Гидравлический расчет трубопроводных систем

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Городское строительство и хозяйство»

 

                                                             Допуск к защите______________________

                                                               Руководитель_____________С.П.Епифанов

 

 

________________Гидравлический расчет трубопроводных систем___________

Наименование темы

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

 

________________Основы гидравлики и теплофизики______________

________________________01.004.00.00________________________ПЗ

 

 

 

 

Выполнила студентка группы    СТб-12-1        ________            Е.В. Тыкманова

                                                                                                Подпись                         И.О. Фамилия

 

Нормоконтроль                                                      ________             С.П. Епифанов

                                                                                   Подпись                         И.О. Фамилия

 

Курсовая работа защищена с отметкой                       _______________________

 

 

 

Иркутск 2013

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Задание на курсовую работу Вариант 04

 

По курсу:  Основы гидравлики и теплофизики

Студентке: Тыкмановой Е.В.

Тема работы: Гидравлический расчет трубопроводных систем.

 

1. Исходные данные: 1. Вода из напорного бака вытекает через трубопровод переменного сечения. Схема расположения трубопроводов – рисунок 5. Расход воды Q = 2,5 л/с. Диаметр труб: первой трубы d1 = 25 мм, второй трубы d2 = 50 мм, третьей трубы d3 = 75 мм. Длины труб: длинны трех труб равны l1 = l2 = l3 = 1,5 м. Температура воды в трубах T = 500. Коэффициент шероховатости стенок трубопровода kэ = 0,1 мм. Угол расположения наклонных участков относительно горизонтальной плоскости α = 300.

2. Исходные данные: 2. Температура  t = 400C, расходе Q =  45 м3/ч, частоте вращения  n = 2900 об/мин. Трубопровод стальной, длиной l=10м, эквивалентом шероховатости  kэкв = 1,3 мм; имеет приемный (обратный) клапан, один поворот (колено) 900   (R=2d).

Рекомендуемая литература:

1. Чугаев  Р.Р. Гидравлика. ‒ М.: БАСТЕТ, 2008.‒ 671 с.

2. Лапшев Н.Н. Гидравлика. ‒ М.: Акдемия, 2007.

3. Кудинов  В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. ‒  М.: Высш. шк., 2008. ‒ 198 с.

4. Сайриддинов С. Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения: Учеб.пособие. М.: Издательство АСВ, 2008. ‒ 352 с.

5. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учеб.для вузов/ Т.М. Башта[и др.] ‒ М.: Альянс, 2011. ‒ 422 с.

 

Графическая часть на _____листах.

Дата выдачи задания «30» октября 2013 г.

Дата представления курсовой работы руководителю 25 декабря 2013

Руководитель курсовой работы                                     С.П. Епифанов

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….………..4

1. Расчет короткого трубопровода……………………………………….……..5
1. Расчет скорости потоков в трубопроводе……………………...……………6
2. Расчет потерь напора в трубопроводах……………………………………...6
1. Потери напора при выходе потока из резервуара (a-с)…………..7
2. Потери напора по длине на участке c-e…………………………...7
3. Потери напора при резком повороте на участке e-f………...……8
4. Потери напора при внезапном повороте на участке f-k………….8
5. Потери напора по длине на участке k-m…………………...……..8
6. Потери напора при резком повороте на участке m-n……...……..8
7. Потери напора при внезапном повороте на участке n-r………….9
8. Потери напора по длине на участке r-t…………………………....9

             Заключение………………………………………………………………………….18

Список используемой литературы……………………………………...…………19

 

 

 

 

Введение

Гидравлику как прикладную инженерную науку широко используют в различных областях техники, она дает методы расчета и проектирования разнообразных гидравлических систем, которые широко используются в жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте, и других отраслях промышленности.

  Задачами курсовой работы являются:

• овладение методикой гидравлического расчета простых и сложных трубопроводов;
• получение навыков в составлении расчетных схем гидросистем;
• выработка способностей к построению характеристик трубопроводов;
• получение умений пользоваться стандартами, справочной и другой специальной литературой.

  Гидравлика — это наука о  законах движения и равновесия  жидкостей и способах приложения  этих законов к решению конкретных  технических задач. С гидравликой  связаны отрасли науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода.

В современной технике применяются трубопроводы различного назначения, служащие для перемещения разнообразных жидкостей и изготовленных из различных материалов.

Все трубопроводы могут быть разделены на простые и сложные.

Простым трубопроводом называется трубопровод без разветвлений постоянного или переменного сечения.

Сложные трубопроводы – трубопроводы с разветвлениями, составленные из последовательно и параллельно соединенных простых трубопроводов или ветвей с непрерывной раздачей жидкости кольцевые, а также с насосной подачей жидкости (разомкнутые и замкнутые).

При расчете трубопроводов возможны различные сочетания известных и требующих определения величин. В общем случае расчет трубопроводов удобно вести в следующем порядке:

  — схема трубопровода разбивается  на участки, отличающиеся один  от другого характером или  величиной сопротивлений;

  — устанавливаются исходные данные  для отдельных участков и всей  гидросети;

  — с помощью формул и таблиц  определяются коэффициенты местных  сопротивлений;

  — определяются потери давления  на каждом участке.

