Особенности гидравлического расчета полимерных и металлических трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения
А. А. Отставнов, канд. техн. наук, почетный строитель Москвы, ведущий научный сотрудник ГУП «НИИ Мосстрой»,
В. С. Ионов, управляющий программы аккредитованного представительства Европейского института меди
Для устройства трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения зданий (рис. 1) используется широкая гамма труб из различных материалов. Доминируют по-прежнему стальные трубы, но их постепенно вытесняют трубы из термостойких пластмасс (из металлополимеров, сшитого полиэтилена, полипропилена, полибутена, дополнительно хлорированного поливинилхлорида и некоторых других как отечественного, так и зарубежного производства). Ожидается существенная экспансия медных труб российских производителей, а также поставляемых из-за рубежа (на выходе в свет Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов внутренних систем водоснабжения и отопления из медных труб).
Схема возможного устройства внутренней системы горячего водоснабжения 10-этажного здания.
Для оптимального выбора тех или иных труб необходимо своевременно учесть множество экономических и технических факторов. Среди последних особое место занимает гидравлический расчет разветвленных трубопроводных сетей, к которым в полной мере можно отнести внутренние системы горячего водоснабжения. Ведь именно в процессе проведения гидравлического расчета подбираются параметры трубопроводов, которые на долгое время будут определять устойчивое снабжение горячей водой все квартиры независимо от этажности здания.
При проведении гидравлических расчетов согласно СНиПу [1] вначале следует определять потери напора на участках трубопроводов по формуле
(1)
где i – удельные потери напора; kl – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях, значения которого следует принимать: 0,2 – для подающих и циркуляционных распределительных трубопроводов; 0,3 – в сетях хозяйственно-питьевых водопроводов жилых и общественных зданий; 0,5 – для трубопроводов в пределах тепловых пунктов, а также для трубопроводов водоразборных стояков с полотенцесушителями; 0,1 – для трубопроводов водоразборных стояков без полотенцесушителей и циркуляционных стояков.
В СНиПе для систем с учетом зарастания труб удельные потери напора i рекомендуется принимать по сетчатой номограмме (рис. 2).
Номограмма для гидравлического расчета стальных труб с учетом зарастания в процессе эксплуатации для систем горячего водоснабжения (СНиП 2.04.01.85)
Что касается номограммы, то в СНиПе, к сожалению, не указывается, о какой степени зарастания идет речь и по каким гидравлическим формулам номограмма разработана. Это ограничивает возможности ее использования. Для систем, где не требуется учитывать зараста-ние труб, рекомендаций по выбору гидравлических формул и номограмм не приводится.
В работе [2] для гидравлического расчета трубопроводов горячего водоснабжения рекомендуются номограммы на выровненных точках (рис. 3).
Номограммы для гидравлического расчета стальных труб горячего водоснабжения [2] при режиме гидравлического сопротивления: а) квадратичном и б) переходном
Эти номограммы дают потери напора для стальных трубопроводов того же диаметра, отличные от получаемых по номограмме СниПа.
Расчетный диаметр d для использования приведенных номограмм получается путем вычитания из значения внутреннего диаметра для соответствующего условного прохода выбранной стальной трубы значения зарастания указанного для закрытых систем теплоснабжения (табл. 1).
Таблица 1 Расчетные величины внутренних диаметров стальных труб (ГОСТ 3262) для гидравлического расчета систем горячего водоснабжения, мм
Условный проход
Внутренний диаметр (при толщине стенки для обыкновенных труб)
Величина зарастания при закрытой системе теплоснабжения
Расчетный внутренний диаметр при закрытой системе теплоснабжения
Расчетный внутренний диаметр при открытой системе теплоснабжения ( D d = 1 мм)
15
15,7
2,1
13,6
14,7
20
21,2
2,2
19,0
20,2
25
27,1
2,4
24,7
26,1
32
35,9
2,6
33,3
34,9
40
41,0
2,9
38,1
40,0
50
53,1
3,3
49,7
52,0
65
67,5
4,0
63,5
66,5
80
80,5
4,3
76,
79,5
90
93,3
4,7
88,6
92,3
100
105,0
5,1
99,9
104,0
125
131,0
6,0
125,0
130,0
Имеющиеся в настоящее время фактические данные о величинах зарастаний трубопроводов горячего водоснабжения при закрытых системах теплоснабжения весьма малочисленны и отрывочны, поэтому в данной работе [2] были использованы результаты исследований для условий Москвы [3]. В условиях эксплуатации, отличных от московских, величины, приведенные в табл. 1, могут оказаться иными, поэтому этими данными авторы рекомендуют пользоваться тогда, когда фактические показатели зарастания стальных труб отсутствуют.
Номограммы построены по гидравлическим формулам, которые учитывают различные пределы изменения средних скоростей движения по трубопроводам горячей воды (температура 55 °С, принимаемая при гидравлических расчетах [2] систем горячего водоснабжения):
(2)
Объясняется это тем, что при температуре воды 60 °С граница между квадратичной областью гидравлического сопротивления и переходной областью соответствует скорости движения воды, равной 0,44 м/с. При меньших скоростях применение квадратичных формул может вызвать существенное занижение фактических потерь напора. Это может ограничить снабжение горячей водой квартиры верхних этажей в некоторых жилых домах, что нежелательно. К сожалению, авторы не сообщают, какие значения коэффициентов эквивалентной шероховатости Кэ использованы при разработке этих формул.
Совершенно другой подход к гидравлическому расчету трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения используется для полимерных труб [4].
Предлагаемая в [4] методика – полуэмпирическая. Она получена А. Я. Добромысловым путем аппроксимации теоретически доказанной советским ученым В. Н. Евреиновым формулы * Прандтля – Кольбрука.
( * )
Эта формула с успехом используется за рубежом для гидравлического расчета трубопроводов различного назначения и из разных материалов. Недостатком ее является то, что коэффициент гидравлического сопротивления по длине трубопровода l находится в формуле в неявном виде.
Преимуществом же методики А. Я. Добромыслова является то, что в отличие от формулы Прандтля – Кольбрука коэффициент гидравлического сопротивления l выражен в ней в явном виде. Это значительно упрощает проведение гидравлических расчетов.
Согласно методике [4] величина напора Hтр, необходимая для подачи горячей воды потребителю, определяется по формуле
где iт, – удельные потери напора при температуре воды t, °C (потери напора на единицу длины трубопровода), м/м;
l – длина участка трубопровода, м;
hмс – потери напора в стыковых соединениях и в местных сопротивлениях, м, (допускается S hмс принимать равной 20–30 % от S iтl);
hгеом – геометрическая высота (отметка самой высокой точки расчетного участка трубопровода), м;
hсв – свободный напор на изливе из трубопровода, м (для санитарнотехнических приборов принимается по приложению 2 СНиП 2.04.01 ).
Потери напора на единицу длины трубопровода iт без учета гидравлического сопротивления стыковых соединений следует определять по формуле
(5)
где V – средняя скорость движения воды, м/с;
g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;
d – расчетный (внутренний) диаметр трубопровода, м.
Коэффициент гидравлического сопротивления l следует определять по формуле
(6)
где b – число подобия режимов течения воды;
Re – число Рейнольдса, фактическое.
Число подобия режимов течения воды b определяют по формуле
(7)
(при b > 2 следует принимать b = 2).
Фактическое число Рейнольдса Rеф определяется по формуле
(8)
где n – коэффициент кинематической вязкости воды, м 2 /с.
Число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при турбулентном движении воды, определяется по формуле
(9)
Использование рассмотренной методики для гидравлических расчетов как полимерных, так и металлических трубопроводов по различным вариантам (к примеру, табл. 2) должно позволить оптимизировать эффективность применения труб из различных материалов и качество устройства внутренних систем горячего водоснабжения зданий.
