Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Потери тепла отдельные ограждения и помещением
• 1.1 Динамика давления в системе отопления
• 1.2 Принципы проектирования системы отопления
• 2. Гидравлический расчет систем водяного отопления
• 2.1 Потеря давления в сети
• 2.2 Коэффициент гидравлического трения и местного сопротивления
• 2.3 Расчет по варианту
• 3. Расчет давлений на участках гидравлической цепи
• 3.1 Гидравлические сопротивления
• 3.2 Давления на элементах цепи
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Система отопления, как уже указывалось, предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной и отвечающей требованиям технологического процесса.

Выделяемое человеческим организмом тепло должно быть отдано окружающей среде так, чтобы человек не испытывал при этом ощущений холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких тепло отдается с поверхности тела конвекцией и излучением. Интенсивность отдачи тепла конвекцией в основном определяется температурой окружающего воздуха, а при отдаче лучеиспусканием - температурой поверхностей ограждений, обращенных в помещение.

Температура помещения зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств, теплозащитных свойств наружных ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь тепла. В холодное время года помещение теряет тепло через наружные ограждения. Кроме того, тепло расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений, а также на нагревание материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые охлажденными поступают с улицы в помещение. Системой вентиляции в помещение может подаваться воздух с более низкой температурой по сравнению с воздухом помещения, технологические процессы могут быть связаны с испарением жидкостей и другими процессами, сопровождающимися затратами тепла. При установившемся режиме потери равны поступлениям тепла. Тепло поступает в помещение от технологического оборудования, источников искусственного освещения, нагретых материалов и изделий, в результате прямого попадания через оконные проемы солнечных лучей, от людей. В помещении могут быть технологические процессы, связанные с выделением тепла (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учет всех перечисленных источников поступления и потерь тепла необходим при составлении теплового баланса помещений здания.

Сведением всех составляющих прихода и расхода тепла в тепловом балансе помещения определяется дефицит или избыток тепла. Дефицит тепла ДQ указывает на необходимость устройства в помещении отопления. Для определения тепловой мощности системы отопления составляют баланс часовых расходов тепла для расчетных зимних условий в виде:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где Qorp - потери тепла через наружные ограждения;

Qвент - расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещение;

Qтехн - технологические и бытовые тепловыделения.

Баланс составляется для условий, когда возникает наибольший при заданном коэффициенте обеспеченности дефицит тепла. Для гражданских зданий обычно принимают, что в помещении отсутствуют люди, нет освещения и других бытовых тепловыделений, поэтому определяющими расход тепла являются теплопотери через ограждения. В промышленных зданиях принимают в расчет интервал технологического цикла с наименьшими тепловыделениями.

Баланс тепла составляют для стационарных условий. Нестационарность процесса, теплоустойчивость помещений, периодичность работы системы отопления учитывают специальными расчетами на основе теории теплоустойчивости.

1. Потери тепла отдельные ограждения и помещением

Наибольшие потери тепла через отдельные ограждения определяются по формуле

где R₀,api-приведенное сопротивление теплопередаче ограждения;

?-коэффициент, учитывающий фактическое понижение расчетной разности температур (tni-М для ограждений, которые отделяют отапливаемое помещение от неотапливаемого (подвал, чердак и т. д.);

в-коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла через ограждение;

F_t-площадь ограждения.

Индекс i относит все обозначения к i-тому ограждению.

Рисунок 1. Определение наибольших теплопотерь помещения в период резкого холодания

1-кривая изменения наружной температуры;

2-теплопотери помещения, складывающиеся из теплопотерь через окна 3, стены и перекрытия.

Величина наибольших теплопотерь будет соответствовать коэффициенту обеспеченности внутренних условий в помещении Коб, с учетом которого выбрано значение t_н.

Наружные ограждения обычно имеют различную теплоустойчивость. Через ограждение с малой теплоустойчивостью (окна, легкие конструкции) теплопотери при похолодании будут резко возрастать, практически следуя во времени за изменениями температуры наружного воздуха. Через теплоустойчивые ограждения (стены, перекрытия) потери тепла в период резкого похолодания возрастут немного, и во времени эти изменения теплопотерь будут значительно отставать от понижения наружной температуры. Потери тепла через массивные ограждения передадутся в помещение позднее, чем через легкие. Поэтому максимальные потери тепла всем помещением в расчетных условиях периода резкого похолодания не будут равны сумме наибольших потерь через отдельные ограждения. Необходимо провести сложение теплопотерь через отдельные ограждения с учетом их сдвига во времени.

Для упрощения решения этой задачи (рис. 1) можно ориентироваться на одно ограждение, доля потерь тепла через которое наибольшая. Обычно таким ограждением является окно. В период резкого похолодания, как показывают натурные наблюдения, теплопотери через окна составляют до 80% и более от общих потерь. Основываясь на наблюдениях, также можно считать, что максимальные потери тепла помещением <Зогр совпадают во времени с наибольшими теплопотерями через окна.

1.1 Динамика давления в системе отопления

Гидравлическое давление в каждой точке замкнутого контура системы отопления в течение отопительного периода подвержено непрерывному изменению. Давление изменяется вследствие непостоянства плотности воды и циркуляционного давления, которое обусловлено качественно-количественным регулированием, т. е. изменением температуры и расхода воды при эксплуатации системы отопления.

Итак, в системе отопления наблюдается динамический процесс изменения гидравлического давления. Исходное значение давления соответствует гидростатическому давлению в каждой точке при покое воды. Наибольшее изменение давления происходит при циркуляции максимального количества воды с температурой, достигающей предельного значения при расчетной температуре наружного воздуха. Рассматривая и сравнивая крайние значения при этих двух гидравлических режимах, можно судить о динамике давления в каждой точке при действии системы отопления в течение отопительного периода.

Анализ динамики гидравлического давления делается с целью выявления в системе отопления мест с чрезмерно низким или высоким давлением, вызывающим нарушение циркуляции воды или разрушение отдельных элементов. На основе такого анализа намечаются мероприятия, обеспечивающие нормальное действие системы отопления.

Для установившегося движения потока воды - капельной несжимаемой жидкости - уравнение Бернулли имеет вид:

где р- плотность воды, кг/м3;

g- ускорение свободного падения, м/с2;

h - высота положения оси или сечения потока воды над плоскостью сравнения, м;

р-давление в потоке воды, Па;

w - средняя скорость движения потока воды, м/с.

По уравнению Бернулли, представляющему собой частный случай записи общего закона сохранения материи в природе, полная энергия потока состоит из кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая энергия движения потока воды измеряется гидродинамическим давлением.

При скорости движения воды в теплопроводах насосной системы отопления 1,5 м/с гидродинамическое давление составляет:

Потенциальная энергия потока воды складывается из энергии положения потока и энергии давления в потоке.

В каком-либо сечении потока воды энергия положения измеряется высотой положения сечения потока над плоскостью сравнения, энергия давления - пьезометрической высотой, на которую может подняться вода над рассматриваемым сечением. В замкнутой системе отопления проявляется энергия давления, рассматриваемая как гидростатическое давление, вызывающее циркуляцию воды.

Гидростатическое давление в вертикальной трубе при изменении положения потока только на 1 м возрастает или убывает на величину

Очевидно, что изменение гидростатического давления по высоте системы отопления даже одноэтажного здания более чем на целый порядок превышает максимальное значение гидродинамического давления. Поэтому в дальнейшем для характеристики изменения гидравлического давления в системе отопления будем учитывать изменение только гидростатического давления, приближенно считая его равным полному.

Рассмотрение динамики давления проведем в системе водяного отопления с естественной и искусственной циркуляцией воды, как при наличии расширительного бака, так и без расширительного бака.

1.2 Принципы проектирования системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления на основе расчетного циркуляционного давления представляет собой отдельный этап проектирования. Этот расчет выполняется после определения тепловых нагрузок, выбора и конструирования системы, рассмотренных в предыдущих главах. Таким образом, проектирование системы можно разделить на четыре этапа, характерные не только для систем водяного, но и для систем парового и воздушного отопления.

Исходными данными для проектирования системы отопления служат: назначение, планировка и строительные конструкции здания; положение здания на местности; климатологические показатели для местности; источник теплоснабжения; температура и влажность воздуха в основных помещениях.

Расчет теплового режима. После проведения теплотехнического расчета наружных ограждений, расчета теплового режима в помещениях определяются теплопотери, подлежащие возмещению при помощи отопительных приборов. Расчеты выполняются с использованием сведений, изложенных в главах I и II.

Выбор системы. На этом этапе проектирования выбираются расчетная температура (параметры) воды, вид отопительных приборов и конструкция системы отопления с технико-экономическим обоснованием принятого решения в необходимых случаях. На основании сведений, приведенных в главах I, III, IV, можно установить следующие положения для выбора конструкции системы отопления.

В многоэтажных зданиях, имеющих более трех этажей, проектируются преимущественно вертикальные однотрубные системы отопления. В бесчердачных зданиях средней этажности используются однотрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В зданиях повышенной этажности применяются однотрубные системы с нижней разводкой подающей магистрали для создания «опрокинутой» циркуляции воды в стояках.

В зданиях массового строительства предпочтение отдается однотрубному стояку унифицированной конструкции, имеющему один диаметр и повторяющуюся длину его элементов.

В зданиях ограниченного объема, имеющих разноэтажные части, устраиваются двухтрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В одноэтажных зданиях, в двух-трехэтажных пристройках к главному зданию используются в основном горизонтальные однотрубные системы, могут применяться и двухтрубные системы с верхней разводкой подающей магистрали.

Чем выше здание, тем меньше должно быть гидравлическое сопротивление узла каждого отопительного прибора вертикального однотрубного стояка, и, наоборот, тем больше должно быть сопротивление каждого приборного узла двухтрубного стояка или горизонтальной однотрубной ветви.

Конструирование системы. Размещают отопительные приборы и стояки на планах каждого этажа, отопительное оборудование в тепловом пункте здания, расширительный бак (если он имеется) и магистрали системы.

Магистрали предусматриваются раздельными для отопительных приборов постоянного действия, для воздухонагревателей лестничных клеток и воздушно-тепловых завес, для отопительных приборов дежурного или периодического действия. Рекомендуется при трассировке магистра- лей предусматривать возможность пофасадного регулирования действия системы отопления.

При размещении магистралей принимаются также решения по величине и направлению уклона, по компенсации удлинения и тепловой изоляции труб, по организации движения, сбора И удаления воздуха, по спуску и наполнению водой системы и стояков, по выбору и размещению арматуры.

Этот этап проектирования завершается конструированием схемы труб и приборов системы отопления, основного чертежа, по которому можно выявить циркуляционные кольца системы, разделить их на участки и нанести тепловые нагрузки.

Термин «участок», встречающийся ранее, означает отрезок трубы, по которому протекает при определенной температуре неизменное количество воды.

Тепловая нагрузка отопительного прибора определяет тепловой поток, подводимый в расчетных условиях к прибору теплоносителем - водой. Этот тепловой поток QT по уравнению (III.1) принимается равным тепловому потоку Qnp, передаваемому прибором в помещение. Точнее, при установке отопительного прибора у наружной стены под окном QT> >Qnp приблизительно на 5%. Различие в тепловых потоках обусловлено увеличением теплопотери через наружную стену вследствие повышения температуры ее внутренней поверхности, непосредственно облучаемой прибором.

Тепловая нагрузка участка определяет тепловой поток, передающийся в помещения от воды, протекающей по участку. Этот тепловой поток равняется сумме тепловых нагрузок отопительных приборов. Для участка подающего теплопровода он выражает количество тепла, подлежащее передаче от горячей воды на ее дальнейшем пути, для участка обратного теплопровода - количество тепла, отведенное от охлажденной воды. Тепловая нагрузка участка носит условный характер и в действительности выражает расход воды на участке - величину, необходимую для гидравлического расчета.

Например, если тепловая нагрузка участка обратного теплопровода равняется 7000 Вт (6000 ккал/ч), то это означает, что вода, протекающая по участку, передала в помещения тепловой поток в 7000 Вт (6000 ккал/ч). Если же при этом вода охладилась на 25°, то по участку протекает 240 кг/ч воды [согласно формуле (IV.2)].

Расчет системы состоит из гидравлического расчета и теплового расчета нагревательной поверхности труб и приборов .

Гидравлический и тепловой расчеты системы отопления взаимно связаны, и, строго говоря, требуется многократное повторение расчетов по методу итерации для выявления действительного расхода воды и необходимой площади нагревательной поверхности приборов. Поэтому наиболее точным является расчет системы на ЭЦВМ. При ручном счете расчет повторяется 1-2 раза, причем гидравлический и тепловой расчеты выполняются в различной очередности.

В первом случае тепловой расчет отопительных приборов предшествует гидравлическому расчету. Это случай, когда длина греющих элементов отопительных приборов существенно влияет на гидравлическое сопротивление стояка. К таким приборам относятся конвекторы, панели и ребристые трубы, основанные на применении греющих труб dy 15 и 20 мм. Тогда до гидравлического расчета определяется предварительная длина труб приборов, а после уточнения расхода и температуры воды в стояках вносятся поправки в размеры приборов.

Окончательный тепловой расчет любых приборов может выполняться сразу (до гидравлического расчета) в двухтрубных системах при скрытой прокладке стояков и подводок к приборам.

Во втором случае, наоборот, гидравлический расчет предшествует тепловому расчету приборов. Это случай, когда длина приборов практически не отражается на гидравлическом сопротивлении стояка. К таким приборам относятся радиаторы, полые панели, ребристые и гладкие трубы с?у=50-100 мм. В результате гидравлического расчета определяются диаметр труб, расход и температура воды в стояках, а затем размер отопительных приборов с учетом теплопередачи труб в каждом помещении.

Гидравлический расчет системы отопления выполняется двумя способами: с равным и неравным (часто говорят с постоянным и переменным) перепадом температуры воды в стояках.

Расчет с равным перепадом температуры воды в стояках заключается в подборе диаметра труб по заданному расходу воды на всех участках системы, i

Расчет с неравным перепадом температуры воды в стояках заключается в определении расхода и температуры обратной воды в каждом стояке по заданному диаметру труб на всех участках системы.

2. Гидравлический расчет систем водяного отопления

Трубопроводы в системе отопления выполняют важную функцию распределения теплоносителя по отдельным отопительным приборам. Они являются теплопроводами, задача которых состоит в передаче определенного расчетного количества тепла каждому прибору.

Система отопления представляет собой сильно разветвленную и сложно закольцованную сеть теплопроводов, по каждому участку которой должно переноситься определенное количество тепла. Выполнение точного расчета такой сети является сложной гидравлической задачей, связанной с решением большого числа нелинейных уравнений. В инженерной практике эта задача решается методом подбора.

В водяных системах количество принесенного тепла теплоносителем зависит от его расхода и перепада температуры при охлаждении воды в приборе. Обычно при расчете задают общий для системы перепад температуры теплоносителя и стремятся к тому, чтобы этот перепад был выдержан в двухтрубных системах - для всех приборов и системы в целом; в отднотрубных системах - для всех стояков. При известном перепаде температуры теплоносителя по теплопроводам системы должен быть подведен определенный расчетом расход воды к каждому отопительному прибору.

При таком подходе выполнить гидравлический расчет сети теплопроводов системы отопления значит (с учетом располагаемого циркуляционного давления) так подобрать диаметры отдельных участков, чтобы по ним проходил расчетный расход теплоносителя. Расчет ведется подбором диаметров по имеющемуся сортаменту труб, поэтому он всегда связан с некоторой погрешностью. Для различных систем и отдельных элементов допускаются определенные невязки.

В отличие от рассмотренного выше метода в настоящее время нашел широкое распространение, применительно к расчету однотрубных систем отопления, метод с переменным перепадом температуры воды в стояках, предложенный А.И. Орловым в 1932 г. Принцип расчета заключается в том, что расходы воды в стояках не задаются заранее, а определяются в процессе гидравлического расчета исходя из полной увязки давлений во всех кольцах системы и принятых диаметров теплопроводов сети.

Перепад температуры теплоносителя в отдельных стояках при этом получается различным - переменным. Площадь теплоотдающей/ поверхности отопительных приборов находится по температуре и расходу воды, определенным гидравлическим расчетом.

Метод расчета с переменным перепадом температуры точнее отражает действительную картину работы системы, исключает необходимость монтажной регулировки, облегчает унификацию трубной заготовки, так как дает возможность избежать применения разнообразных сочетаний диаметров радиаторных узлов и составных стояков.

Этот метод получил распространение после того, как в 1936 г, Г, И. Фихман доказал возможность применения при расчете теплопроводов систем водяного отопления усредненных значений коэффициентов трения и ведения всего расчета по квадратичному закону. Наиболее детально этот метод разработан Е.А. Белинким.

2.1 Потеря давления в сети

Движение жидкости в теплопроводах происходит от сечения с большим давлением к сечению с меньшим давлением за счет разности давления. При перемещении жидкости расходуется потенциальная энергия, т. е. гидростатическое давление на преодоление сопротивлений от трения о стенки труб и от завихрений и ударов при изменении скорости и направления движения в фасонных частях, приборах и арматуре.

Падение давления, обусловленное сопротивлениями трения о стенки труб, является линейной потерей; падение давления, вызванное местными сопротивлениями, - местной потерей.

Падение давления Др, Па, вызванное трением и местными сопротивлениями, измеряется в долях динамического давления и выражается формулой, известной из курса гидравлики

где

л - коэффициент гидравлического трения, определяющий в долях динамического давления линейную потерю давления на длине трубопровода, равной его внутреннему диаметру;

dB - внутренний диаметр трубопровода, м;

I-длина участка сети, м;

(Уж - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке;

w - скорость жидкости в трубопроводе, м/с; р - плотность жидкости, кг/м3;

R - падение давления вследствие трения о стенки трубы, Па/м;

Z-падение давления при преодолении местных сопротивлений, Па;

На основании формул (V.2) и (V.3) составлены таблицы и номограммы для гидравлического расчета теплопроводов. Для примера в сокращенном виде эти таблицы приведены ниже (табл. V.1 и V.2). Величину первого сомножителя в формуле V называют приведенным коэффициентом сопротивления участка сети. Скорость жидкости в теплопроводе, м/с, составляет:

Размещено на http://www.allbest.ru/

откуда расход жидкости, отвечающий скорости в теплопроводе I м/с, может быть определен по формуле

где G-расход жидкости в теплопроводе, кг/ч.

Подставляя значение w в уравнение (V.1), получим:

где А - удельное динамическое давление, Па/(кг/ч)2, в теплопроводе, возникающее при протекании 1 кг/ч жидкости с плотностью р, кг/м3, причем

Если при расчетах систем отопления принять плотность теплоносителя (жидкости) постоянной, что ведет к погрешности, лежащей за пределами практической точности расчета, то величины G/щ и А могут быть определены как постоянные для теплопровода заданного диаметра. Значения этих величин при плотности воды 972 кг/м3 (что отвечает ее температуре 80° С) для труб по ГОСТ 3262-62 и ГОСТ 10704-63, применяемых в системах отопления, даны в приложении 1.

Использование в расчетах постоянного отношения G/щ позволяет по заданному расходу теплоносителя и диаметру теплопровода определить скорость теплоносителя делением расхода на эту величину; использование постоянной величины А позволяет определить потери давления в теплопроводе по заданному расходу, минуя определение скорости.

Обозначив в уравнении (V.6)

получим:

где S -характеристика сопротивления сети, равная потере давления в ней при расходе жидкости 1 кг/ч, Па/(кг/ч)2.

Величина называется проводимостью сети и обозначается

Проводимость равна расходу в сети, кг/ч, при перепаде давлений в 1 Па и имеет размерность кг/(ч-Па0'5).

Используя понятие проводимости, получим;

Величина А относится лишь к определенному участку сети с неизменным диаметром, а значения 5 и о могут быть отнесены как к отдельному участку сети, так и к любой части ее, состоящей из нескольких последовательно и параллельно соединенных участков, а также ко всей разветвленной сети в целом.

Сумма потери давления в сети из двух или более последовательно соединенных участков сети с неизменным расходом (Gi = G2) равна сумме потери давления на этих участках, т. е.

Выражая потери давления через характеристики сопротивления и расходы, получим:

откуда следует:

Таким образом, суммарная характеристика сопротивления последовательно соединенных участков сети равна сумме характеристик сопротивления составляющих ее участков.

В параллельно соединенных участках сети, при отсутствии в них разности естественных давлений (t=const), потеря давления в каждом участке одинакова (Дp1=Др2)

Суммарный расход, кг/ч, в этих участках

Выражая расход через проводимость и потерю давления, получим:

Откуда следует:

Таким образом, суммарная проводимость параллельно соединенных участков сети равна сумме проводимостей этих участков.

Из условия равенства потери давления на параллельно соединенных участках следует:

Откуда

т. е. при отсутствии естественного циркуляционного давления расходы в параллельных участках сети пропорциональны их проводимостям. Из уравнений получим:

2.2 Коэффициент гидравлического трения и местного сопротивления

Во Всесоюзном теплотехническом институте Г. А. Муриным проведено исследование потери давления от трения в стальных трубах. Были испытаны обычные стальные трубы промышленного назначения, т. е. трубы с действительной реальной шероховатостью: новые и бывшие в употреблении различного сортамента с внутренним диаметром от 40 до 143 мм.

Трубы имели шероховатость в виде зернистой и оспенной коррозии, налета, окалины, отдулин, продольных борозд, расположенных параллельно оси трубы и по винтовой линии, продольных швов, поперечных круговых борозд, волн. Результаты испытания показали, что в обычных стальных трубах в переходной области (Re=104... 105) сопротивление трения с увеличением числа Рейнольдса постепенно уменьшается.

Г. А. Муриным дано следующее выражение коэффициента трения для гидравлически гладких труб (ламинарный пограничный слой закрывает абсолютную шероховатостьвнутренних стенок трубы):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эта формула объединяет формулы Блазиуса и Никурадзе для гидравлически гладких труб.

Испытаниями ВТИ установлено, что в переходной области от гладких труб к шероховатым коэффициент гидравлического трения л является сложной функцией числа Re и относительной шероховатости k/d:

На рис. V.1 показаны полученная зависимость л от числа Re и отношения диаметра трубы d к абсолютной шероховатости k.

Те же испытания подтверждают правильность формулы Никурадзе для шероховатых труб (пограничный ламинарный слой не закрывает абсолютную шероховатость внутренних стенок):

Эту формулу можно представить так:

Для определения относительной шероховатости k/d замерялась фактическая потеря давления на трение по длине трубы при определенной скорости воды в ней.

Подставляя в формулу (V.18) значение X, найденное из опыта, определяли значение d/k, а так как диаметр трубы известен, то вычисляли величину абсолютной шероховатости трубы k.

Для теплопроводов центральных систем отопления, согласно опытным данным, полученным ВТИ, абсолютную шероховатость следует принимать k=0,2 мм.

На нижней плавной кривой (см. рис. V.1) показана зависимость л от Re для гладких труб. Видно, что с увеличением относительной шероховатости в трубах переходная область наступает при меньшем числе Re.

На этом же рисунке пунктирной линией показаны другие переходные числа Re2np> за пределами которых трубы становятся шероховатыми.

М. И. Кисейным и В. М. Зусманобичем на основе данных испытании приводятся формулы расчета для переходной области турбулентного течения от гладких труб к шероховатым.

При обработке опытных данных трубы диаметром от 15 до 200 мм отнесены к первой группе и от 200 до 1000 мм 7-ко второй группе.

Для первой группы труб даются следующие расчетные формулы: в переходной области от гидравлически гладких труб к шероховатым

первое переходное число Re от области гладких труб к переходной области авторы указывают, что формулы (V.17) и (V.18) действительны только для чисел Re?4000;

второе переходное число Re от переходной области к шероховатым трубам (но только для труб с абсолютной шероховатостью k=0,2 мм)

Для чисел Re?Re2np труба считается шероховатой и коэффициент сопротивления трению X следует определять по формуле (V.18).

Для второй группы труб даются следующие формулы:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Данные расчета по этим формулам имеют расхождение с опытными в пределах ±3%. Эмпирические формулы М.И. Киссина и В.М. Зусмановича позволяют с достаточно большой точностью определить потерю давления от трения. Проведенный ими анализ результатов испытаний ВТИ показал, что течение воды в трубах систем центрального отопления в основном происходит в переходной области от гладки труб к шероховатым. По приведенным формулам составлены таблицы для гидравлического расчета теплопроводов. Потеря давления в местных сопротивлениях зависит в основном от геометрической формы препятствий на пути потока жидкости. На величину потери в местных сопротивлениях оказывает влияние также характер распределения скорости в сечении потока при входе его в рассматриваемый элемент теплопровода.