Характеристикой трубопровода называется графическая или аналитическая зависимость суммарной потери напора (давления) в трубопроводе от расхода.

1. Расчет короткого  трубопровода

Вода из напорного бака вытекает через трубопровод переменного сечения (рис.1). Коэффициент шероховатости стенок трубопровода kэ = 0,1 мм. Угол расположения наклонных участков относительно   горизонтальной плоскости α = 300.

Требуется найти:

1. Рассчитать потери напора ∆hi в отдельных элементах (в трубах и местных сопротивлениях) и полные потери напора ∆h.
2. Определить уровень воды в баке при заданном расходе Q и температуре.
3. Рассчитать значения полных и статических напоров в точках a,b,c,e,k,m,n,f и построить напорную и пьезометрическую линии.
4. Рассчитать и построить гидравлическую характеристику трубопровода ∆h=f(Q).  Определить потери напора в трубопроводе при заданном расходе.

 

Рис.1. Короткий трубопровод.

1. Расчет скорости потоков в трубопроводе

Рассчитаем площадь сечения каждой трубы:

 

 

 

 

 

Найдем скорость потока в каждой трубе:

 

 

 

 

 

 

2. Расчет потерь напора в трубопроводах

Режимы движения:

1. Re<2000 – ламинарный
2. 2000<Re<4000 – неустойчивый
3. Re>4000 – турбулентный

Области сопротивления:

1. доквадратичная зона ( область шероховатых труб)

 

где λ определяется по формуле Альтшуля;

2. зона гидравлически гладких труб

 

где λ определяется по формуле Блазиуса;

3. квадратичная зона шероховатых труб

 

где λ определяется по формуле Шифринсона;

Формулы для определения потерь напора на разных участках трубопровода:

Формула расчёта потерь напора на повороте:

 

Для определения потерь напора на выходе выбираем - коэффициент местного сопротивлении.

1. Потери напора на выходе потока из резервуара (a-с).

 

 

 

2. Потери напора по длине на участке c-e

 

 

Значение критерия зоны турбулентности

 

следовательно, движение происходит в квадратичной области сопротив-

ления, и можно воспользоваться формулой Шифринсона для вычисления

коэффициент гидравлического трения:

 

Тогда потери напора на участке b-c будут равны:

 

3. Потери напора при резком повороте трубы на участке e-f

Определим потерю напора при резком повороте трубы на угол 30º, воспользовавшись формулой

 

для вычисления коэффициента сопротивления  колена  круглого  сечения, где − значение коэффициента сопротивления при   (для ориентировочных расчетов  ).  Получим

 

 

4. Вычислим потери напора при внезапном расширении на участке f-k

 

 

5. Потери напора по длине на участке k-m

 

 

Значение критерия зоны турбулентности

 

область доквадратичного сопротивления, поэтому для вычисления

коэффициента гидравлического трения воспользуемся формулой Альтшуля:

=0.021

Тогда потери напора на участке e-k будут равны:

 

6. Потери напора при резком повороте трубы на участке m-n

Определим потерю напора при резком повороте трубы на угол 30º, воспользовавшись формулой

 

для вычисления коэффициента сопротивления  колена  круглого  сечения, где − значение коэффициента сопротивления при   (для ориентировочных расчетов  ).  Получим

 

 

7. Вычислим потери напора при внезапном расширении на участке n-r

 

 

8. Потери напора по длине на участке r-t:

 

 

Значение критерия зоны турбулентности

 

область доквадратичного сопротивления, поэтому для вычисления

коэффициента гидравлического трения воспользуемся формулой Альтшуля:

=0.016.

Тогда потери напора на участке b-c будут равны:

 

9.  Суммарные потери напора на участке a-n трубопровода

 

 

3. Определение уровня воды в резервуаре

Составляем уравнение Бернулли для двух сечений I-I и  III-III.  Сечение  I-I  совпадает со свободной поверхностью в резервуаре; давление    а скорость жидкости на поверхности равна нулю, так как  резервуар имеет достаточно большие размеры и  понижением  уровня  воды  в  нем  можно  пренебречь. Сечение III-III совпадает с выходным отверстием третьего трубопровода. Здесь  , а скорость  равна скорости движения жидкости в третьем трубопроводе Плоскость сравнения проведем горизонтально через ось первого трубопровода.  Полагаем α1 = α3 = 1,0, что обычно делается в практических расчетах.  Запишем уравнение  Бернулли:

 

Здесь

Подставляя найденные величины в уравнение Бернулли, вычисляем уровень воды в резервуаре:

 

где координата центра тяжести сечения III-III.

4. Построение напорной  линии

Вычислим полные напоры в выделенных точках трубопроводов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты расчетов наносим на рис. 2, откладывая эти величины от плоскости сравнения в соответствующих точках. Соединяя полученные точки, получим линию полного напора.

1.5. Построение пьезометрической линии

1.5.1. Вычисление скоростных напоров на каждом из участков трубопроводов

 

 

 

1.5.2. Пьезометрический напор

Определим пьезометрические напоры в выбранных точках трубопроводов, вычитая скоростные напоры из величин полного напора в соответствующих точках: