Простой трубопровод. Сложная система

Простым (коротким) называют трубопровод, по которому жидкость транспортируют от питателя к приемнику без промежуточных ответвлений потока. При этом необходимо учитывать не только потери напора на трение по длине трубопровода, но и скоростной напор и местные потери напора, которыми в данном случае нельзя пренебречь.

Исходным при расчетах простого трубопровода (рис.)

является уравнение баланса напоров (уравнение Бернулли)

Схема к расчету короткого трубопровода

Учитывая, что v²1/2g=0, Н1— H2= H; v2 = v1 и

получим

откуда средняя скорость истечения жидкости

Введем обозначение где j — коэффициент скорости, а

— коэффициент сопротивления системы

Следовательно, окончательно

Расход жидкости, пропускаемой через короткий трубопровод, можно определить по формуле

где m=j — коэффициент расхода; S — площадь живого сечения.

Понятие короткого и длинного трубопроводов

Длинные трубопроводы

Это трубопроводы постоянного по длине диаметра, у которых основными являются потери напора по длине, а местными потерями напора и скоростным напором можно пренебречь.

Потери напора по длине трубопровода определяют

по формуле Дарси—Вейсбаха:

Учитывая, что расход Q = VЧS и скорость движения потока тогда

или

где А — удельное сопротивление трубопровода, определяемое по справочным таблицам;

Для переходной области удельное сопротивление Ао=А*b,

где b — поправочный коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента гидравлического трения l от числа Рейнольдса.

Кроме удельного сопротивления А в литературе по гидравлике для решения задач приводится способ расчета длинных трубопроводов, базирующийся на формуле Шези.

Широко применяемые гидравлические параметры — это модуль расхода , сопротивление трубопровода ST=A*l, проводимость трубопровода . С помощью вышеуказанных параметров потери напора по длине можно определить следующим образом:

Короткие трубопроводы рассчитывают непосредственно по уравнению Бернулли с учетом потерь по длине и местных сопротивлений

Гидравлтческий удар и способы его предотвращения

Гидравли́ческий уда́р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением. Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.

Понятие тонкой и толстой стенки

Тонкой стенкой называется стенка, толщина которой меньше 0,5 диаметра и имеющая открытый острый край.

Истечения через отверстия.

Малое отверстие– отверстие диаметр, которого меньше 0,1 напора над этим отверстием.

 

Тонкой стенкой называется стенка, толщина которой меньше 0,5 диаметра и имеющая открытый острый край.

В этом случае жидкость испытывает только местные сопротивления. При подходе жидкости к отверстию траектории ее частиц не параллельны. За счет прямолинейности движения давление в струе жидкости возрастает от кромок к центру, а скорость уменьшается. В результате чего струя сжимается. На расстоянии равном половине диаметра движение жидкости становится параллельным струйным, а такое сечение называется сжатым.

Коэффициент сжатия (?) – отношение площади сжатой струи к площади отверстия.

Рассмотрим истечение жидкости через малое отверстие с тонкой стенкой при постоянном напоре в атмосферу. Для этого запишем уравненеи Бернулли для двух сечений (1-на поверхности воды в резервуаре, 2 — в сжатом сечении)

Плоскость отчета проходит через центр тяжести отверстия.

z1 + + = z2 + + + h1-2

z1 = H; z2 = 0

P1 = P2 = Pa

?1 = 0;?2 =?c

H + + = 0+ + +

?c = = =

где = — коэффициент скорости, постоянная.

Коэффициент скорости– это отношение реальной скорости в сжатом сечении к теоретической (максимально возможной) скорости.

Q =?c Sc? =

Q =?c?S0 =?S0 =? S0

? =?? — коэффициент расхода

Q =? S0

 

Опытными исследованиями были получены средние коэффициенты при истечении в атмосферу:

Коэффициент скорости? = 0,97

Коэффициент сжатия?= 0,64

Коэффициент расхода? = 0.62