Гидравлический расчет простого трубопровода

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Целью выполнения данной курсовой работы является закрепление знаний, полученных при изучении теоретического материала, выработка навыков практического применения этих знаний при решении инженерных задач.

В курсовую работу входит гидравлический расчет трубопровода заданной геометрии. Работа состоит из расчетно-пояснительной записки с включенными в нее результатами расчетов, а также из чертежа. На чертеже схематически изображен трубопровод и нанесены линии полного и пьезометрического напоров, указаны все составляющие потери напора.

Табл. 1. Исходные данные

Pм

H0

h1

h2

d

l1

l2

D

L1

L2

dc

б

R

t

жидкость

кг/см2

м

м

м

м

м

м

м

м

м

м

град

м

°С

4,0

4,0

2,0

3,0

0,10

10

3,5

0,20

7,5

7,5

0,08

120

0,2

20

Вода

Рис. 1

1. Построение схемы трубопровода

На бумаге в масштабе 1:100 вычерчиваем схему трубопровода с указанием всех его геометрических размеров. Весь трубопровод условно разбиваем на n линейных участков длиной li (где i = 1, 2, …, n - это номера участков), границами которых служат местные сопротивления.

Для данного варианта схемы выделяется 7 участков.

2. Определение режима движения жидкости

Определяем режим движения жидкости в трубопроводе путем сравнения располагаемого напора H с его критическим значением.

Для определения располагаемого напора используем следующую формулу:

Где(для данной схемы),

Тогда:

.

Подставив заданные значения, получим:

, (1)

где ; (кг/с2·м2) (для воды при t = 20°С).

Чтобы получить значения критического напора, соответствующего переходу от ламинарного режима движения воды к турбулентному, для каждого участка трубопровода, воспользуемся формулой для определения потерь напора на трение при ламинарном режиме:

(2)

В итоговой формуле число Re было заменено выражением:

.

Так как критический напор Hкр соответствует критической скорости кр, подставим в выражение (2) значение кр, выраженное через критическое значение числа РейнольдсаReкр в следующем виде:

.

Таким образом получим формулу для подсчета критического напора:

.

Значение в расчетах принимаем равным 2320, а значение кинематической вязкости н при температуре 20°С равным м2/с. Делаем расчеты по каждому участку:

;

;

;

;

;

;

По результатам расчетов выяснилось, что . Значит по всем участкам режим турбулентный.

3. Определение коэффициентов гидравлического трения и местных сопротивлений

Для каждого линейного участка задаемся определенным значением числа Re. В случае турбулентного режима предполагаем, что движение жидкости в трубопроводе происходит в области квадратичного трения, в этом случае число Re определяем по формуле:

,

где - диаметр трубопровода на рассматриваемом участке; - абсолютная величина эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости. Для стальных новых труб сварных м.

Определяем значения числа Re:

- для участков 1 - 4: ;

- для участков 5 - 7: .

В соответствии с полученными значениями числа Re для каждого линейного участка трубопровода определяем значение коэффициентов гидравлического трения лi по формуле Альштуля (для турбулентного режима):

.

Для участков 1 - 4:

.

Для участков 5 - 7:

.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений о по справочной литературе в зависимости от вида местного сопротивления:

- вход в трубопровод прямой, заделанный заподлицо;

- полностью открытый запорный вентиль с косым затвором;

- резкий поворот 90° для трубы круглого сечения;

- резкий поворот 120° для трубы круглого сечения, рассчитывается следующим образом (по формуле Вейсбаха):

;

- внезапное расширение, рассчитывается следующим образом:

,

где:

,

откуда: ,

а .

- плавный поворот 120° для трубы круглого сечения, рассчитывается следующим образом:

,

где А - функция угла поворота, при угле 120° А = 1,165;

B - функция относительного радиуса кривизны (). Здесь = 0,2 / 0,2 = 1, тогда ;

С - функция формы поперечного сечения трубы, для круглого сечения С = 1.

- плавный поворот 90° для трубы круглого сечения, рассчитывается следующим образом:

,

где А - функция угла поворота, при угле 90° А = 1,0;

B - функция относительного радиуса кривизны (). Здесь = 0,2 / 0,2 = 1, тогда ;

С - функция формы поперечного сечения трубы. Для круглого сечения С = 1.

- сопло.

4. Определение скорости истечения жидкости из трубопровода. Определение расхода жидкости в трубопроводе

Подставляем значения найденных коэффициентов гидравлического трения лi и коэффициентов местного сопротивления жj в формулу (3), определяя из нее значение скорости истечения жидкости из трубопровода:

, (3)

где: - коэффициент Кориолиса для турбулентного режима;

,

,

откуда: ,

.

Подставляя вычисленные значения, получаем:

где:

,

.

Значение расхода определяем по формуле:

.

5. Определение скоростей течения жидкости и чисел Rei на линейных участках трубопровода

По найденному значению расхода определяем значение скоростей на всех линейных участках трубопровода.

Так как:

,

то отсюда:

(м/с);

(м/с).

Определим снова значения чисел Rei для каждого участка по формуле:

.

- для участков 1 - 4: ;

- для участков 5 - 7: .

Так как полученные числа отличаются от полученных на III этапе расчетов более, чем на 10%, то проводим расчет параметров лi, хк, Q повторно, положив в основу расчета кладутся пересчитанные числа .

Определяем значение коэффициентов гидравлического трения лi по формуле Альштуля:

Для участков 1 - 4:

.

Для участков 5 - 7:

.

Подставляем значения найденных коэффициентов в формулу для определения значения скорости истечения жидкости из трубопровода:

Определяем значение расхода:

.

По вновь найденному значению расхода определяем значение скоростей на всех линейных участках трубопровода.

(м/с);

(м/с).

Определим значения чисел Re для каждого участка:

- для участков 1 - 4: ;

- для участков 5 - 7: .

Так как разность между значениями, полученными в начале и в конце этапа, составляет менее 10%, можно проводить дальнейшие расчеты.

6. Уточнение коэффициентов гидравлического трения и коэффициентов местного сопротивления

В соответствии с новыми значениями Re определяем значения коэффициентов гидравлического трения лi по формуле Альштуля:

Для участков 1 - 4:

.

Для участков 5 - 7:

.

Значения коэффициентов местных сопротивлений (жj) остаются прежними.

7. Определение скоростного напора

Определяем скоростные напоры на всех линейных участках трубопровода, воспользовавшись формулой:

,

где = 1,1 для турбулентного режима.

(м/с);

(м/с).

8. Определение потерь напора на трение

Определяем потери напора на трение по длине для каждого из линейных участков трубопровода по формуле:

.

(м);

(м);

(м);

(м);

(м);

(м);

(м).

(м).

9. Определение потерь напора в местных сопротивлениях

Определяем потери напора в местных сопротивлениях по формуле:

.

(м);

(м);

(м);

(м);

(м);

(м);

(м);

(м).

(м).

10. Проверка проведенных расчетов

Проверку проведенных расчетов проводим, сравнивая исходное значение располагаемого напора со значением располагаемого напора, полученного в итоге по следующей формуле:

.



Погрешность вычислений выражаем в процентах:

.

11. Построение диаграммы Бернулли

На бумаге строим напорную и пьезометрическую линии (диаграмму уравнения Бернулли).

Линия напора (удельной механической энергии потока) строится путем последовательного вычитания потерь, нарастающих вдоль потока, из начального напора потока (заданного пьезометрическим уравнением в резервуаре). Пьезометрическая линия (отражающая изменение гидростатического напора потока) строится путем вычитания скоростного напора в каждом сечении из полного напора потока.

Величина пьезометрического напора в каждом сечении определяется на графике заглублением центра сечения под пьезометрической линией.

Величина скоростного напора - вертикальным расстоянием между пьезометрической линией и линией полного напора.

Заключение

трубопровод гидравлический бернулли

В ходе курсовой работы произведен гидравлический расчет простого трубопровода заданной геометрии.

Рассчитаны потери напора на трение и местные сопротивления, скоростные напоры на всех линейных участках трубопровода. По расчетным данным построена диаграмма уравнения Бернулли.

Произведенная проверка, показавшая погрешность в 0,266 % показала, что все расчеты выполнены верно.

Литература

1. Гидравлика и аэродинамика: учебник для вузов / А.Д. Альштуль [и др.]. - М.: Стройиздат, 1987.

2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. - М.: Машиностроение, 1976.

3. Примеры расчетов по гидравлике: учебное пособие для вузов / под ред. А.Д. Альштуля. - М.: Стройиздат, 1977.

4. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер [и др.]; под общ. ред. Б.Б. Некрасова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Минск: Выш. шк, 1985.

5. Липский, В.К. Техническая гидромеханика: учеб.-метод. комплекс / В.К. Липский, Д.П. Комаровский; под. общ. ред. В.К. Липского. - Новополоцк: ПГУ, 2009.

Размещено на Allbest.ru

...