|
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 = Рз =Pатм
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 (Reпр1,) и второму ( Reпp2) предельным числам Рейнольдса
| (2.1.4)
|
| (2.1.5)
| - эквивалентная высота выступов шероховатости, м.
Для чисел Рейнольдса 4000 < Re < Reпpl 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 Reпр1, < Re < Renp2 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 > Reпр2, 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 ζреш 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 ζпов 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
Угол поворота, град.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| А
|
| 2,50
| 2,22
| 1,87
| 1,50
| 1,28
| 1,20
| 1,20
| 1,20
| 1,20
| 1,20
| В
|
| 0,05
| 0,07
| 0,17
| 0.37
| 0,63
| 0,99
| 1,56
| 2,16
| 2,67
|
|
| (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
d, м
| ω2,
м2
| v2,
м/с
| Re
| Reпр2
| Область сопротивления
| λ
| hl
| hM
| Δh
|
| 0,785
| 3,18
| 3180000
| 466666,7
| Квадр.
| 0,02
| 0,19000
| 2,350
| 2,54
|
| 19,630
| 0,13
| 650000
|
| Доквадр.
| 0,02
| 0,00006
| 0,009
| 0,02
|
| 7,070
| 0,35
| 1050000
|
| Доквадр.
| 0,03
| 0,00100
| 0,020
| 0,03
|
| 3,140
| 0,70
| 1580000
|
| Квадр.
| 0,01
| 0,00300
| 0,130
| 0,14
| 1,8
| 2,540
| 0,98
| 1764000
|
| Квадр.
| 0,01
| 0,00900
| 0,200
| 0,21
| 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:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|