Гидравлические сопротивления трубопроводов

Гидравлический расчет простого трубопровода производится с помощью уравнения Бернулли:

Здесь h_1-2– потери напора (энергии) на преодоление всех видов гидравлического сопротивления, приходящиеся на единицу веса движущейся жидкости.

h_тр– потери напора на трение по длине потока,

Σh_м– суммарные потери напора на местном сопротивлении Потери напора на трение по длине потока определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

Где L–длина трубопровода,d -диаметр участка трубопровода,v - средняя скорость течения жидкости,λ -коэффициент гидравлического сопротивления, в общем случае зависящий от числа Рейнольдса , и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Зависимость потерь напора h_1-2от расхода называетсяхарактеристикой трубопровода.

Для ламинарного течения можно определить по формуле: ;

Экспериментальные исследования, а также результаты эксплуатации реальных трубопроводов показали, что коэффициент трения при турбулентном течении зависит от шероховатости и диаметра трубы:

;

коэффициент потерь удельной энергии в местном сопротивлении.

обычно относят к скорости потока перед местным сопротивлением. На основании принципа наложения общие потери для трубопровода при последовательном расположении всех видов сопротивлений можно представить в виде

Определение диаметра трубопровода

При проектировании трубопровода скорость потока можно принимать из диапазона рекомендуемых значений: для жидкости = 0,5-2,5 м/с, а для газа = 4-8 м/с.

В ответственных случаях необходимо находить оптимальное значение скорости или соответствующего диаметра трубопровода

. Оптимальное значение диаметра соответствует минимуму суммарных приведенных затрат (амортизационных отчислений

и эксплуатационных затрат

Амортизационные отчисления - это первоначальная стоимость оборудования, деленная на срок окупаемости или умноженная на норму амортизации (15-20 %).

Эксплуатационные затраты - затраты на электроэнергию для перекачивания среды.

С увеличением диаметра уменьшается скорость потока, уменьшается сопротивление трубопровода, расход энергии и эксплуатационные затраты (при одном и том же расходе).

Диаметр трубопровода по участкам расчетный. ,

Где d_р– расчетный диаметр по участкам (м, мм);

Q_p–расчетный расход по участкам (м³/с);

V–средняя скорость движения воды равная 1 м/с.

Единицу измерения расчетного диаметра переводим из м в мм. Используя таблицу 2, округляем полученные результаты диаметров до стандартных предпочтительно в большую сторону.

Гидродинамика кипящего слоя

Слой твердых частиц (сыпучего материала) в аппарате может находиться в неподвижном, во взвешенном состоянии или перемещаться потоком газа (жидкости). Это зависит от скорости проходящего через аппарат потока.

При малых скоростях потока газа (жидкости) частицы находятся в неподвижном состоянии. При достижении скорости начинается псевдоожижение, т.е. частицы переходят во взвешенное состояние. У слоя появляется ровная поверхность. Перепад давления в точке А перед началом псевдоожижения превышает вес слоя на величину «пика давления» , затрачиваемую потоком на преодоление сил сцепления между частицами. Величина зависит от плотности упаковки частиц, формы и состояния их поверхности. Частицы слоя перемещаются при увеличении скорости от до (скорость в свободном сечении аппарата), интенсивность перемешивания частиц растет; слой напоминает кипящую жидкость. Постоянный перепад давления в кипящем слое объясняется тем, что с увеличением скорости объем слоя непрерывно увеличивается, т.е. увеличивается его порозность. Когда скорость становится больше , частицы уносятся потоком газа - начинается пневмотранспорт (если потоком жидкости то - гидротранспорт).