Распределение скорости, в свою очередь, зависит от формы других препятствий на пути потока и их расстояния от рассматриваемого элемента сети. Вследствие этого суммарные потери давления от нескольких близко расположенных местных сопротивлений (например, тройника и крана, крана и нагревательного прибора и т. п.), как правило, не равны арифметической сумме этих сопротивлений, определенных порознь.

Поэтому сопротивления часто повторяющихся узлов систем отопления, состоящих из нескольких близко расположенных фасонных частей, определяют обычно экспериментальным путем. Значения коэффициентов местных сопротивлений отдельных элементов сети приведены в справочной литературе. В ряде источников рекомендуется принимать коэффициент местного сопротивления для тройника на проходе ж=1; для тройника на ответвлении Ј=1,5; для крестовины на проходе ж=2. Как показывают теоретические расчеты, приведенные значения коэффициентов местных сопротивлений несколько завышены, однако для облегчения расчетов теплопроводов систем отопления часто пользуются этими данными. При внезапном сжатии потока и увеличении скорости в сечении f3 (рис. V.2) происходит потеря давления. Значение жСж относится к большей скорости, т. е. к скорости в сечении f3; величина его зависит от отношения площади после сужения потока f3 к площади до сжатия потока f3.

2.3 Расчет по варианту

Вариант-13

Расчет параметров линейной гидравлической цепи из последовательного соединения элементов R_Г1, R_Г2, .... R_Г; проведём согласно гидравлической схеме на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 -Схема для расчета параметров линейной гидравлической цепи

1. Расчет скоростей потоков в элементах гидравлической цепи:

,

где =кг/. По условию, в рабочем режиме

Q=250 /ч = = 69,4*/c, т.е. Q 0,0694/c.

G=*Q=/ч = 69,4 кг/с, G 69,4 кг/с.

Согласно условию, внутренние диаметры сечений (i=1,…,5):

d₁=d₂=200мм=0,2м, т.е. d₁=d₂=D₁

d₃=d₄=d₅=180мм=0,18м, т.е d₃=d₄=d₅=D₂

Скорости потока в сечениях (i=1,2):

v₁=v₂===м/с, т.е. v₁=v₂ 2,21 м/с

В сечениях (i=3,4,5):

v₃=v₄=v₅=== 2,72863097 м/с, т.е. v₃=v₄=v₅ 2,73 м/с.

Итого: скорость потока в сечениях линейных элементов:

1) v₁=v₂ 2,21 м/с

2) v₃=v₄=v₅ 2,73 м/с.

3. Расчет давлений на участках гидравлической цепи

водяной отопление обогревающий теплозащитный

3.1 Гидравлические сопротивления

=> ,

Тогда, согласно рисунка 1.1:

Участок (1,2) элемент 1:

,

при d₁=D₁=0,2м; l₁=2м

Участок (2,3) элемент 2:

,

при d₂=D₁=0,2м; l₂=2м; v₂=2,21 м/с;

439,8

Участок (3,4) элемент 3:

,

при d₃=D₂=0,18м; l₃=2,5м; v₃=2,73 м/с;

Участок (4,5) элемент 4:

,

при d₄=D₂=0,18м; l₄=2,5м; v₄=2,73 м/с;

Участок (5,6) элемент 5:

,

при d₅=D₂=0,18м; l₅=2,5м; v₅=2,73 м/с;

Итого:

1: i(1,2):

2: i(2.3): 439,8

3: i(3,4):

4: i(4,5):

5: i(5,6):

3.2 Давления на элементах цепи

P_i=GR_Гi ,

для участков гидравлической цепи:

P₁=P₂= 69,4кг/с * R_1,2=69,4*439,8=30,5 Па

P₃=P₄=P₅= 69,4кг/с * R_3,4,5= 69,4*33,62= 2,33 Па

Заключение

Расходуемое в системе давление, Па, должно быть меньше расчетного циркуляционного давления, определяемого по формуле IV.50, на 10%, т. е.

где l - длина участков наиболее невыгодного циркуляционного кольца теплопроводов, м;

R-удельная линейная потеря давления от трения (пo длине 1 м трубы) на соответствующих участках, Па/м;

Z-потеря давления на местные сопротивления на тех же участках, Па.

Искусственное давление Дpн, создаваемое насосом, принимается; а) для зависимых систем отопления, присоединяемых к тепловым сетям через элеваторы или смесительные насосы, исходя из располагаемой разности давления на вводе и коэффициента смешения; б) для независимых систем отопления, присоединяемых к тепловым сетям через теплообменники или к котельным без перспективы присоединения к тепловым сетям, исходя из предельно допустимой скорости движения воды в теплопроводах (по табл. IV.1), возможности увязки потери давления в циркуляционных кольцах систем и технико-экономических расчетов.

Ориентируясь на величину средней удельной линейной потери давления RCp, сначала определяют предварительные, а затем (с учетом потери на местные сопротивления) окончательные диаметры теплопроводов.

Расчет теплопроводов начинают с основного наиболее неблагоприятного циркуляционного кольца, которым следует считать:

а) в насосной системе с тупиковым движением воды в магистралях - кольцо через наиболее нагруженный и отдаленный от теплового пункта стояк;

б) в насосной системе с попутным движением воды - кольцо через средний наиболее нагруженный стояк;

'в) в гравитационной системе - кольцо, у которого в зависимости от располагаемого циркуляционного давления, значение RcР будет наименьшим.

Средняя ориентировочная величина линейной потери давления в теплопроводах расчетного циркуляционного кольца определяется по формуле ,

где k - коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления от общей величины расчетного циркуляционного давления; для систем отопления с естественной циркуляцией &=0,5, для систем отопления с искусственной циркуляцией 0,35;

Уl - общая длина последовательно соединенных участков расчетного кольца, м.

Зная Rcp и расход воды Gy4, находят соответствующий им диаметр участка по таблицам для расчета теплопроводов.

При расчете по характеристикам сопротивления определяют удельную характеристику сопротивления, Па/(кг/ч)2;

и находят соответствующий ей диаметр участка.

Увязка потерь давления в циркуляционных кольцах должна производиться с учетом только тех участков, которые не являются общими для сравниваемых колец.

Расхождение (невязка) в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках отдельных колец системы допускается при тупиковом движении воды до 15%, при попутном движении воды в магистралях ±5%.

Расчет участков сети. Потери давления на участках сети могут быть определены с использованием табличных значений удельных линейных потерь давления R, Па/м, или характеристик сопротивления S, Па(кг/ч)2. Первый способ дает более точные значения потерь давления на трение и используется, как правило, при расчете систем с естественной циркуляцией, где скорость движения воды относительно небольшая и коэффициент гидравлического трения не пропорционален квадрату скорости. При расчете по характеристикам сопротивления используют осредненные значения коэффициентов гидравлического трения из области значительной скорости, где без заметной погрешности применима квадратичная зависимость, в связи с чем по этому способу рассчитываются насосные однотрубные системы отопления.

Список использованной литературы

1. Зайцева Н.К., Цубанов А.Г., Синица С.И. Тепловые сети сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. Методические указания. - Мн.: БГАТУ, 2003.

2. Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства. Л.С. Герасимович, А.Г. Цубанов, и др. - Мн.: Ураджай, 1993.

3. Зайцева Н.К., Андрейчик А.Е. Источники и системы теплоснабжения. Методические указания к практическим работам. - Мн.: БГАТУ 2005.

4. Зайцева Н.К., Цубанов А.Г., Синица С.И. Тепловые сети сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. Методические указания - Мн.: БГАТУ 1996.

5. Системы теплоснабжения жилых микрорайонов и промышленных предприятий: методические указания к курсовой работе по курсу «Источники и системы теплоснабжения предприятий» /сост. З.Г. Марьина. - Архангельск: Издательство АГТУ, 2006. - 22 с.

6. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Энергоиздат, 1988. - 376 с.

7. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник / В.М. Манюк, Я.И. Каплинский и др. М.: Стройиздат, 1988. - 432 с.

8. Справочник по теплоснабжению и вентиляции, книга 1./Р.В. Щекин С.М. Кореневский и др. - Киев: Будивельник, 1976. - 416 с.

Размещено на Allbest.ru

...