Таблица 2 Гидравлические показатели металлических и полимерных трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения
Вариант
Материал* трубы
Диаметр трубы, мм
Толщина стенки, мм
Кэ , мм [5]
Q, л/с
V, м/с
I, мм/м
наружный
внутренний
1
Сталь
26,8
19,0
2,8
7,5
0,2
0,57
195,5
2
Медь
22,0
20,0
1,0
0,015
0,2
0,64
28,1
3
МПТ
25,0
20,0
2,5
0,02
0,2
0,64
31,9
4
ПВХ-Х
25,0
19,4
2,8
0,02
0,2
0,68
37,0
5
PP-R80-GF
25,0
18,0
3,5
0,02
0,2
0,79
53,3
6
PPRC
25,0
15,0
5,0
0,02
0,2
1,13
130,5
* Из нормативов, разработчиком которых является НИИ Мосстрой, для соответствующих вариантов: 1– [2]; 2 – Свод правил по проектированию и монтажу внутренних трубопроводов водоснабжения и отопления из медных труб (в печати); 3 – Технические рекомендации по проектированию и монтажу внутреннего водопровода зданий из металлополимерных труб ТР 78-98; 4 – [6]; 5 – Технические рекомендации по проектированию и монтажу внутренних систем водоснабжения, отопления и хладоснабжения из комбинированных полипропиленовых труб ТР 125-02; 6 – Ведомственные строительные нормы по проектированию и монтажу внутренних систем водоснабжения из полипропиленовых труб «Рандом сополимер» (PPRC) ВСН 47-96.
Как видно из табл. 2, трубы из всех материалов дают меньшие потери напора, чем стальные. Что касается скоростей движения горячей воды (55 °C [2]), они во всех случаях выше, чем для стальных труб. Это повысит общие потери напора, если придется учитывать местные сопротивления. Ведь hмс будут прямо пропорциональны квадрату скоростей. Как это может выглядеть для конкретных трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения? Ответ на этот вопрос может быть нами дан в следующей статье.
Литература
1. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий.
2. Гейнц В. Г., Шевелев А. Ф. Номограммы для гидравлического расчета труб горячего водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 1986. № 3. С. 22–23.
3. Гейнц В. Г., Шевелев А. Ф. О гидравлическом расчете трубопроводов горячего водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 1986. № 1. С. 5–6.
4. СП 40-102-2000. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования.
5. Добромыслов А. Я. Таблицы для гидравлических расчетов напорных и безнапорных трубопроводов из полимерных материалов / Под ред. В. С. Ромейко. Пособие к СНиП и СП. М.: ТОО «Изд-во ВНИИМП», 2000.
6. Отставнов А. А. Соединение полимерных трубопроводов. Склеивание труб из дополнительно хлорированного поливинилхлорида // Сантехника. 2003. № 2. С. 38–44.
А. А. Отставнов //Водоснабжение и водоотведение общественных зданий//
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.
Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:
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.
Условный 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.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:
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 4000) – устойчивый режим, при котором в каждой отдельной точке потока происходит изменение его направления и скорости, что в итоге приводит к выравниванию скорости движения потока по объему трубы.
Критерий Рейнольдса зависит от напора, с которым насос перекачивает жидкость, вязкости носителя при рабочей температуре и геометрических размеров используемой трубы (d, длина). Данный критерий является параметром подобия для течения жидкости,поэтому, используя его, можно осуществлять моделирование реального технологического процесса в уменьшенном масштабе, что удобно при проведении испытаний и экспериментов.
Проводя расчеты и вычисления по уравнениям, часть заданных неизвестных величин можно взять из специальных справочных источников. Профессор, доктор технических наук Ф. А. Шевелев разработал ряд таблиц для проведения точного расчета пропускной способности трубы. Таблицы включают значения параметров, характеризующих как сам трубопровод (размеры, материалы), так и их взаимосвязь с физико-химическими свойствами носителя. Кроме того, в литературе приводится таблица приближенных значений скоростей движения потока жидкости, пара,газа в трубе различного сечения.
Подбор оптимального диаметра трубопровода
Определение оптимального диаметра трубопровода – это сложная производственная задача, решение которой зависит от совокупности различных взаимосвязанных условий (технико-экономические, характеристики рабочей среды и материала трубопровода, технологические параметры и т.д.). Например, повышение скорости перекачиваемого потока приводит к уменьшению диаметра трубы, обеспечивающей заданный условиями процесса расход носителя, что влечет за собой снижение затрат на материалы, удешевлению монтажа и ремонта магистрали и т.д. С другой стороны, повышение скорости потока приводит к потере напора, что требует дополнительных энергетических и финансовых затрат на перекачку заданного объема носителя.
Значение оптимального диаметра трубопровода рассчитывается по преобразованному уравнению неразрывности потока с учетом заданного расхода носителя:
При гидравлическом расчете расход перекачиваемой жидкости чаще всего задан условиями задачи. Значение скорости потока перекачиваемого носителя определяется, исходя из свойств заданной среды и соответствующих справочных данных (см. таблицу).
Преобразованное уравнение неразрывности потока для расчета рабочего диаметра трубы имеет вид:
Расчет падения напора и гидравлического сопротивления
Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.
Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.
Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.
Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.
Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:
В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы:
Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:
Расчет потерь давления
Рабочее давление в трубопроводе – это на большее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим технологического процесса. Минимальное и максимальное значения давления, а также физико-химические свойства рабочей среды, являются определяющими параметрами при расчёте расстояния между насосами, перекачивающими носитель, и производственной мощности.
Расчет потерь на падение давления в трубопроводе осуществляют по уравнению:
Примеры задач гидравлического расчета трубопровода с решениями
Задача 1
В аппарат с давлением 2,2 бар по горизонтальному трубопроводу с эффективным диаметром 24 мм из открытого хранилища насосом перекачивается вода. Расстояние до аппарата составляет 32 м. Расход жидкости задан – 80 м 3 /час. Суммарный напор составляет 20 м. Принятый коэффициент трения равен 0,028.
Рассчитайте потери напора жидкости на местные сопротивления в данном трубопроводе.
Исходные данные:
Расход Q = 80 м 3 /час = 80·1/3600 = 0,022 м 3 /с;
эффективный диаметр d = 24 мм;
длина трубы l = 32 м;
коэффициент трения λ = 0,028;
давление в аппарате Р = 2,2 бар = 2,2·10 5 Па;
общий напор Н = 20 м.
Решение задачи:
Скорость потока движения воды в трубопроводе рассчитывается по видоизмененному уравнению:
Общие потери напора носителя рассчитываются по уравнению и составляют:
Потери напора на местные сопротивления определяется как разность:
Ответ: потери напора воды на местные сопротивления составляют 7,45 м.
Задача 2
По горизонтальному трубопроводу центробежным насосом транспортируется вода. Поток в трубе движется со скоростью 2,0 м/с. Общий напор составляет 8 м.
Найти минимальную длину прямого трубопровода, в центре которого установлен один вентиль. Забор воды осуществляется из открытого хранилища. Из трубы вода самотеком изливается в другую емкость. Рабочий диаметр трубопровода равен 0,1 м. Относительная шероховатость принимается равной 4·10 -5 .
Исходные данные:
Скорость потока жидкости W = 2,0 м/с;
диаметр трубы d = 100 мм;
общий напор Н = 8 м;
относительная шероховатость 4·10 -5 .
Решение задачи:
Согласно справочным данным в трубе диаметром 0,1 м коэффициенты местных сопротивлений для вентиля и выхода из трубы составляют соответственно 4,1 и 1.
Значение скоростного напора определяется по соотношению:
w 2 /(2·g) = 2,0 2 /(2·9,81) = 0,204 м
Потери напора воды на местные сопротивления составят:
Суммарные потери напора носителя на сопротивление трению и местные сопротивления рассчитываются по уравнению общего напора для насоса (геометрическая высота Hг по условиям задачи равна 0):
Полученное значение потери напора носителя на трение составят:
Рассчитаем значение числа Рейнольдса для заданных условий течения потока (динамическая вязкость воды принимается равной 1·10 -3 Па·с, плотность воды – 1000 кг/м 3 ):
Re = (w·d·ρ)/μ = (2,0·0,1·1000)/(1·10 -3 ) = 200000
Согласно рассчитанному значению Re, причем 2320 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015
Преобразуем уравнение и найдем требуемую длину трубопровода из расчетной формулы потерь напора на трение:
l = (Hоб·d) / (λ·[w 2 /(2g)]) = (6,96·0,1) / (0,016·0,204) = 213,235 м
Ответ:требуемая длина трубопровода составит 213,235 м.
Задача 3
В производстве транспортируют воду при рабочей температуре 40°С с производственным расходом Q = 18 м 3 /час. Длина прямого трубопровода l = 26 м, материал — сталь. Абсолютная шероховатость (ε) принимается для стали по справочным источникам и составляет 50 мкм. Какой будет диаметр стальной трубы, если перепад давления на данном участке не превысит Δp = 0,01 мПа (ΔH = 1,2 м по воде)? Коэффициент трения принимается равным 0,026.
Исходные данные:
Расход Q = 18 м 3 /час = 0,005 м 3 /с;
длина трубопровода l=26 м;
для воды ρ = 1000 кг/м 3 , μ = 653,3·10 -6 Па·с (при Т = 40°С);
шероховатость стальной трубыε = 50 мкм;
коэффициент трения λ = 0,026;
Решение задачи:
Используя форму уравнения неразрывности W=Q/F и уравнение площади потока F=(π·d²)/4 преобразуем выражение Дарси – Вейсбаха:
Ответ: оптимальный диаметр трубопровода составляет 0,065 м.
Задача 4
Проектируются два трубопровода для транспортировки невязкой жидкости с предполагаемой производительностью Q1 = 18 м 3 /час и Q2 = 34 м 3 /час. Трубы для обоих трубопроводов должны быть одного диаметра.
Определите эффективный диаметр труб d, подходящих под условия данной задачи.
Исходные данные:
Решение задачи:
Определим возможный интервал оптимальных диаметров для проектируемых трубопроводов, воспользовавшись преобразованным видом уравнения расхода:
Значения оптимальной скорости потока найдем из справочных табличных данных. Для невязкой жидкости скорости потока составят 1,5 – 3,0 м/с.
Для первого трубопровода с расходом Q1 = 18 м 3 /час возможные диаметры составят:
d1min = √(4·18)/(3600·3,14·1,5) = 0,065 м
d1max = √(4·18)/(3600·3,14·3.0) = 0,046 м
Для трубопровода с расходом 18 м 3 /час подходят трубы с диаметром поперечного сечения от 0,046 до 0,065 м.
Аналогично определим возможные значения оптимального диаметра для второго трубопровода с расходом Q2 = 34 м 3 /час:
d2min = √(4·34)/(3600·3,14·1,5) = 0,090 м
d2max = √(4·34)/(3600·3,14·3) = 0,063 м
Для трубопровода с расходом 34 м 3 /час возможные оптимальные диаметром могут быть от 0,063 до 0,090 м.
Пересечение двух диапазонов оптимальных диаметров находится в интервале от 0,063 м до 0,065 м.
Ответ:для двух трубопроводов подходят трубы диаметром 0,063–0,065 м.
Задача 5
В трубопроводе диаметром 0,15 м при температуре Т = 40°C движется поток воды производительностью 100 м 3 /час. Определите режим течения потока воды в трубе.
диаметр трубы d = 0,25 м;
расход Q = 100 м 3 /час;
μ = 653,3·10 -6 Па·с (по таблице при Т = 40°С);
ρ = 992,2 кг/м 3 (по таблице при Т = 40°С).
Решение задачи:
Режим течения потока носителя определяется по значению числа Рейнольдса (Re). Для расчета Re определим скорость движения потока жидкости в трубе (W), используя уравнение расхода:
W = Q·4/(π·d²) = [100/3600] · [4/(3,14·0,25²)] = 0,57 м/c
Критическое значение критерия Reкр по справочным данным равно 4000. Полученное значение Re больше указанного критического, что говорит о турбулентном характере течения жидкости при заданных условиях.
(2)
Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:
Условный 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.).
Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:
