Расчет одной нитки трубопровода

Дюкер (гидротехнический) - это заглубленная труба под рекой, каналом, другими сооружениями для пропуска заданного расхода воды (рисунок 2.1.1). В курсовой работе с помощь дюкера соединя­ются два цилиндрических канала.

Рисунок 2.1.1 – Схема соединения цилиндрических каналов (I и III) различных поперечных сечений и дюкера (II) 1-1 – плоскость сравнения; 1-1 и 3-3 – поперечные сечения на входе и выходе из дюкера.

Гидравлический расчет дюкера состоит в подборе необходимо­го диаметра трубопровода для пропуска заданного расхода при известных характеристиках русла, дюкера, расхода и разности го­ризонтов воды в сечениях 1-1 и 3-3.

Для этого составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 3-3 относительно плоскости сравнения 0-0.

где z₁ и z₃ превышение над плоскостью сравнения 0-0 свободной поверхности в сечениях 1-1 и 3-3, тогда z₁-z₃ = Δh; р₁ и p₃- гидродинамические давления в сечениях 1-1 и 3-3, Па;

P₁ = Р_з =P_атм

ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения;

, - средние скорости в сечениях 1-1 и 3-3, м/с;

Q – расход воды в системе, м³/с;

ω₁, ω₃ – площадь живого сечения первого и второго каналов;

α – коэффициент кинетической энергии, характеризующий не­равномерность распределения местных скоростей по живому сечению потока, для развитого турбулентного движения α ≈ 1;

- величина потерь напора между сечениями 1-1 и 3-3, м.

С учетом вышесказанного уравнение (2.1.1) можно записать в виде

(2.1.1)

1.Дюкер является коротким трубопроводом, в котором потери напора в местных сопротивлениях соизмеримы с потерями по длине трубопровода; при определении потерь напора учитывают шероховатость труб и местные сопротивления, поэтому

(2.1.2)

Потери напора по длине определяются по формуле Дарси – Вейсбаха

(2.1.3)

где L₂ - длина трубопровода, м;

d- диаметр трубопровода, м;

- скорость воды в дюкере, м/с;

- площадь живого сечения трубопровода, м².

λ - коэффициент гидравлического трения, зависящий от режима движения жидкости.

Согласно исследованиям И. Никурадзе, выделено три зоны: первая - ламинарного режима, вторая - неустойчивого или переходного режима и третья - турбулентного режима, которая в свою очередь разбивается на три области. Первая - «область гидравлически гладких русел», вторая - «область доквадратичного сопротивления гидравлически шероховатых русел», третья - «область квадратичного сопротивления гидравлически шероховатых русел». Движение воды в дюкере происходит при скоростях, соответ­ствующих турбулентному режиму. Области сопротивления определяют по первому (Re_пр1,) и второму ( Re_пp2) предельным числам Рейнольдса

	(2.1.4)
	(2.1.5)

- эквивалентная высота выступов шероховатости, м.

Для чисел Рейнольдса 4000 < Re < Re_пpl получаем область гид­равлически гладких русел. Здесь коэффициент гидравлического трения λ =f (Re) определяется по формуле Блазиусf

(2.1.6)

где ;

ν = 0,01 Ст - кинематический коэффициент вязкости воды для t = 20°С.

В случае Re_пр1, < Re < Re_np2 коэффициент λ =f (Re, Δ) соответствует области доквадратичного сопротивления гидравлически шероховатых русел, для которой справедлива формула Альтшуля

(2.1.7)

Для области квадратичного сопротивления гидравлически ше­роховатых русел Re > Re_пр2, коэффициент гидравлического трения = f(Δ) определяется по формуле Шифринсона

(2.1.8)

В заданном дюкере учитываются местные потери при входе через решетку, два поворота на α градусов и потери на выход.

Потери напора на преодоление местных сопротивлений определяют по формуле

(2.1.9)

где =0,5 - коэффициент местного сопротивления на входе в

трубопровод;

- коэффициент местного сопротивления при прохождении потока через решетку;

- коэффициент местного сопротивления при повороте тру­бопровода;

- потери напора на выходе из трубопровода, м.

Решетка устанавливается перед входом в дюкер для предотвращения попадания в него различного рода загрязнений (рисунок 2.1.2, а).

При косом расположении решетки (рисунок 2.1.2, а, б) коэффициент ζ_реш для прямоугольных стержней сечением 10x70 мм в зависимости от величины угла φ набегания потока на решетку определяют по графику (рисунок 2.1.2, в).

Для определения ζ_пов используют зависимость

де А и В- параметры, зависящие от величины утла поворота, пред­ставлены в таблице 2.1.1;

Таблица 2.1.1 - Определение параметров коэффициента местного сопротивления при повороте трубопровода

(2.1.11)

Рисунок 2.1.2– Решетка стержневая

Изменение диаметра трубопровода (d) влияет на скорость воды в дюкере (v₂), коэффициент гидравлического трения (λ), и на перепад уровней воды в каналах ( ). Расчет диаметра дюкера производится по зависимости (2.1.11). Задаем ряд значений диаметра и определяем Δh. Все расчеты сводим в таблицу 2.1.2

Таблица 2.1.2 - К определению диаметра трубопровода

По данным таблицы 2.1.2 строим графики зависимостей Δh=f(d) и v₂ = f(d) (рисунок 2.1.3), позволяющие определить диаметр трубопровода и скорость в дюкере, соответствующие за­данному значению Δh.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: