Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Неустановившееся движение в напорном трубопроводе. Гидравлический удар
Уравнение одномерного неустановившегося движения
где hс — потери в гидравлических сопротивлениях, вычисляемые в первом приближении по тем же формулам, что и для установившегося движения; hi=(1/g)∫l1l2(∂v/∂t)dl — инерционный напор, вычисляемый по средней скорости v. Для трубы постоянного диаметра инерционный напор
где l — координата, отсчитываемая вдоль оси трубы; S — площадь сечения; L — длина участка трубы. При медленно изменяющемся во времени неустановившемся движении (например, при истечении из большого резервуара через малое отверстие) инерционным напором можно пренебречь, и тогда расчетные зависимости приобретают тот же вид, что и для установившегося движения. Гидравлический удар в трубах является одним из видов неустановившегося движения и проявляется в резком изменении давления в трубе, вызванном маневрированием (закрытием или открытием) затвора. Течение при гидравлическом ударе описывается системой дифференциальных уравнений
где H = z+ р/(ρg) — пьезометрический напор; v — средняя скорость; l — координата, отсчитываемая вдоль оси трубы; а — скорость распространения в трубе ударной волны (см. ниже); if — уклон трения (потеря энергии на трение на единице длины трубы). Если длина трубопровода не очень велика, то уклоном трения if пренебрегают [10]. Обычно пренебрегают также членами v(∂H/∂l) и v(∂v/∂l, используя уравнения удара в виде d2v/d2=a2d2v/dl2; d2H/dτ2=a2d2v/dl2 Поскольку величинами if и v2/2g пренебрегают, при установившемся режиме пьезометрический напор по длине трубы постоянен.
Рис.3.16Таким образом, система (3.69) приводится к двум волновым уравнениям, общие решения которых применительно к схеме рис.3.16,а имеют вид
где H0 и v0— соответственно пьезометрический напор и скорость в трубе при установившемся движении; f и φ— произвольные функции; а — скорость распространения в трубе волны изменения давления, определяемая формулой Жуковского:
где а0 =√(ε/ρ)— скорость распространения звука в жидкости;ε — объемный модуль упругости жидкости; Е— модуль упругости материала стенок; D— диаметр трубы; δ— толщина ее стенок. Таблица 3.11 Скорость распространения волны гидравлического удара в трубах
При давлениях 102 —25ּ102 кПа и температуре Т= 10°С а0 = 1435 м/с. Значения скорости распространения ударной волны в трубах из разных материалов приводятся в табл.3.11. Единицей времени в теории гидравлического удара служит фаза удара, т.е. время θ пробега ударной волны двойной длины трубопровода L: θ = 2L/а. В зависимости от закона закрытия или открытия затвора и параметров трубы возникает прямой или непрямой гидравлический удар. Прямой удар возникает, если время закрытия (открытия) меньше фазы удара (Т ≤ θ). Ударное изменение пьезометрического напора в этом случае определяется формулой
где H0, v0 и Нк, vк — соответственно напор и скорость в трубопроводе перед затвором до удара и в конце процесса закрытия (открытия). Если затвор закрывается полностью, то vк= 0 и ударное изменение напора выражается формулой Жуковского для прямого удара
Учитывая, что для стальных трубопроводов а=1000 м/с, принимаем ΔH=100v0, где v0— в метрах в секунду. Непрямой удар имеет место, если закрытие (открытие) происходит за время Т >θ. Для непрямого удара можно из (3.70) вывести цепные уравнения, связывающие значения скорости перед затвором viθ с соответствующими значениями напора Hiθ, в концах каждой из фаз в течение времени закрытия Т (см. (3.74)), где индексами θ, 2θ отмечены значения напора и скорости в конце каждой из n фаз, составляющих в сумме интервал времени закрытия (открытия) Т.
Если закон изменения скорости перед затвором v = F(t) известен, то известны значения правых частей всей цепочки уравнений (3.74), и тогда, последовательно вычисляя Hiθ (начиная с i= 1), с помощью уравнений (3.74) строим график изменения напора от фазы к фазе и по нему находим максимальный (или минимальный) напор, а значит, и давление. Однако во многих случаях скорость перед затвором может быть определена только по известным значениям напора. Например, при свободном истечении через затвор справедлив квадратичный закон. В этом случае, вводя относительные величины α= Ω/Ωmах; ζ = H/H0; ρ=аV0/(2gН0), где Ω и Ωmах — соответственно текущее и максимальное значения площади проходного отверстия затвора; V0 — скорость в трубе при Ω = Ωmах и H = H0; ρ — параметр, систему (3.74) представляем в безразмерной форме [10]:
Индексом nθ отмечены значения параметров перед затвором в конце n-й фазы. Гидравлические расчеты Гидравлический расчет трубопроводов является необходимым этапом проектирования системы теплоснабжения предприятия или населенного пункта. Для проведения гидравлических расчетов трубопроводов, транспортирующих любой энергоноситель, должны быть предварительно определены и заданы:
В задачу гидравлических расчетов входят:
Падение давления Δру, Па, или напора Δhу = Δру/ρg, м, энергоносителя при движении через участок трубопровода, транспортирующего энергоноситель в виде сжимаемой (пар) или несжимаемой (вода) жидкости вызывается затратой энергии на преодоление сил трения между слоями жидкости и стенками трубопровода (так называемое линейное падение давления Δру.л. или напора Δhу.л.) и затратой энергии на вихреобразование при прохождении потоком элементов трубопроводного участка, вызывающих изменение его направления и скорости (так называемое падение давления Δру.м.или напора Δhу.м.в местных сопротивлениях, размещенных на участке трубы). Величины полных потерь давления и напора на участке получают суммированием
Δру = Δру.л + Δру.м или Δhу = Δhу.л + Δhу.м. Линейное падение давления – Δру.л = Rл×lу, Па, а напора – Δhу.л = i lу, м, где lу – длина участка трубопровода, м; Rл – удельное падение давления на одном метре длины участка, Па/м; i – гидравлический уклон, т.е. потеря напора на одном метре длины трубопровода (величина безразмерная). Удельное линейное падение давления Rл, Па/м, так же, как и гидравлический уклон i, определяются по уравнению Дарси – Вейсбаха:
где λ– коэффициент гидравлического трения; θ – усредненная по сечению трубы скорость энергоносителя, м/с; ρ– плотность энергоносителя, кг/м3; dв – внутренний диаметр трубопровода, м; G – массовый расход энергоносителя, кг/с; g – ускорение свободного падения, м/с2. Из (3.76) и (3.77) следуют формулы для вычисления внутреннего диаметра труб
а также зависимости для вычисления массового расхода G, кг/с:
Величина коэффициента гидравлического трения l зависит от режима течения потока (характеризуемого значением числа Рейнольдса – Re) и от состояния внутренней поверхности стенки трубы (которое характеризуется отношением величины выступов эквивалентной шероховатости стенки D к внутреннему диаметру трубы). Данные о значениях эквивалентных абсолютных шероховатостях D труб, изготовленных из различных материалов, приведены в табл.3.8. Для вычисления l в гидравлических расчетах трубопроводов тепловых сетей целесообразно использовать формулы, приведенные в табл.3.9. Потери давления или напора при прохождении потока через местное сопротивление, размещенное на трубопроводе, определяются по выражениям
где ζ – коэффициент местного сопротивления. Иногда величину падения давления или напора в местном сопротивлении заменяют равновеликими их падениями при движении на прямом участке трубы. Длина такого участка называется эквивалентной длиной местного сопротивления – lэ, м, и вычисляется по формуле lэ = ζdв/λ. Сумма эквивалентных длин всех местных сопротивлений, размещенных на i-м участке, Σlэi=Σζdв/λ, а доля местных потерь на участке i – ai=Σlэi/li. Общие потери давления (Па) или напора (м) на i-м участке:
Табл.3.12Рекомендуемые значения коэффициентов местного сопротивления для деталей трубопроводов и установленных на них арматуры и других элементов приведены в табл.3.12.
Таблица 3.12 Значения коэффициентов местных сопротивлений элементов тепловых сетей [6, 12]
*Коэффициент сопротивления нормальной задвижки при ее частичном прикрытии определяется по выражению ζ={(1,17-n)/[(0,67-0,57n)n-1}2, где n = доля открытия задвижки. Открытая: n = 1, ζ= 0,5; закрытая: n = 0, ζ= ∞; открыта на 50%: n = 0,5, ζ= 6,2; открыта на 10%: n = 0,1. ζ= 270. Приведенные выше зависимости и табличные данные применимы для гидравлического расчета трубопроводных систем с разнообразными энергоносителями. Ниже излагается методика гидравлического расчета на примере разветвленной двухтрубной закрытой водяной тепловой сети (рис. 3.17, а), состоящей из 4 потребителей и 7 участков тепловой сети в двухтрубном исполнении. При проектировании тепловой сети диаметры подающей и обратной труб на каждом участке должны быть одинаковы и рассчитаны на пропуск к каждому i-му потребителю максимального расчетного расхода сетевой воды Gdi, кг/с. При качественном регулировании отпуска теплоты как в открытых, так и в закрытых системах теплоснабжения величина расхода Gdi, кг/с:
где Go.p.i– расчетный (максимальный) расход воды для системы отопления i-го потребителя:
Gв.р.i– расчетный расход воды для системы вентиляции i-го потребителя:
Gг.ср.i– средний расход воды на горячее водоснабжение у i-го потребителя:
Значение коэффициента kз, учитывающего ту долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение, которая проходит через участок тепловой сети, в расчете его диаметра трубы данного участка следует принимать: а) при качественном регулировании отпуска теплоты по отопительной нагрузке:
б) при качественном регулировании отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения – kз = 0. Расчетное количество пара, необходимое i-му потребителю для обеспечения технологической нагрузки Qт.р.i, кВт:
где х – доля возвращаемого конденсата. Значения величин τ1ор,τ2ор,τ2вр,τ'1,τ'2г, tг, tх, tпр, ts приведены в разд. 2. Используя рис.3.17, определяют количество и расположение всех потребителей, длины всех участков, типы и количества местных сопротивлений каждого участка сети. По выражениям (3.86)¸(3.91) определяют расчетные расходы ко всем потребителям Gd1, Gd2, Gd3, Gd4. Используя табл.3.8, принимают значение эквивалентной шероховатости стальных труб Dэ = 0,0005 м. Так как по сети движется несжимаемая жидкость (сетевая вода), значение температуры которой при движении воды по длине трубы фактически не меняется, а определение диаметров тепловой сети проводят при режиме, когда температура сетевой воды τ1'°С, то принимают для всех участков значение плотности воды ρ = 975 кг/м3, а значение ее кинематической вязкости ν = 0,416×10-8 м2/с. Учитывая, что скорость движения воды в трубах лежит в пределах 0,5¸3,5 м/с, а диаметры применяемых в тепловых сетях труб лежат в пределах 0,1¸1,4 м, то проведение несложных расчетов показывает, что в тепловых сетях при расчетных режимах на любом участке Re > 568dв/Δэ. Поэтому формулы (3.76)¸(3.81) преобразуются в более удобные для расчетов виды:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-20; просмотров: 754; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.188.61.223 (0.038 с.) |