняя скорость течения; g – ускорение силы тяжести.Из формулы (21) следует, что потери напора на трение по длине прямо пропорциональны, т.е. возрастают с увеличением скорости течения и длины трубопровода и обратно пропорциональны диаметру трубы. Коэффициент гидравлического трения в формуле Дарси- Вейсбаха в общем случае определяется величиной двух безразмерных параметров, представляющих собой число Re и относительную шероховатость ∆∕d.Установлено, что при ламинарном режиме коэффициент λ зависит только от числа Re и может быть определен по формуле Паузейля-Стокса, получаемой теоретическим путем и хорошо согласующейся с опытными данными:λ = 64/ Re.При турбулентном режиме коэффициент гидравлического трения рассчитывают по эмпирическим формулам, учитывающим в той или иной степени влияние шероховатости труб. Шероховатость характеризуется величиной и формой различных выступов и неровностей, имеющихся на поверхности стенок, и зависит от материала стенок трубы, способа изготовления и чистоты обработки поверхности. В качестве основной характеристики шероховатости служит так называемая
абсолютная шероховатость ∆, представляющая собой средний размер указанных выступов, измеренных в единицах длины.Если размер выступов шероховатости будет меньше толщины ламинарного подслоя, турбулентное ядро потока будет соприкасаться не с выступами шероховатости, а с ламинарным подслоем жидкости, скользя по его поверхности как по гладкой трубе. В этом случае труба называется гидравлически гладкой, и коэффициент гидравлического трения будет зависеть только от числа Рейнольдса.В области гидравлически гладких труб при Re∆/ d<10 можно использовать формулу Блазиуса:0,25λ = 0,3164/ReЕсли же толщина ламинарного подслоя меньше величины выступов шероховатости, то неровности поверхности стенок будут выступать в турбулентное ядро потока, увеличивать беспорядочность движения и существенным образом влиять на потери энергии. Такие трубы называются гидравлически шероховатыми.Для гидравлически шероховатых труб коэффициент λ зависит как от числа Re, так и от шероховатости внутренней поверхности трубы и может быть определен по формуле А.Д. Альбшула:0,25λ = 0,11 (68/ Re + ∆/ d) .В этой формуле фигурирует не абсолютный размер ∆ выступов шероховатости, а отношение этого размера к диаметру трубы, т.е. так называемая относительная шероховатость ∆/ d, так как одна и та же абсолютная шероховатость может совершенно не сказаться на сопротивление трубы большего диаметра, но способна значительно увеличить сопротивление трубы малого диаметра.при развитой турбулизации потока и больших значениях Re и ∆/ d коэффициент λ перестает зависеть от Re и становится постоянным для данной относительной шероховатости.В области с развитой турбулентностью потока при Re∆/ d<100 для определения λ справедлива формула Шифринсона:0,25λ = 0,11 (∆/ d) .Для водопроводных сетей из стальных и чугунных труб, бывших в эксплуатации, при скорости движения воды υ≥ 1,2 м/с коэффициент λ можно определять по формуле Ф.А. Шевелева:λ = 0,021/dº’³,где d – диаметр трубы, м.Следует отметить, что понятие гидравлически гладкая труба является условным. Поскольку толщина ламинарного подслоя непостоянна и уменьшается с увеличением числа Re, одна и та же внутренняя поверхность трубы может вести себя по- разному: в одном случае как гладкая, в другом – как шероховатая.Ориентировочные значения абсолютной шероховатости ∆ в зависимости от материала труб и их состояния приведены в табл.3.Таблица 3. Значение абсолютной шероховатости ∆ для труб
| Материал и вид труб | Состояние труб | ∆, мм |
| Стальные бесшовные | Новые и чистые, тщательно уложенные После нескольких лат эксплуатации | 0,015 0,022 |
| Стальные сварные | Новые и чистые Умеренно заржавевшие Старые заржавевшие С большими отложениями | 0,06 0,5 1,0 3,0 |
| Оцинкованные: стальные чугунные | Новые и чистые После нескольких лет эксплуатации Новые асфальтированные Новые без покрытия Бывшие в употреблении Очень старые | 0,15 0,5 0,08 0,3 1,0 3,0 |
| Асбестоцементные | Новые | 0,075 |
| Бетонные | Новые из предварительно напряженного бетона Новые центробежные Бывшие в употреблении Из необработанного бетона | 0,03 0,2 0,5 2,0 |
| d, мм | Стальные трубы | Чугунные трубы |
| А (для Q, м³/с) | А (для Q, м³/с) | |
| 20 25 32 40 50 70 80 100 125 150 175 200 250 300 350 400 450 500 600 700 | 1643000 436700 93860 44530 11080 2893 1168 267 86,2 33,9 20,79 6,959 2,187 0,8466 0,3731 0,1859 0,09928 0,05784 0,02262 0,01098 | - - - - 13360 - 1044 339,1 103,5 39,54 - 8,608 2,638 0,9863 0,4368 0,2191 0,1187 0,06782 0,02596 0,01154 |
В табл. 4 значения А даны при сопротивлениях с постоянными значением λ, которые, как указывалось выше, наблюдаются при скорости движения воды υ≥ 1,2 м/с.При υ<1,2 м/с в формулы (27) и (28) необходимо ввести поправочный коэффициент Кп, величина которого зависит от средней скорости движения воды в трубе (табл. 5) hl = КП Аl Q². =КПS Q².Таблица 5. Значение поправочного коэффициента
| υ, м/с | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,2 |
| КП | 1,41 | 1,28 | 1,20 | 1,15 | 1,11 | 1,09 | 1,06 | 1,04 | 1,03 | 1,0 |