РОЗРАХУНОК ДІАМЕТРІВ ТРУБОПРОВІДІВ ІГІДРАВЛІЧНІ ВТРАТИ В НИХ
В результаті гідравлічного розрахунку теплової мережі визначають діаметри всіх ділянок теплопроводів, обладнання та запірно-регулюючої арматури, а також втрати тиску теплоносія на всіх елементах мережі. За отриманими значеннями втрат тиску розраховують напори, що мають розвивати насоси системи. Діаметри труб та втрати тиску на тертя (лінійні втрати) визначають за формулою Дарсі
Де Арл. - Втрати тиску на тертя (лінійні), Па; X - коефіцієнт тертя; I, d-довжина і діаметр ділянки трубопроводу, м, w-швидкість потоку, м / с; р – щільність теплоносія, кг/м3.
Якщо енергію потоку, Дж, віднести до одиниці сили Н, отримаємо формулу для розрахунку втрат напору А Я, м. Для цього всі члени рівняння (7.1) слід розділити на питому вагу "y = pg Н/м3:
Коефіцієнт тертя залежить від режиму руху рідини, характеру шорсткості внутрішньої поверхні труби і висоти виступів шорсткості k.
Рух теплоносія у водяних та парових мережах характеризується турбулентним режимом. При відносно невеликих значеннях числа Рейнольдса (2300^Re^I0d/k3) пристінний ламінарний шар закриває виступи шорсткості і створюється режим гідравлічно гладких труб. Такий режим створюється (майже при всіх значеннях відносної шорсткості k/d, за винятком дуже великих. При цьому режимі в трубах з шорсткою внутрішньою поверхнею спостерігається турбулентна течія з опором, що залежить від в'язкості рідини. Цей режим добре описується формулою Блазіуса:
Я = 0,3164/Re0,25. (7.3)
З розвитком турбулентності потоку товщина ламінарного шару зменшується, виступи шорсткості починають підніматися над ним і чинити опір руху потоку. При цьому в потоці спостерігається як в'язкісне,так і інерційний гідравлічний опір. Останнє пов'язане зі зривом турбулентних вихорів із виступів шорсткості. Турбулентні вихори надають інерційний опір прискоренню, що виникає внаслідок переміщення їх у зону великих швидкостей осі потоку.
Розглянуті режими руху належать до перехідного турбулентного режиму. Установлений турбулентний режим характеризується квадратичним законом опору, коли опір обумовлено наявністю інерційних сил і залежить від в'язкості рідини. Коефіцієнт тертя для цього режиму розраховують за формулою Б. Л. Шифрінсон-
Я = 0,11 (ks/d)0'25, (7.4)
Де ka - абсолютна еквівалентна рівномірно-зерниста шорсткість, яка створює гідравлічний опір, що дорівнює дійсному опору трубопроводу; Id - відносна шорсткість.
Граничне число Рейнольдса, що розмежовує перехідний і турбулентні режими, що дорівнює, дорівнює
При Re^Renp спостерігається квадратичний закон опору. Визначимо граничну швидкість руху води, яка відповідає квадратичному закону опору. Максимальні витрати води у теплових мережах відповідають точці зламу графіка температур, тому граничний режим розрахуємо для температури води t = 70°С, за якої v = 0,415-10
6 м2/с. Еквівалентна шорсткість для водяних мереж къ-0,0005 м.
Wnx)d d v 0,415-Ю-6
Re =---------------- = 560 -; так ™ = 560 - = 560 „„, . = 0,4648 м/с.
Швидкість руху води в теплопроводах зазвичай перевищує 0,5 м/с, отже, здебільшого вони працюють у області квадратичного режиму.
Граничну швидкість руху пари середнього тиску, що відповідає межі області квадратичного закону опору, визначимо притиску / 7 = 1,28 МПа (абсолютному). У цьому тиску температура насичення /=190°З, а кінематична в'язкість v = = 2,44-Ю-6 м2/с. Гранична швидкість при е=0,0002 м дорівнюватиме:
У паропроводах швидкість зазвичай більше 7 м/с, отже, вони працюють у області квадратичного режиму.
Для насиченої пари низького тиску при /=115°С, р = 0,17 МПа (абсолютному) і v = 13,27-10-6 м2/с гранична швидкість відповідно дорівнює:
Wnb - 560 ----------- !----- ^о = 37,1 м/с.
Ця швидкість близька до максимальної паропроводів, тому паропроводи низького тиску працюють в основному в області гідравлічно гладких труб.
Розрахунок гідравлічного опору для перехідного і турбулентних режимів, що встановився, можна вести за універсальною формулою А. Д. Альтшуля:
При Re3/d 68 вона збігається з формулою Б. J1. Шифрінсона (7.4).
При гідравлічних розрахунках приймають такі значення абсолютної еквівалентної шорсткості внутрішньої поверхні 1*руб:
Теплові мережі. . Парові Водяні Гарячі води
Постачання та кон - денсатопроводів
Ka, м. 0,0002 0,0005 0,001
Перетворимо рівняння (7.1) для квадратичного режиму гідравлічного опору, замінивши швидкість w через масову витрату
, / МО,25 / G2 р 1 n„n,„„ I G2
d j d 2 p2 / л d2 2 3 rf5-25 p
Де Sp = 0,0893 - гідравлічний опір ділянки трубопроводу при d
Вимірювання втрат енергії втратами тиску.
Якщо втрати енергії вимірювати втратами напору, тоді рівняння (7.6) набуде наступного вигляду:'*
TOC o "1-3" h z Арл Sp G2 G2
Л р g g р2 Я р2 я v /
♦ Питомі втрати тиску можна виразити такою залежністю:
Питоме падіння тиску втрубопроводі Ар&1 знаходять за таблицями або номограмами, складеними за вищенаведеними формулами. Якщо за таблицею або номограмою визначено (АРд//)т при щільності теплоносія рт, то для тих же значень витрати теплоносія та діаметра трубопроводу, але при іншій щільності питоме падіння тиску Ард [1] визначиться простим перерахунком:
I Рт А Рл (А Рл Рт ^
А Рл Р ' І І 1 г Р
Якщо потрібно визначити діаметр трубопроводу, яким рухається теплоносій з щільністю р, по заданим значенням Apn/l і G, а таблиці складені для рт, тоді його слід знаходити за питомими втратами тиску, перерахованим на табличну щільність, тобто по
Як видно, втрати тиску обернено пропорційні щільності теплоносія. Це слід враховувати при розрахунку, оскільки таблиці та номограми становлять за певної щільності, яку вказують на них. Щільність води слабо залежить від температури, тому деяке відхилення фактичної температури води від температури, за якої складені номограми, призводить до незначної помилки у визначенні втрат тиску.
Максимальні витрати води в теплових мережах відповідають точці зламу графіка температур, коли температура теплоносія падаючої лінії дорівнює приблизно 70°С. Для цієї температури ц слід складати таблиці. Діапазон коливання температур у теплових мережах 40-150°С. При цьому коливанні температур опір мережі, розрахований за 70°С, змінюватиметься на ±3%. Отже, таблиці, складені при температурі води t^TQTC, можна використовувати для гідравлічних розрахунків та інших температурах, якщо точність розрахунку в 3% по постановці завдання достатня.
Розв'язавши рівняння (7.8) щодо витрати G, отримаємо *