Расчет напорного трубопровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

13

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ,,Теплогазоснабжения и экспертизы недвижимости”

Расчетно-графическая работа

по дисциплине

Инженерные системы зданий и сооружений (водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики)

Расчет напорного трубопровода

Выполнил:

студент группы

СТР-б-о-15-3

Мешезов М.С.

Проверил:

старший преподаватель

Калиниченко М.Ю.

Ставрополь,2017



Задание Вариант 12

Рисунок 1 - Схема трубопровода 1

Для данной схемы напорного трубопровода произвести следующие расчеты:

1. Определить напор h₁для пропуска воды расходами Q₁ и Q₂ по чугунным новым трубам.

2. Определить гидравлические уклоны на всех участках трубопровода.

3. Построить график напоров по длине трубопровода.

4. Определить необходимый напор Н₂ для пропуска заданного расхода Q= Q₁+Q₂ через затопленное отверстие диаметром do=d₂ в стене толщиной , разделяющей резервуар.

5. Определить силы давления на разделяющую стенку (слева и справа), если ее ширина b=16d₁, а также точки их приложения.

Данные для расчета взять из таблицы 1.

Таблица 1 - Данные для расчета варианта 12

№	Q1, л/с	Q2, л/c	L1, м	L2, м	d1,мм	d2, мм	N1	N2	, мм
2	30	38	350	250	200	250	1/2	1/8	100

N₁ и N₂-- степень закрытия задвижек 1 и 2.



1.Определение напора Н, для пропуска жидкости расходом Q.

1.1 Выбор положения плоскости сравнения

Обязательным требованием при выборе положения плоскости сравнения является ее горизонтальность, т.е. она должна быть перпендикулярна линии действия сил тяжести. Для упрощения расчетов и исключения возможных ошибок при определении геометрических напоров плоскость сравнения 0-0 выбирают таким образом, чтобы z₂ = 0.

1.2 Выбор расчетных сечений

Часто уравнение Бернулли применяют для определения разности пьезометрических напоров, под действием которых жидкость с заданным расходом Q движется в напорных трубопроводных системах. Если же напор известен, то по уравнению определяют расход жидкости или необходимый диаметр трубопровода. Для сокращения числа неизвестных величин, входящих в уравнение (1), целесообразно сечения 1-1 и 2-2 выбирать таким образом, чтобы наибольшее количество членов уравнения было известно, или же легко определялось. Величины давлений выбирают как в абсолютных, так и в относительных значениях, но в идентичных значениях для обоих сечений.



1.3 Составляем уравнение Бернулли

(1)

В этом уравнении:

z - геометрический напор, т.е. расстояние по вертикали от центра тяжести сечения до произвольно выбранной горизонтальной плоскости, взятой в качестве плоскости сравнения;

p/g - пьезометрический напор, т.е. отношение давления в данном сечении к удельному весу жидкости g;

v²/2g - скоростной напор в данном сечении;

v - средняя скорость жидкости в указанном сечении;

- коэффициент неравномерности распределения местных скоростей по сечению потока, выбираемый в зависимости от режима движения жидкости, для трубопроводов =1;

h_п1-6- потери напора между выбранными сечениями.

,



отсюда следует, что:

.(2)

Из уравнения неразрывности следует, что скорости обратно пропорциональны площадям живых сечений:

Q = v₁₁ = v₂₂ = ... = v_nn.(3)

Тогда по известному расходу можно найти значение скорости в конечном сечении:

м/с v₂ = =

Скоростной напор :

.

1.4 Определение потерь напора

Расчет потерь связан с выявлением характерных гидравлических сопротивлений. Потери напора складываются из потерь двух видов:

- потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений по длине, пропорциональных длине участков русла или трубы, по которым движется жидкость - потерь на трение по длине h_тр;

- потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в пределах коротких участков в непосредственной близости к тем или иным местным конструктивным устройствам (вход, выход, расширение, сужение, поворот, трубопроводная арматура, фасонина и т.п.) - местных потерь напора h_м.

Принимается, что общие потери напора в системе равны сумме потерь напора на трение по длине отдельных участков и всех местных потерь напора:

. (4)

Для расчета местных потерь используется формула Вейсбаха:

, (5)

где - коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида местного сопротивления;

v - средняя скорость.

При расчете потерь на трение по длине пользуются формулой Дарси-Вейсбаха:

(6)

где - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);

l - длина участка трубопровода;

d - диаметр участка трубопровода;

v - средняя скорость течения на этом участке.

Коэффициент Дарси в общем случае зависит от режима движения жидкости (числа Рейнольдса Re) и шероховатости стенки трубопровода k_э, отнесенной к диаметру (относительной шероховатости k_э/d).



