Файл: Gidromekh_prots.pdf

∙0,5 = 0.5 1 −

– ступінь звуження;

, – діаметри трубопроводів до і після

Скачать файл (1,09Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.03.2024

Просмотров: 101

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Залежності (1.12) і (1.13) з великою точністю підтверджені численними дослідами.

З формули (1.13) витікає також, що втрати дл при ламінарному режимі прямо пропорційні в'язкості рідини ( – кінематичний коефіцієнт в'язкості), тому іноді для підвищення пропускної спроможності нафтопроводів, нафту в холодну погоду підігрівають, завдяки чому зменшується її в'язкість, а отже, і втрати натиску.

Закономірності (1.12) і (1.13) не можна приймати без внесення коректив в наступних випадках:

1)при перебігу в початковій ділянці труби, де відбувається формування параболічного профілю швидкостей, характерного для ламінарного режиму;

2)при течії з теплообміном;

3)при течії в капілярах і зазорах з облітерацією;

4)при течії з великими перепадами тиску (порядка 50100 Мпа і більш).

Зважаючи на складність турбулентної течії і труднощів її аналітичного дослідження в більшості випадків для практичних розрахунків, пов'язаних з турбулентним перебігом рідин в трубах, користуються експериментальними даними, систематизованими на основі теорії гідродинамічної подібності [1, 2].

Два основні питання, які цікавлять інженера при розгляді турбулентного руху рідини в трубах, – це визначення втрат натиску і розподіл швидкостей по поперечному перетину труби. Досліди показують, що обидві ці величини істотно змінюються залежно від діаметру труби, в'язкості рідини,

швидкості руху і шорсткості стінок труб.

Експериментальні дані для в широкому інтервалі чисел Re для труб з штучною шорсткістю були отримані И. Нікурадзе (1933).

Для кількісної оцінки шорсткості введено поняття абсолютної шорсткості , рівній середній висоті виступів шорсткості і вимірюваною в лінійних одиницях. При одній і тій же абсолютній шорсткості її вплив на

гідравлічний опір і розподіл швидкостей різний залежно від діаметру труби,

тому введено поняття відносної шорсткості								(безрозмірна величина).
При турбулентному режимі руху						коефіцієнт			залежить не тільки від
При турбулентному режимі руху							∆/
При		∆/	, тобто	= (	,∆ /		)
числа Re, але і від			, тобто				.
	переході		від ламінарного руху до						турбулентного шаруватий

(ламінарний) рух зберігається у стінок труби, утворюючи пристінний

ламінарний шар завтовшки . Безладний рух в середині труби, де максимальні
швидкості, утворює турбулентнеЛ			ядро. У міру розвитку турбулентності ядро 2
(рис.7) збільшується, а ламінарний шар				Л	зменшується. При		трубу
називають гідравлічно гладкою.						Лвпливає на
			В цьому випадку шорсткість не > ∆
рух рідини. Якщо	впливаєЛ	, то трубу називають гідравлічно шорсткою, і
шорсткість істотно		на рух рідини.
	∆>

1 – ядро потоку; 2 – пристінний ламінарний шар

Рис.7. – Структура турбулентного потоку

До гідравлічно гладких труб можна без великої погрішності віднести труби з кольорових металів, а також безшовні нові сталеві труби, а так само топливопроводи і труби, вживані в гідросистемах.

Численні дослідження вітчизняних і зарубіжних вчених опорів при русі рідини в різних трубопроводах, дозволили виділити чотири основні зони опору.

Зона I – в'язкого		опору; рух			ламинарное:			КР	,
– = ( )								КР
– = ( )							першому ступені
формула (2.12). Втрати пропорційні швидкості 3 в							≤		= 2320
формула (2.13).			КР
Рух турбулентний:				=	( )

Зона – гідравлічно	гладких труб;					безрозмірний комплекс
Зона – гідравлічно		>

∆≤ 20.

Вмежах цієї зони можна користуватися формулами:

1)при 4000 < < 10 – формулою Блазіуса:

2) при 4000 < < 3∙10 –	=		,	П.К. Конакова	(1.14)
	формулою,			П.К. Конакова
	=	( ,		, )	(1.15)

Зона III – доквадратичного опору, перехідна зона від гідравлічно гладких труб до зони квадратичного опору, Л ≈ ∆; = ( ,∆ / ). Значення для труб з різних матеріалів приведені в [2, з. 70].

Орієнтовні межі зони визначаються нерівністю

20 <	∆		∙		< 500
Для визначення в цій зоні найбільш універсальними є:
Формула Кольбрука – Уайта
=					,		∆			(1.16)
					√		,		) ,
					√		,
і формула А.Д. Альтшуя					+68 /
= 0,11(∆/					+68 /					(1.17)
Зона IV – квадратичного опору (автомодельності, «цілком шорстких»										труб).
Нижньою межею зони є нерівність			∆	∙				.	Втрати натиску в цій зоні
пропорційні квадрату швидкості, а		=				для даного трубопроводу.
пропорційні квадрату швидкості, а					≥ 500

До найбільш відомих формул в цій зоні для визначення відносяться формули Прандтля–Нікурадзе:

Б.Л. Шифрінсона:

(1.18)

∆

					,	(1.19)
З графічною залежністю			від			для труб з штучною
З графічною залежністю	= 0,11(∆/			)
	88] і [3, с. 133].
шорсткістю можна ознайомитися вlg[1,(1000с.		)			lgRe

2.3. Місцеві гідравлічні опори

Фасонні частини, арматура і інше устаткування трубопровідних систем, які змінюють величину або напрям швидкості руху рідини на окремих ділянках трубопроводу, називаються місцевими

опорами. Проходження потоку через місцеві опори пов'язане з додатковими втратами натиску м.

Основні види місцевих втрат натиску можна умовно розділити на наступні групи:

- втрати, пов'язані із зміною живого перетину потоку (або, що теж,

його середній швидкості); сюди відносяться випадки розширення і звуження

(раптового або поступового) потоку;

-втрати, викликані зміною напрями потоку, його поворотом (рух рідини в колінах, косинцях, відведеннях на трубопроводах);

-втрати, пов'язані з протіканням рідини через арматуру різного вигляду (крани, зворотні клапани, сітки, дроселі і т.д.);

-втрати, що виникли унаслідок відділення однієї частини потоку від іншої або змішення двох потоків в один загальний (рух рідини в трійниках,

хрестовинах і отворах в бічних стінках трубопроводів за наявності транзитної

витрати).

Незалежно від виду втрати натиску на місцеві опори м визначаються

по формулі Вейсбаха (2,11)

де –	м
	втрати натиску, або коефіцієнт місцевого
	коефіцієнт місцевої =	2
опору. Значення залежить від виду місцевого опору, числа, в деякій мірі від

шорсткості стінок, а для замочних пристроїв (кранів, вентилів, засувок,

клапанів та ін.) – від ступеня їх відкриття; – середня швидкість, приймається за місцевими опорами або перед ними.

Іноді місцеві втрати натиску виражають у вигляді еквівалентної довжини Е, прямої ділянки трубопроводу, опір якого тр рівний по величині

м даного місцевого опору: Е =

У зв'язку з складністю структури потоку в місцевих опорах в

переважаючій більшості випадків коефіцієнти, визначені експериментально.

Їх значення приводяться в довідниках по гідравлічних опорах [2; 4].

окремих випадках

визначаються теоретично. Серед них втрати

натискуВна раптове звуження мі розширення.

Раптове розширення трубопроводу. Втрати на раптове розширення

згідно закону Борда знаходять по формулі

(

)

(1.20)

вр

–

де

–

швидкість

до

розширення;

швидкість

потоку після

розширення потоку.

З формули Борда (1.20) виходить, що втрати натиску при раптовому

розширенні рівні швидкісному натиску від втраченої швидкості

Використовуючи універсальну формулу Вейсбаха (2.11)

отримаємо

(

−

)

–

в.р =

де

швидкості

до

після

розширення

відповідно:

і– коефіцієнти, віднесені до швидкісного натиску до і після розширення.

= 1 −		, =		−1	(1.21)

Раптове звуження трубопроводу. Для практичних розрахунків можна користуватися напівемпіричною формулою И.Е. Ідельчика

звуження. Втрата натиску в.т визначається згідно (2.22) часткою швидкісного натиску після звуження, тобто

в.т = в.с		= 0,5 1 −		∙ /2	(1.23)

Інші види місцевих опорів і розрахункові формули для них детально викладені в [1].

Для визначення сумарних втрат натиску в трубопроводі застосовують так званий принцип накладення втрат, згідно якому сумарна втрата натиску в трубопроводах рівна сумі окремих втрат, тобто

= дл + м =

∙