Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

ГлавнаяСтатьи и материалыГидравлическое сопротивление труб

Любая трубопроводная коммуникация имеет не только прямолинейные участки, но и повороты, ответвления, для создания которых используются различные фитинги.

А для регулирования потока рабочей среды устанавливается запорная арматура. Всё это создаёт сопротивление, поэтому очень важно перед тем, как приступать к монтажу трубопровода, необходимо выполнить ряд расчётов, в том числе определить гидравлическое сопротивление.

Это позволит в будущем сократить теплопотери и, соответственно, избежать лишних энергозатрат.

Гидравлический расчёт выполняется с целью:

  • Вычисления потерь давления на конкретных отрезках системы отопления;
  • Определения оптимального диаметра трубопровода с учётом рекомендованной скорости перемещения рабочего потока;
  • Расчёта тепловых потерь и величины наименьшего давления в трубопроводе;
  • Правильного выполнения увязки параллельно расположенных гидравлических ветвей и закреплённой на ней запорной арматуры.

Во время движения по замкнутому контуру рабочему потоку приходится преодолевать определённое гидравлическое сопротивление. Причём с увеличением его значения, должна увеличиваться мощность насоса.

Только правильные расчёты помогут выбрать оптимальный вариант насоса.

Нет смысла покупать слишком мощное оборудования для трубопроводов с низким гидравлическим сопротивлением, ведь, чем больше мощность, тем выше энергозатраты.

А если мощность будет, наоборот, недостаточной, то насосное оборудование не сможет обеспечить достаточный напор теплоносителя, что приведёт к увеличению тепловых потерь.

  • Это безмерная величина, показывающая, каковы потери удельной энергии.
  • Ламинарное перемещение рабочего потока
  • При ламинарном (равномерном) перемещении рабочей среды по трубопроводу круглого сечения потери давления по длине вычисляется по формуле Дарси-Вейсбаха:

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

  1. Где:
  2.  — потери давления по длине;
  3.  — коэффициент гидравлического сопротивления;
  4. v – скорость движения рабочей среды;
  5. g – ускорение силы тяжести;
  6. d – диаметр трубопроводной магистрали.
  7. Практически определено, что на коэффициент гидравлического сопротивления непосредственное влияние оказывает число Рейнольдса (Re) – безмерная величина, которая характеризует поток жидкости и выражается отношением динамического давления к касательному напряжению.
  8. Если Re меньше, чем 2300, то для расчёта применяется формула:
  9. Для трубопроводов в форме круглого цилиндра:
  10. Для трубопроводных коммуникаций с другим (не круглым) сечением:
  11. Где А=57 – для квадратных труб.
  12. Турбулентное течение рабочего потока
  13. При турбулентном (неравномерном, беспорядочном) перемещении рабочего потока коэффициент сопротивления вычисляют опытным путём, как функцию от Re. Если необходимо определить коэффициент гидравлического сопротивления для магистрали круглого сечения с гладкими поверхностями при

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводовФормула расчета местных сопротивлений трубопроводов

  • В случае турбулентного перемещения рабочей среды на величину коэффициента трения влияет число Рейнольдса (характер течения) и насколько гладкая внутренняя поверхность трубопроводной коммуникации.
  • Коэффициент местного сопротивления
  • Это безмерная величина, которая устанавливается экспериментальным путём с помощью формулы:

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

  1. Где:
  2.  – коэффициент местного сопротивления;
  3.  – потеря напора;
  4.  – отношение скорости потока к ускорению силы тяжести – скоростной поток.
  5. При неизменной скорости перемещения рабочей среды по всему сечению применяется формула:

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

 – энергия торможения.