Число Рейнольдса рассчитывают по формуле:

, (7)

где - кинематический коэффициент вязкости жидкости (для воды при температуре 10^оС =0,01310^-4 м²/с).

Скорость v на каждом участке рассчитывают из уравнения неразрывности (3).

Эквивалентная шероховатость k_э выбирается из справочников в зависимости от материала трубопровода. Значения потерь занесем в таблицу 1.

Таблицу 1. Расчетные значения потерь напора

№ участка	L, м	d, м	Q, м3/с	V,м/с	d/kэ	Re	?	о	hтр,м	hм,м	hп,м
1-2	200	0,25	0,075	1,53	833	294230	0,074	0,5	7,07	0,060	7,13
2-3	200	0,25	0,075	1,53	833	294230	0,074	2	7,07	0,239	7,31
3-4	100	0,3	0,075	1,06	1000	244615	0,079	0,316	1,51	0,018	1,53
4-5	100	0,3	0,040	0,57	1000	131538	0,022	0,337	0,122	0,006	0,13
5-6	100	0,3	0,040	0,57	1000	131538	0,022	1,275	0,122	0,021	0,14
?	700								15,89	0,344	16,24

На всех участках коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:

так как10 d/k_э<Re<500d/kэ.



Подставляем полученные значения в уравнение (2) и находим Н₁:

м.



2 . Определение гидравлического уклона на участке трубопровода

Интенсивность потерь напора (энергии) называется гидравлическим уклоном, который равен отношению потерь напора на трение по длине h_тр к длине участка l:

. (8)

;

;

;

;

.



3. Построение графика напоров по длине трубопровода

Когда решением уравнения Бернулли установлены напоры в начальном и конечном сечениях, расход и потери напора, можно приступать к построению напорной линии (рисунок 10).

Построение напорной линии начинается с исходного сечения 1-1. Определяем для него гидродинамический (полный) напор с учетом того, что v₁=0, а, следовательно, скоростной напор . Если бы на пути от сечения 1-1 до сечения 6-6 не было бы сопротивлений, то потери напора не происходило бы, и напорная линия оказалась бы параллельной плоскости сравнения 0-0, исходя из сечения 1-1. Гидравлические сопротивления, возникающие в реальной жидкости, будут приводить к уменьшению исходного напора на величину потерь на трение по длине и местных потерь. При построении напорной линии эти потери откладываются вниз от исходного значения напора. Потери на входе на участке 1-2 понизят напорную линию на величину h_м1, потери на трение на участке 1-2 - на величину h_тр1, и т.д. В итоге мы получим ломаную линию, показывающую изменение напора при движении жидкости из сечения 1-1 в сечение 6-6 (напорную линию).

Пьезометрическую линию строят следующим образом:

- определяют скоростной напор на каждом участке постоянного диаметра ,

- откладывают вниз от напорной линии соответствующие значения величин скоростного напора.

Получаем ломаную линию, называемую пьезометрической линией.



4. Определение необходимого напора для пропуска заданного расхода через отверстие или насадок

Необходимый напор Н можно выразить и определить из формулы расхода через отверстие или насадок.

Для затопленного отверстия или насадка расход Q равен:

,(9)

где - коэффициент расхода для данного вида отверстия или насадка, принимается по справочнику;

- площадь сечения отверстия или насадка.

Н - разность напоров Н₂ и Н₁ в баках.



5. Определение силы давления на разделяющую стенку, а также точки ее приложения

Для оценки силового воздействия жидкости на плоские стенки необходимо определить силу гидростатического давления.

Сила гидростатического давления определяется по формуле

F=p_c,(10)

где р_с - давление жидкости в центре тяжести плоской фигуры;

- площадь фигуры.

Давление в центре тяжести плоской фигуры определяется по формуле

Р_с=gh_c,(11)

где - плотность жидкости, =1000 кг/м³ - для воды;

g - ускорение свободного падения, g= 9,81 м/с²;

h_c - глубина погружения центра тяжести фигуры, для прямоугольника h_c=Н/2.

Расчет силы давления на разделяющую стенку и точку ее приложения справа:

.



Расчет силы давления на разделяющую стенку и точку ее приложения слева:

.

напор вода давление трубы



Список использованной литературы

1. Альтшуль А.Д., Калицун В.И. Примеры расчетов по гидравлике. - М.:Стройиздат,1976.-256с.

2. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б. Б. Некрасова. Минск, «Вышэйш. школа», 1976.

3.Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебное пособие для вузов/В.И. Калицун, В.С. Кедров, Ю.М. Ласков. - М.: Стройиздат, 2004.

4.Инженерные сети, оборудование зданий и сооружений: Учебник/ Е.Н. Бухаркин, В.М. Овсянников, К.С. Орлов и др.; Под ред. Ю.П. Соснина. - М.: Высшая школа, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...