Методичка для ДЗ Часть 2 (831131), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Определяют режим движения путем сравнениянапора H с его критическим значением:Hкр =322 LReкр ,gd3Hкр =3 5 L2gQ3H gd4.128LВ случае турбулентного режима задачу решают методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают квадратичную область сопротивления, в которой по известным d и Δ определяют значения и , позволяющие найти либоv, либо Q из формул, приведенных в варианте I. Подсчет числа Re по одному из найденных параметров дает возможность уточнить значения коэффициентов сопротивления и определить расходво втором приближении, что обычно оказывается достаточным.Q=П р и м е ч а н и е. В некоторых случаях можно применять графическийметод решения такого рода задач, когда строится характеристика трубопровода по уравнениям связи между H и Q (приведены ранее дляламинарного и турбулентного режимов с учетом зависимости и от числа Re, т.
е. от расхода Q). В этом случае графическая характеристикатрубопровода может рассматриваться как зависимость суммарных потерьнапора в трубопроводе от расхода, т. е.hп = f (Q).Re4кр ,Reкр = 2300.Если H < Hкр , режим ламинарный, если H > Hкр — турбулентный.2. В случае ламинарного режима диаметр определяют по формуле128LQd= 4,gHпри турбулентном режимеd=Reкр = 2300.Если H < Hкр , режим ламинарный, если H > Hкр — турбулентный.2.
В случае ламинарного режима расход определяют по формуле38Вариант III. 1. Определяют режим движения путем сравнениянапора H с его критическим значением50,0827LQ2.HЗадача по определению диаметра трубопровода d может бытьрешена и графически, путем построения зависимости H = f (d) приQ = const. Задавая ряд значений d, вычисляют соответствующиезначения напора H по приведенным в варианте I уравнениям связимежду значениями H и Q с учетом области сопротивления.
Из построенного графика по заданному значению H определяют необходимый диаметр d. Далее следует уточнить значение H при выбореближнего большего стандартного диаметра.Задача 4.1. Из резервуара-питателя с избыточным давлениемнад свободной поверхностью, равным 50 кПа по показаниям манометра M , масло (плотность = 950 кг/м3 , коэффициент кинематической вязкости = 0,725 Ст) по горизонтальной трубе диаметромd = 30 мм и длиной l = 40 м вытекает в атмосферу.
Заглублениеосевой линии трубы под уровень H = 3 м. Определить расход Q.Сопротивлением входа в трубу пренебречь (рис. 4.3).Решение. Запишем уравнение Бернулли в избыточной системедавлений для сечений 1–1 и 2–2:H+v2pи= 2 2 + hп .g2g39Наличие ламинарного движения жидкости в трубе подтверждается значением соответствующего числа Рейнольдса:Re =vD=0,79 · 0,03= 327 < 2300.0,725 · 10−4Предположение о малости скоростного напора на выходе такжеподтверждается расчетом:2Рис. 4.3В этом уравнении коэффициент кинетической энергии 2 и потери напора на трение hп зависят от режима движения жидкостив трубе. Режим движения может быть определен путем сравненияpис его критическим значенирасполагаемого напора HΣ = H +g322 LReкр :ем Hкр =gd350 000= 8,36 м;950 · 9,8132 · (0,725)2 · 10−8 · 40 · 2300= 58,35 м.Hкр =9,81 · 27 · 10−6Так как HΣ < Hкр , режим движения жидкости ламинарный.Следовательно, в уравнении Бернулли 2 = 2, v2 = v — средняя скорость движения жидкости в трубе, потери напора на трение hп =32Lv , тогда=gd2v 2 32Lv pи=2 +.H+g2ggd2HΣ = 3 +Если предположить, что скоростной напор на выходе малv22 2 ∼= 0 , то значение скорости в соответствии с последним вы2gражением8,36 · 9,81 · 9 · 10−4pи gd2== 0,79 м/с.v= H+g 32L 32 · 40 · 0,725 · 10−440(0,79)2v2=2= 0,06 м HΣ = 8,36 м.2g19,62Искомый расход равен· 9 · 10−4 = 5,6 · 10−4 м3 /с = 0,56 л/с.44Задача 4.2.
По трубопроводу диаметром d = 0,4 м и длинойl = 3000 м подается нефть (плотность = 880 кг/м3 , коэффициентдинамической вязкости = 0,22 П) из магистрали с заданным избыточным давлением, равным 200 кПа по показаниям манометра M ,при перепаде высот H = 10 м. Шероховатость стенок трубопроводаΔ = 0,2 мм. Определить расход нефти Q. В трубопроводе учитыватьтолько потери напора на трение по длине (рис.
4.4).Q=vd2 = 0,79 ·Рис. 4.4Решение. Располагаемый напор в данной задаче равенHΣ = H +200 000pи= 10 += 33,17 м.g880 · 9,81Уравнение Бернулли для трубопровода имеет видH Σ = кvк2 +hп .2g41При расчете длинного трубопровода с преобладающими потерямина трение скоростным напором в выходном сечении можно преv2небречь: к к ∼= 0. Режим движения жидкости по трубопроводу2gможно определить после нахождения значения Hкр и сравнения егосо значением HΣ , но для этого необходимо сначала определить коэффициент кинематической вязкости :=Hкр ==0,22 · 0,1= 0,25 · 10−4 м/с;880322 L32 · 0,0625 · 10−8 · 3000 · 2300= 0,22 м.Re=крgd39,81 · 0,064Режим движения турбулентный, так как HΣ > Hкр . По условиюlv 2, и тогдаучитываем только потери напора на трение: hп = d · 2gHΣ = lv 2.d · 2g(4.3)Далее задачу решаем методом последовательных приближений.В качестве первого приближения принимаем квадратичную областьсопротивления, в которой по известной относительной шероховатости d/Δ = 400/0,2 = 2000 принимаем коэффициент сопротивлениятрения I = 0,0167 (зависимость = f (Re; d/Δ) на рис.
4.5).Уравнение (4.3) дает возможность определить среднюю скорость движения жидкости в первом приближении:HΣ d · 2g33,17 · 0,4 · 19,62== 2,28 м/с.vI =I l0,0167 · 3000При этой скорости определяем число Рейнольдса:ReI =vI D=2,28 · 0,4= 3,65 · 104 .0,25 · 10−4Для найденных значений ReI и d/Δ по графику уточняем II == 0,0234 и определяем скорость и число Re во втором приближении:33,17 · 0,4 · 19,62= 1,92 м/с; ReII = 3,07 · 10−4 .vII =0,0234 · 300042Рис.
4.5Найденное по графику значение III = 0,024, соответствующеезначениям ReII и d/Δ, достаточно близко к II , что дает возможность ограничиться при определении расхода вторым приближением:Q = vII4d2 = 1,92 ·4· 0,16 = 0,24 м3 /с = 240 л/с.Задача 4.3. Центробежный насос должен обеспечить подачуQ = 10 л/с жидкости на отметку H0 = 15 м по нагнетательномутрубопроводу диаметром d = 50 мм и длиной l = 50 м (рис.
4.6).Шероховатость стенок трубопровода Δ = 0,1 мм; задвижка, установленная в нем, имеет коэффициент сопротивления = 5. Определить давление pн , создаваемое насосом на входе в нагнетательныйтрубопровод и обеспечивающее заданный режим работы по рас43ходу. В трубопроводе учитывать только потери напора на трениепо длине и потери на задвижке. Задачу решить в двух вариантах: а) перекачиваемая жидкость — вода, в = 1000 кг/м3 , = 1 сСт;б) масло, м = 900 кг/м3 , = 50 сСт.представляет собой работу внешних сил по перемещению единицывеса перекачиваемой жидкости. Для нашего случаяH=pн− H0 .g(4.5)Из уравнений(4.4) и (4.5) следует,что H = hп . Таким образом, эта работа идет на преодоление гидравлическихсопротивлений:v2 l+ .H=2gdРис.
4.7Средняя скорость движения жидкости в трубопроводе (независимо от рода жидкости):v=Рис. 4.6Решение. Уравнение Бернулли для сечений 1–1 и 2–2 имеет видРезультаты определения значений коэффициента сопротивлениятрения для обеих жидкостей сведены в табл. 3.
По предварительно подсчитанным значениям d/Δ и числа Re коэффициент может быть определен согласно приводимым в лекциях полуэмпи∗рическим формулам, справочным таблицам или найден из графика = f (Re, d/Δ) на рис. 4.5.v2v2 pн+= H0 + +hп ,g2g2gгдеhп = lv 2d · 2g+v22gТаблица 3pн= H0 + .g2g(4.4)Разность гидростатических напоров между входным и выходным сечениями трубопровода (рис. 4.7), равнаяp1 p1 − z2 +,H = z1 +gg44d/ΔRe = vd/Вода5002,5 · 1050,0234Масло5005 · 1030,0380Перекачиваемая жидкость, тогдаv24 · 0,01Q 4Q= 2== 5 м/с.Fd · 25 · 10−4Отметим, что найденное значение = 0,024 находится в квадратичной зоне сопротивления, а значение = 0,038 — в области гидравлически гладких труб.∗Идельчик И.
Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 559 с.45Далее решаем задачу отдельно для каждого варианта:а) рабочая жидкость — вода:25 50pнH=0,0234 ·+ 5 = 36,2 м;= 15 + 36,2 = 51,2 м;19,620,05вgpн = 502 кПа.б) рабочая жидкость — масло:5025 0,0380 ·+ 5 = 54,8 м;H=19,620,05pн= 15 + 54,8 = 69,8 м;мgгде = 1 (режим движения турбулентный), а потери напора2Lvтрv2+ .D · 2g2gСредняя скорость движения жидкости в трубопроводе и средняя скорость течения через сопло связаны формулой vтр = v(d/D)2(в соответствии с уравнением постоянства расхода). Подставив последнее выражение в уравнение Бернулли, получимH=pн = 616 кПа.Задача 4.4.
Для трубопровода диаметром D = 0,5 м и длинойL = 1000 м, снабженного в конце соплом и работающего под напором H = 400 м, установить зависимость мощности струи на выходеиз сопла и КПД трубопровода от диаметра d выходного отверстиясопла. Определить, при каком значении d мощность струи будетмаксимальной. Каков будет при этом КПД трубопровода тр ? В трубопроводе учитывать только потери на трение по длине ( = 0,02).Коэффициент сопротивления сопла = 0,04, сжатие струи на выходе отсутствует (рис.
4.8).hп = L d 4 v2 1++.2gD DОтсюдаv2=2gH;L d 41++D D√v= 2gHL d 41++D D.Расход жидкости через соплоQ = vf = v4d2 .Мощность струиN= QРис. 4.8Решение. Запишем уравнение Бернулли для сечений 1–1 и 2–2:v2 hп ,H = +2g46v2=2где A = g44d2 vv2 = g H 2gH 24d2=L d 4 3/21++D Dd2,=A L d 4 3/21++D D√H 2gH = const. Введем обозначение d2 = x. ТогдаN =A x1++L 2 3/2xD5.47Далее определяем значение d, при котором мощность струи будет максимальной: dN /dx = 0. Имеем3L 3/2L 1/2L1 + + 5 x21 + + 5 x2−x·· 2 5 xD2DDA= 0;L 2 31++ 5 xD3/23L 2L 2 1/2L− x 1+ + 5x· 2 5 x = 0;1+ + 5xD2DD3L 1/2 LL 1 + + 5 x2 − x2 · 2 5 = 0;1 + + 5 x2DD2D3LL1 + + 5 x2 − x2 · 2 5 = 0;D2DdL 2L d 41+= 4.= 0;1 + − 2 5 x = 0; 1 + − 2DD DD2L/DОпределить: а) расход Q в системе; б) вакуум pвс в сеченииC–C, расположенном выше уровня жидкости в баке A на высоту hс = 1 м.
Длина восходящей линии сифонного трубопроводадо сечения C–C lс = 6,5 м. Потерями напора на плавных поворотахв трубопроводах пренебречь (рис. 4.9).Подстановка числовых значений и решение последнего уравнения приводят к результату d = 0,17 м.КПД трубопровода может быть определен как отношение скоростного напора струи на выходе из трубопровода к располагаемому перепаду гидростатистических напоров:Решение. а) Уравнение Бернулли, записанное для сечений 1–12–2 (плоскость отсчета z = 0), имеет вид Lv21 L21(1 + с ) = 0,0827 · 1 5 + 2 5 + (1 + с ) 4 2 Q2 ,H = hп +2gdc d1d2v 2 /(2g)=HH1=;4L dL d 41++H 1++D DD D1тр == 0,635; тр = 64 %.1000 0,17 41 + 0,04 + 0,02 ·0,5 0,5тр =Задача 4.5. Из бака A, в котором поддерживается постоянныйуровень, вода перетекает по сифонному трубопроводу (общая длина l1 = 20 м; d1 = 40 мм; 1 = 0,0304), имеющему приемный клапан с сеткой (к = 5), в бак B, из которого сливается в атмосферупо трубопроводу (l2 = 100 м; d2 = 60 мм; 2 = 0,0277), включающему в себя задвижку ( = 10) и сходящееся сопло (dс = 30 мм;с = 0,1; = 0,97).
Напор H = 25 м.48Рис. 4.9Fстр=где v — средняя скорость струи при выходе из сопла; =Fс d 2стр= 0,97 — коэффициент сжатия струи; L1 и L2 — приведен=dсные длины трубопроводов (местные сопротивления заменены эквиdвалентными длинами: lэ = );lэ1 =lэ2 =d11d22(к + вых ) =(вх + ) =0,04 · 6= 7,89 м;0,03040,06 · 10,5= 22,74 м;0,0277L1 = l1 + lэ1 = 20 + 7,89 = 27,89 м;L2 = l2 + lэ2 = 100 + 22,74 = 122,74 м.49Подставляем числовые значения:27,89122,7425 = 0,0827 · 0,0304 ·+ 0,0277 ·+5(0,04)(0,06)51Q2 ;+ (1 + 0,1) ·(0,03)4 · (0,97)225 = 1 165 695Q2 .Решение этого уравнения приводит к результатуQ = 0,0046 м3 /с = 4,6 л/с.б) Для определения вакуума pвс в сечении C–C запишем уравнение Бернулли для сечений 1–1 и C–C с новой плоскостью отсчетаz = 0:Q2 lcpвс= hс + 0,0827 4 1+ (1 + к ) =gd1d16,5(0,0046)2 +(1+5)= 8,22 м.0,0304·= 1 + 0,0827 ·(0,04)40,04Искомое значение вакуума равноpвс = 80 638 Па ∼= 80,6 кПа.5.
Расчет сложных трубопроводовК категории сложных относятся трубопроводы, имеющие разветвленные участки и состоящие из нескольких труб (ветвей). Сечения трубопровода, в которых смыкаются несколько ветвей, называют узлами. Для каждого узла может быть составлен баланс расходов. В зависимости от конструктивного исполнения разветвленныхучастков различают следующие основные типы сложных трубопроводов: с параллельными ветвями, с концевой раздачей жидкости,с непрерывной раздачей жидкости, а также разнообразные сложныетрубопроводы комбинированного типа.Как и при расчете простого трубопровода (см. разд. 4), можновыделить три основные группы задач расчета сложных трубопроводов.1. Определение перепадов напоров в питателях и приемникахдля обеспечения требуемых расходов в трубах заданных размеров.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