Для фитингов из ППР:

ДетальОбозначениеПримечаниеКоэффициент
Муфта 0,25
Муфта переходная Уменьшение на 1 размер 0,40
Уменьшение на 2 размер 0,50
Уменьшение на 3 размер 0,60
Уменьшение на 4 размер 0,70
Угольник 90° 1,20
Угольник 45° 0,50
Тройник Разделение потока 1,20
Соединение потока 0,80
Крестовина Соединение потока 2,10
Разделение потока 3,70
Муфта комб. вн. рез. 0,50
Муфта комб. нар. рез 0,70
Угольник комб. вн. рез. 1,40
Угольник комб. нар. рез. 1,60
Тройник комб. вн. рез. 1,40 — 1,80
Вентиль 20 мм 9,50
25 мм 8,50
32 мм 7,60
40 мм 5,70

Для полиэтиленовых труб

ТрубаРасход, м3/часСкорость, м/сПотери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м)
Сталь новая 133×5 60 1,4 3,6
Сталь старая 133×5 60 1,4 6,84
ПЭ 100 110×6,6 (5ЭР 17)/td> 60 2,26 4,1
ПЭ 80 110×8,1 (ЗйР 13,6) 60 2,41 4,8
Сталь новая 245×6 400 2,6 4,3
Сталь старая 245×6 400 2,6 7,0
ПЭ 100 225×13,4 (50 В 17) 400 3,6 4,0
ПЭ 80 225×16,6 (ЗЭК 13,6) 400 3,85 4,8
Сталь новая 630×10 3000 2,85 1,33
Сталь старая 630×10 3000 2,85 1,98
ПЭ 100 560×33,2 (ЗЭК 17) 3000 4,35 1,96
ПЭ 80 560×41,2 (ЗЭК 13,6) 3000 4,65 2,3
Сталь новая 820×12 4000 2,23 0,6
Сталь старая 820×12 4000 2,23 0,87
ПЭ100 800×47,4 (ЗЭК 17) 4000 2,85 0,59
ПЭ 80 800×58,8 (ЗЭР 13,6) 4000 3,0 0,69

Для бесшовных стальных труб

Режим движенияЧисло РейнольдсаОпределения λ
Ламинарный  или 
Переходный Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов Проектирование трубопроводов не рекомендуется
Турбулентный 1-я область  (ф-ла Блазиуса)Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов Бф-ла Конакова)
2-я область Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов (ф-ла Альтшуля)
3-я область Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов (ф-ла Альтшуля) (ф-ла Никурадзе)

Для металлопластиковых труб

НаименованиеСимволКоэффициент
Тройник разделения потока 7,6
Тройник проходной 4,2
Тройник противоположные потоки при разделении потока 8,5
Тройник противоположные потоки при слиянии потока 8,5
Угол 90° 6,3
Дуга 0,9
Редукционный переход 6,3
Установочный уголок 5,4

С точки зрения гидравлического сопротивления, наиболее оптимальными являются трубопроводные системы с гладкой внутренней стенкой:

Пластиковые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для систем горячего и холодного водоснабжения и отопления, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

Имеет гладкую внутреннюю стенку, что обеспечивает низкий коэффициент гидравлического сопротивления.

  • Пластиковые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.
  • Трубопроводная система из инновационного материала fusiolen, специально разработанная для систем холодоснабжения, обогрева поверхностей, транспортировки агрессивных сред и сжатого воздуха, а также для систем геотермальной энергетики.
  • Имеет гладкую внутреннюю стенку, что обеспечивает низкий коэффициент гидравлического сопротивления.

Помогите рассчитать потерю давления на газопроводе с начальным диаметром dn80, через 0,1 м становиться dn32 и тянется 10 м Уважаемый Андрей! Информация направлена на вашу почту! Добрый день, помогите рассчитать сопротивление резиновых трубопроводов. Уважаемый Николай! Информация направлена на Вашу почту. Что такое м/100м (в потерях напора)? Уважаемый Павел! Данная колонка с данными отображает потери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м).

Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

  • Содержание: [Скрыть]

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя.

Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

  • минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
  • круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
  • форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
  • процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

  • условный (номинальный) диаметр – DN;
  • давление номинальное – PN;
  • рабочее допустимое (избыточное) давление;
  • материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
  • физико-химические свойства рабочей среды;
  • комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
  • изоляционные материалы трубопровода.

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводовУсловный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода.

Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.

Читайте также:  Труба стальная в ппу изоляции ст 76х3

Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний,  по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

  • ламинарный поток (Re

Коэффициенты местных сопротивлений в таблицах

Все мы прекрасно видели в таблице аэродинамического расчета столбик коэффициента местного сопротивления (КМС).

Постараемся найти ответы на вопросы: Что это? От каких факторов зависит коэффициент местного сопротивления? Зачем вообще его учитывать? И самый главный вопрос: как определить коэффициенты местных сопротивлений воздуховодов? Значение определяется опытным путем и расчетами.

Для стандартных элементов таких как тройник, колено, задвижка, диффузор, решетки и другие уже давно определили коэффициенты местных сопротивлений. Данные со значением коэффициентов можно найти в справочной литературе, или же они указаны в каталоге производителя.

Бывают случаи, когда и нужно воспользоваться калькулятором. Ниже вы можете увидеть таблицы коэффициентов из справочников и каталогов, а также рассмотрим расчет коэффициента местных сопротивлений и от чего он зависит.

Коэффициент местного сопротивления

Сначала дадим определение коэффициенту местного сопротивления. Местными сопротивлениями называются называют точечные потери напора, связанные с изменением структуры потока. В вентиляции существует множество составляющих, что играют роль местного сопротивления:

  • поворот воздуховода,
  • сужение или расширение потока,
  • вход воздуха в воздухозаборную шахту;
  • «тройник» и «крестовина»;
  • приточные и вытяжные решетки и воздухораспределители;
  • воздухораспределители;
  • диффузор;
  • заслонки и т.д.

Их КМС рассчитываются по определенным формулам, а затем они участвуют в определении местных потерь давления. В математическом понятии коэффициент местных потерь — это отношение потерь известного напора в местном сопротивлении к скоростному напору.

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

Коэффициент местного сопротивления зависит от формы и вида местного сопротивления, шероховатости воздуховода и как ни странно от числа Рейнольдса. Для заслонок и другой запорной арматуры к перечисленному додается еще степень открытия.

Связанность КМС с числом Рейнольдса выражается в формуле

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

Значения коэффициентов В для некоторых местных сопротивлений

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

Чем больше число Rе тем меньше от него зависит коэффициент. Полная независимость коэффициента местного сопротивления от числа Rе в вентиляционной системе происходит для резких переходов при Rе > 3000, а для плавных переходов — при Rе > 10000.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке воздуховода равен сумме всех местных коэффициентов на этом участке.

На практике же времени особо для расчета КМС нету, поэтому проектировщики пользуются таблицами со справочников и других источников. Тем более зачем тратить кучу времени на поиски формул и расчеты, если это уже сделали за вас.

Многие производители шумоглушителей, клапанов и решеток с удовольствием указывают значение коэффициента местного сопротивления в каталогах. Но, конечно, уж если совсем никаких данных не нашли, тогда нужно прибегнуть к математике.

  

Гидравлическое сопротивление

Опубликовано 24 Июн 2018Рубрика: Теплотехника | 26 комментариев

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

В одной из ранних статей на блоге рассмотрен простой пример расчета трубопровода с параллельными участками с использованием понятия «характеристика сопротивления». В конце статьи я анонсировал: «Можно существенно  повысить точность метода…». Под этой фразой подразумевалось учесть зависимость характеристик сопротивления от расхода более точно.

В том расчете характеристики сопротивлений выбирались из таблиц по диаметру трубы и по предполагаемому расходу. Полковов Вячеслав Леонидович написал взамен таблиц пользовательские функции в Excel для более точного вычисления гидравлических сопротивлений, которые любезно предоставил для печати.

Термины «характеристика сопротивления» и «гидравлическое сопротивление» обозначают одно и то же.

Краткая теория

В упомянутой выше статье теория вкратце рассматривалась. Освежим в памяти основные моменты.

  • Движение жидкостей по трубам и каналам сопровождается потерей давления, которая складывается из потерь на трение по длине трубопровода и потерь в местных сопротивлениях – в изгибах, отводах, сужениях, тройниках, запорной арматуре и других элементах.
  • В гидравлике в общем случае потери давления вычисляются по формуле Вейсбаха:
  • ∆Р=ζ·ρ·w²/2, Па, где:
  • ζ – безразмерный коэффициент местного сопротивления;
  • ρ – объёмная плотность жидкости, кг/м3;
  • w – скорость потока жидкости, м/с.

Если с плотностью и скоростью всё более или менее понятно, то определение коэффициентов местных сопротивлений – достаточно непростая задача!

Как было отмечено выше, в гидравлических расчетах принято разделять два вида потерь давления в сетях трубопроводов.

  1. В первом случае «местным сопротивлением» считается трение по длине прямого участка трубопровода. Перепад давления для потока в круглой трубе рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха:

∆Ртр=ζтр·ρ·w²/2=λ·L·ρ·w²/(2·D), Па, где:

  • L – длина трубы, м;
  • D – внутренний диаметр трубы, м;
  • λ – безразмерный коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси).

Таким образом, при учете сопротивления трению коэффициент потерь – коэффициент местного сопротивления – и коэффициент гидравлического трения связаны для круглых труб зависимостью:

ζтр=λ·L/D

  1. Во втором случае потери давления в местных сопротивлениях вычисляются по классической формуле Вейсбаха:
  1. ∆Рм=ζм·ρ·w²/2, Па
  2. Коэффициенты местных сопротивлений определяются для каждого вида «препятствия» по индивидуальным эмпирическим формулам, полученным из практических опытов.
  3. Выполним ряд математических преобразований. Для начала выразим скорость потока через массовый расход жидкости:
  4. w=G/(ρ·π·D²/4), м/с, где:
  • G – расход жидкости, кг/с;
  • π – число Пи.
  • Тогда:
  • ∆Ртр=8·λ·L·G²/(ρ·π²·D5), Па;
  • ∆Рм=8·ζм·G²/(ρ·π²·D4), Па.
  • Введем понятие гидравлических сопротивлений:
  • Sтр=λ·L·/(ρ·π²·D5), Па/(кг/с)²;
  • Sм=8·ζм·/(ρ·π²·D4), Па/(кг/с)².
  • И получим удобные простые формулы для вычисления потерь давления при прохождении жидкости в количестве G через эти гидравлические сопротивления:
  • ∆Ртр=Sтр·G², Па;
  • ∆Рм=Sм·G², Па.
  • Размерность гидравлического сопротивления (Па/(кг/с)²) определена массовой скоростью (кг/с) движения жидкости, а физические процессы в транспортных системах зависят от её объёмной скорости (м3/с), что учтено в формулах присутствием объёмной плотности ρ транспортируемой жидкости.
  • Для удобства последующих расчётов целесообразно введение понятия «гидравлическая проводимость» — а.
  • Для последовательного и параллельного соединений гидравлических сопротивлений справедливы формулы:
  • Sпосл=S1+S2+…+Sn, Па/(кг/с)²;
  • Sпар=1/(а1+a2+…+an, Па/(кг/с)²;
  • ai=(1/Si)0,5, (кг/с)/Па0,5.

Коэффициент гидравлического трения

Для определения гидравлического сопротивления от трения о стенки трубы Sтр необходимо знать параметр Дарси λ – коэффициент гидравлического трения по длине.

В технической литературе приводится значительное количество формул разных авторов, по которым выполняется вычисление коэффициента гидравлического трения в различных диапазонах значений числа Рейнольдса.

Формула расчета местных сопротивлений трубопроводов

Обозначения в таблице:

  • Re – число Рейнольдса;
  • k – эквивалентная шероховатость внутренней стенки трубы (средняя высота выступов), м.
  1. В [1] приведена еще одна интересная формула расчета коэффициента гидравлического трения:
  2. λ=0,11·[(68/Re+k/D+(1904/Re)14)/(115·(1904/Re)10+1)]0,25
  3. Вячеслав Леонидович выполнил проверочные расчеты и выявил, что вышеприведенная формула является наиболее универсальной в широком диапазоне чисел Рейнольдса!
  4. Значения, полученные по этой формуле чрезвычайно близки значениям:
  • функции λ=64/Re для зоны ламинарного характера потока в диапазоне 10
Читайте также:  Технология прокладки трубопроводов гнб

Местные сопротивления

При движении реальных жидкостей кроме потерь на трение по длине трубопровода, возникающих из-за вязкости жидкости, могут возникать потери напора, связанные с наличием местных сопротивлений (краны, задвижки, сужения, расширения, повороты трубопроводов и проч.), которые вызывают изменения скорости движения или направления потока.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле

где ξ – коэффициент местных потерь; – скоростной напор; – средняя скорость.

Коэффициентом местных потерь ξ называют отношение потери напора в данном местном сопротивлении к скоростному напору

В большинстве случаев диаметр трубопровода до местного сопротивления и после него бывает разным, а поэтому и скорости движения жидкости при этом разные (рис. 6.21).

Очевидно, что и коэффициенты местных потерь, отнесенные к скоростному напору до и после местного сопротивления, будут различными.

Поэтому при пользовании гидравлическими справочниками необходимо всегда обращать внимание, к какому скоростному напору отнесен коэффициент Обычно ξ относят к скоростному напору за местным сопротивлением.

Рис. 6.21. Схема движения жидкости через местное сопротивление

Отсюда

Понятие эквивалентной длины позволяет ввести понятие о приведенной длине трубопровода

где l – действительная длина трубопровода.

Коэффициент местных потерь ξ в общем случае зависит от формы местного сопротивления, числа Re, шероховатости поверхности, а для запорных устройств также от степени их открытия, т.е.

Ввиду большой сложности происходящих в местных сопротивлениях явлений в настоящее время нет надежных методов теоретического определения коэффициента ξ. Он определяется в основном экспериментально.

Имеется попытка теоретически обосновать коэффициент местных потерь на случай внезапного расширения трубопровода (рис. 6.22). Используя аналогию потерь энергии при внезапном расширении с неупругим ударом твердых тел, Ж. III.

Борда из теоремы о приращении количества движения и уравнения Бернулли вывел формулу для местных потерь при внезапном расширении потока в виде

где – скорости потока до и после внезапного расширения, т.е. потеря напора при внезапном расширении равна скоростному напору потерянной скорости, где потерянная скорость. Это утверждение представляет так называемую теорему БордаКарно.

Однако более детальный анализ явлений показывает, что аналогия потерь напора при внезапном расширении с потерями энергии при неупругом ударе твердых тел далеко неполная. Опытом, в частности, подтверждается, что потери напора, даваемые теоремой Борда – Карно, получаются завышенными.

Поэтому на основании теоретических соображений и эксперимента предложено эту потерю определять по формуле

где k – коэффициент, определяемый опытным путем.

Рис. 6.22. Внезапное расширение потока

Рассмотрим отдельные практически важные типы местных сопротивлений.

1. Внезапное расширение потока (см. рис. 6.22).

Хотя аналогия внезапного расширения потока с неупругим ударом не может служить основой для строгого теоретического обоснования и объяснения физического смысла явления, в первом приближении она достаточна.

Благодаря неупругости удара механическая энергия рассеивается и превращается во внутреннюю энергию жидкости. Этим и объясняется основная доля потерь при внезапном расширении, которые подсчитываются по формуле (6.

26).

Уравнение неразрывности потока для несжимаемой жидкости имеет вид

Отсюда

Подставляя выражение (6.28) в формулу (6.26), получаем

Сравнивая формулы (6.29) и (6.25), находим

Подставляя выражение (6.31) в формулу (6.26), получаем

Сравнивая формулы (6.32) и (6.25), находим

Таким образом, по формулам (6.29), (6.32) можно определить потери напора в местном сопротивлении в случае известных скоростейили. Для приближенных расчетов коэффициент k можно принять равным 1.

2. Выход из трубы в резервуар больших размеров (рис. 6.23).

Рис. 6.23. Выход из трубы в резервуар

В данном случае площадь сечения резервуара поэтому

Тогда из формулы (6.30) следует

3. Внезапное сужение потока (рис. 6.24).

Рис. 6.24. Внезапное сужение потока

В данном случае происходит внезапное увеличение скорости. Удара при этом в плоскости перехода сечения не происходит. Но на некотором расстоянии ниже по течению происходит сжатие струи (сечение с – с), а затем переход от сжатого сечения к нормальному. Этот переход можно рассматривать как удар, что и служит причиной потерь напора.

Таблица 6.1

Значения ξ при внезапном сужении

0,01 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
ξ 0,45 0,39 0,35 0,38 0,2 0,09 0,0

4. Постепенное расширение потока (диффузор) (рис. 6.25).

Рис. 6.25. Диффузор

При малых углах течение в диффузоре происходит безотрывно. При углах происходит отрыв потока от стенки.

Это объясняется тем, что в диффузоре происходит увеличение давления в направлении движения, вызываемое уменьшением скорости вследствие расширения канала.

Частицы жидкости, движущейся у стенки, сильно затормаживаются силами вязкости, и в определенной точке их кинетическая энергия становится недостаточной для преодоления все возрастающего давления. Поэтому скорость жидкости в пристенном слое в такой точке обращается в нуль, а за этой точкой появляются обратные течения – отрыв потока.

Если безотрывное течение в диффузоре происходит практически без потерь, то течение с отрывом сопровождается значительными потерями энергии на вихреобразование.

Рис. 6.26. Зависимость коэффициента местных сопротивлений от угла Θ для диффузора

При угле коэффициент потерь достигает максимума. Причем при угле

jpg»> потери напора превосходят потери при внезапном расширении потока (). Поэтому вместо переходов в виде диффузоров с углом

jpg»>нужно применять внезапное расширение как переход с меньшими потерями напора.

Для данного местного сопротивления коэффициент ξ будет функцией только от числа Re. В зависимости от влияния числа Re на коэффициент ξ режимы движения жидкости могут быть разделены на следующие зоны.

1. Движение в местном сопротивлении и в трубопроводе ламинарное.

Коэффициент местных сопротивлений в этом случае определяется по формуле

где А – коэффициент, зависящий от типа местного сопротивления.

Так как

то, учитывая формулу (6.33), будем иметь где

Следовательно, потери напора пропорциональны первой степени скорости.

2. Движение в трубопроводе без местного сопротивления ламинарное, а с местным сопротивлением – турбулентное. В этом случае

где В – коэффициент, зависящий от типа местного сопротивления.

Потери напора в данном случае определяют по формуле

3. Движение в трубопроводе без местного сопротивления и при наличии его турбулентное при небольших числах Re > 2300.

Формула для коэффициента местного сопротивления имеет вид

где С – коэффициент, зависящий от типа местного сопротивления.

Подставляя последнее соотношение в формулу (6.34), получаем

4. Развитое турбулентное течение при больших числах Рейнольдса.

Коэффициент ξ здесь не зависит от числа Рейнольдса, и местные потери напора пропорциональны квадрату скорости (квадратичная зона)

Коэффициенты А, В, С для различных типов местных сопротивлений приводятся в учебниках по гидравлике и гидравлических справочниках [3].

Гидравлический расчет системы отопления: цель и ход выполнения, вычисления

  • Выражаться гидравлические потери могут по-разному — в единицах давления или линейных единицах столба жидкости, потерях напора.
  • Общая формула потери напора выглядит так:
  • △H = △P/(pg),
  • где △P — потери в единицах давления,
  • p — плотность среды,
  • g — ускорение свободного падения.

В сфере промышленности, в производственной практике перемещение жидкостей в потоках неразрывно связано с необходимостью преодоления гидравлического сопротивления трубы по всему пути потока.

Кроме этого, гидравлические потери обуславливаются местным сопротивлением встречающихся на пути ответвлений и кранов, задвижек и вентилей, поворотов и диафрагм.

Чтобы преодолевать местные сопротивления, поток затрачивает определенную часть энергии — в этом случае речь идет о потере напора на локальные сопротивления. Как правило, такие потери выражают в долях от скоростного напора, который соответствует средней скорости среды в трубах до местного сопротивления либо после него.

  1. Найти данные о коэффициентах разных местных сопротивлений можно в соответствующих учебниках, пособиях, справочниках по гидравлике — данные могут быть представлены в разном виде, например как отдельные значения коэффициента гидравлических потерь, в виде диаграмм, таблиц, эмпирических формул.
  2. При желании или необходимости потери напора на локальные гидравлические сопротивления можно рассчитать самостоятельно. Для этого используется формула:
  3. hr = ξ υ² / (2g),
  4. где ξ представляет собой коэффициент местного сопротивления. Как правило, его определяют опытным путем,
  5. g — ускорение свободного падения.
Читайте также:  Выбор пальника для пайки микросхем

Местные гидравлические сопротивления: свойства и характеристики

Как мы уже упоминали, потери напора жидкости в случае с местными сопротивлениями определяются в большинстве случаев только опытным путем.

Но и в теоретическом обосновании есть некоторые прорывы — так, местное сопротивление по своим свойствам и характеристикам аналогично сопротивлению, которое наблюдается при внезапном расширении струи.

И это логично, если учитывать, что поведение потока жидкости при преодолении любого локального сопротивления сопровождается сужением или расширением сечения.

1.

При внезапном сужении трубы сопротивление сопровождается появлением водоворотной области в месте сужения, при этом струя уменьшается до размеров меньших, чем сечение наименьшей трубы.

После того как поток проходит участок сужения, струя максимально расширяется, ограничиваясь внутренним сечением трубы. Коэффициент местного сопротивления при резком сужении трубы рассчитывается по формуле: ξвн.суж. = 0,5(1 — (F2/F1)).

Значение коэффициента от отношения F2/F1 несложно найти в соответствующих пособиях по гидравлике.

2.

При изменении направления трубы под углом гидравлические потери рассчитываются по формуле: ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2,047sin(α/2)², где α — это угол поворота трубы. Поток ведет себя следующим образом: сначала струя сжимается, после чего расширяется, так как при повороте по инерции поток отжимается от стенок трубы.

  Ремонт системы отопления дома

3.

При входе в трубу цилиндрической формы с острой кромкой, которая наклонена к горизонту под углом α, коэффициент местного сопротивления высчитывается по формуле Вейсбаха: ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223sin α².

Иногда труба имеет закругленную форму или в сечении входа стоит диафрагма, которая сужает сечение, — в любом случае сначала струя потока будет сжиматься, потом расширяться, то есть местное сопротивление при входе в водопровод можно свести к внезапному расширению струи потока.

4.

В промышленности, в частности при работе с насосным оборудованием, часто приходится рассчитывать местные сопротивления, которые создаются запорной арматурой — вентилями и клапанами, кранами и задвижками и так далее.

Вне зависимости от того, какую геометрическую форму имеет проточная часть, ограниченная запорной арматурой, гидравлический характер течения при преодолении сопротивлений не меняется. Если мы говорим о полностью открытой запорной арматуре, гидравлическое сопротивление будет колебаться в диапазоне от 2,9 до 4,5.

Коэффициенты для определенного вида запорной арматуры можно найти в соответствующих справочниках.

5.

Гидравлические потери диафрагмы определяются сужением струи потока и последующим ее расширением. Степень сужения потока и его последующего расширения определяется несколькими факторами — это особенности конструкции диафрагмы, отношение диаметров отверстия трубы и диафрагмы, режим движения жидкости и так далее.

6.

Наконец, часто бывает необходимо рассчитать коэффициент местного сопротивления при входе струи потока под уровень жидкости. Впрочем, сложных расчетов проводить не потребуется, коэффициент сопротивления при входе струи в большой резервуар под уровень жидкости или в среду без жидкости связан с потерей кинетической энергии и равен 1.

3Как выбрать материал для трубопровода сжатого воздуха?

Для производства труб системы подготовки и распределения сжатого воздуха используют несколько материалов. Выбор того или иного зависит от нескольких факторов:

  • условия эксплуатации (улица, помещение),
  • качество сжатого воздуха,
  • перепады давления,
  • протяженности трубопровода,
  • требуемого диаметра трубы,
  • стоимости,
  • рабочего давления и производительности компрессора,
  • износостойкости.

Чаще всего в сетях распределения сжатого воздуха устанавливают трубы, изготовленные из следующих материалов:

  1. Сталь. К основным преимуществам данного вида труб относятся: бесшовность соединения, наличие резьбовых соединений, разнообразие видов и форм, разнообразие номинальных диаметров, коррозионная стойкость, низкое сопротивление воздушному потоку. Ограничения к выбору данного вида трубопровода: гальванизированное покрытие увеличивает сопротивление воздушному потоку. Также, трубы из нержавеющей стали достаточно дорогие и имеют значительный вес, по сравнению с пластиковыми трубами.
  2. Медь. Для многих предприятий медный трубопровод для системы распределения сжатого воздуха достаточно дорогостоящий вариант и требует привлечения сторонних специалистов по монтажу высокого технического уровня. Чаще всего такой вид труб используют в медицине или в лабораториях. Медные трубы имеют низкое сопротивление движению потока, устойчивы к коррозии.
  3. Пластик. Для производства труб используют следующие виды пластика: полипропилен (РPR), полиамид (РА), полиэтилен (РЕ), акрилнитрил-бутадиен-стиролполимер (ABS). Готовые изделия из них не подвержены коррозии, имеют множество форм и соединений, обладают низкой эластичностью, просты в монтаже и обслуживании. Максимальное расчетное давление каждого вида трубы производители указывают в ее спецификации (обозначение PN и далее величина давления в бар, например PN16).

Наиболее распространенным материалом для прокладки пневмопроводов является полипропиленовые трубы. Они просты в установке, имеют приемлемую стоимость и выдерживают давление сжатого воздуха до 20 бар.

Внешние диаметры полипропиленовых труб: 20 мм, 25 мм, 32 мм, 40 мм, 50 мм, 63 мм.

Внутренние диаметры зависят от максимального давления, на которое они рассчитаны и соответственно зависят от толщины стенок труб, поэтому при выборе материалов пневмопровода нужно внимательно ознакомиться с характеристиками выбранной для монтажа PPR-трубы.

Обращаем ваше внимание, что для правильного подбора компрессорной техники наши специалисты предлагают заполнить Опросный Лист, в котором отражаются все наиболее важные нюансы при выборе агрегатов. Также, вы можете обратиться к нашим специалистам за консультацией любым удобным способом:

  • По телефону (звонок бесплатный)
  • По электронной почте
  • Заполнив заявку в нашем онлайн-чате.

О гидравлическом сопротивлении, насосах и кавитации

Работа насосов и гидравлических машин направлена в том числе на преодоление гидравлических потерь. Чтобы снизить влияние таких потерь, при создании трассы стоит избегать узлов, которые будут резко менять направления потока.

Оптимальный вариант — конструкции обтекаемой формы.

Но нужно понимать, что даже максимально гладкие трубы не обеспечат отсутствие потерь: ламинарный режим течения не сопровождается большими потерями из-за шероховатых стенок, но турбулентный режим приводит и к росту гидравлического сопротивления трубы.

Иногда при движении жидкости по закрытым руслам меняется ее агрегатное состояние — она превращается в пар, то есть из жидкости выделяются газы, в ней растворенные. Если скорость небольшая, видимых изменений в ее движении не будет. Но при увеличении скорости движения на узком участке трубы появится отчетливая зона с пузырьками газа.

Далее, когда жидкость подходит к широкой части трубы, пузырьки начинают резко уменьшаться в размерах, а затем исчезать — схлопываться. В месте схлопывания пузырьков резко увеличивается давление, которое затем передается на соседние объемы среды и далее на стенки трубы. Многочисленные местные повышения давлений приводят к вибрации.

Кавитация — нежелательное явление, которое может привести к очень быстрому износу определенных частей трубопроводного и насосного оборудования. Часто она возникает в местах локальных сопротивлений — в вентилях, кранах, задвижках и так далее. При этом кавитация снижает КПД, а в долгосрочной перспективе разрушает детали, стенки трубопроводов, уменьшая их пропускную способность. #ФОРМА#

Расчёт объема воды и вместительность расширительного бака

Объем расширительного бачка должен равняться 1/10 всего объема жидкости

Для расчета рабочих характеристик расширительного бачка, обязательного для любой системы отопления закрытого типа, потребуется разобраться с явлением увеличения объема жидкости в ней.

Этот показатель оценивается с учетом изменения основных рабочих характеристик, включая колебания ее температуры.

Она в этом случае изменяется в очень широком диапазоне – от комнатных +20 градусов и вплоть до рабочих значений в пределах 50-80 градусов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector