Гидравлический расчет трубопроводов

1.

Тема 3.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ
ТРУДОПРОВОДОВ
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Истечение жидкостей.
2. Гидравлический расчет трубопроводов.
3. Гидравлический удар.
4. Кавитация.

2.

1. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
Истечением называют движение жидкости с ускорением
или замедлением через относительно короткие каналы,
сопровождающиеся изменением давления
Типы каналов
Отверстие
Насадок
Канал, длина которого
меньше трех
максимальных
размеров его сечения
(диаметра, высоты)
Канал, длина которого,
больше трех и меньше
четырех
максимальных размеров его сечения
(диаметра, высоты)
< 3d
3d ≤ ≤ 4d
Трубопровод
Канал, длина которого
превышает его максимальный размер
сечения (диаметр,
высоту), более, чем в
четыре раза
4d <

3.

Типы отверстий
Незатопленное
Затопленное
р1
ро
р2
Н1
Н
Н2
dо
Незатопленными называют
отверстия (или насадки), из
которых капельная жидкость
вытекает в атмосферу или
другую газовую среду
Малое
dо
0,1 Н
dо
Затопленными называют
отверстия (или насадки), из
которых капельная жидкость
вытекает под уровень другой (или
той же) капельной жидкости
Большое
dо
0,1 Н

4.

Явление инверсии

5.

р бар
1
Скорость истечения
1
idem
u 2gH
2
=
Н
dc
0
Объемный расход
0
dо
Qv μSо 2gH
2
Коэффициенты истечения
Коэффициент сжатия струи
Sc d c2
So d o2 (0,64)
Коэффициент скорости
u
1
д
α ξ м u ид.ж.
Коэффициент расхода
(0,97)
Qд
Qид.ж.
(0,62)

6.

Истечение через насадки
Типы насадков
Цилиндрические
Наружные
Конические
сходящиеся
Наружные
Конические
расходящиеся
Коноидальные
Наружные
Сопло
Лаваля
Внутренние
Внутренние
Внутренние

7.

Скорость истечения
u 2gH
Н
dc
Объемный расход
dо
Qv μSо 2gH
.
Средние значения коэффициентов истечения через насадки для воды
м
Цилиндрический
наружный
внутренний
1.00
1,00
0,50
0,55
0,82
0,71
0,82
0,71
Конический.
сходящийся
расходящийся
0,98
1,00
0,16
3.94
0,97
0,45
0,95
0,45
Коноидальный
1,00
0,06
0,98
0,98
Вид насадка

8.

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ
Типы трубопроводов
Короткие
Простые
Трубопроводы , в
которых местные
потери напора
превышают 5 %
общих потерь
Трубопроводы,
не имеющие
ответвлений
Длинные
Сложные
Трубопроводы, в которых потери напора
по длине превышают
5 % общих потерь
Трубопроводы,
имеющие
ответвления

9.

Самотечные
Тупиковые
Трубопроводы, все элементы которых располагаются
ниже уровня жидкости, находящейся в резервуаре, из
которого жидкость вытекает
Трубопроводы, по
которым жидкость
подается в одном
направлении
Сифонные
Короткие трубопроводы, по
которым
жидкость движется из питающего резервуара в приемный за счет
разности уровней жидкосжидкости в этих резервуарах
Замкнутые(кольцевые)
Трубопроводы, по
которым жидкость
может подаваться в
заданную точку по
двум или более
линиям

10.

С транзитным
расходом
С путевым
расходом
Трубопроводы, в
которых расход
жидкости не
меняется по всей
их длине
Трубопроводы, в
которых по пути
движения жидкости
происходит ее раздача и расход является
переменной
величиной

11.

Примеры трубопроводов различных типов
а
d
А
В
Q
б
А
d1
d2
d3
Q
Q
Q
D
в
А
d2
d
Q1
d
Q6
d
d
d1 Q2
Q3
d3
С
А
В
Q4
Q7
Q5
г
В
E
Q2
d2
d1
d1
Q1
Q1
Q3
В
d3
а, б - простые, тупиковые, с транзитным расходом; в - сложный,
тупиковый, с путевым расходом; г - сложный, замкнутый, с
транзитным расходом

12.

Расчет трубопроводов
А. Расчет простого самотечного трубопровода
Простой самотечный трубопровод – это трубопровод, все
элементы которого расположены ниже уровня жидкости в
емкости, откуда она вытекает
ξк
H
l
ξвх, uтр
h0
1
d
ξкр
0
2
h
1
р1
2
0
р2

13.

2
2
р1 1 u1
р2 2 u 2
z2
hм h т р
z1
g 2g
g 2g
n
h м hм i
i 1
u 2т р
u 2т р
вх к кр
.
2g
2g
ho h
p1 р 2
g
u 2т р
hт р
d 2g
u 2т р
h
(
)
2g
d
Заменяя величину скорости из уравнения неразрывности
потока (uтр=Q/Sтр), получим
р1 р 2
h
Q
h0 h 2
(
)
d
g
Sт р 2g
2

14.

h
Q2
p1 p 2
hо
2
d
g
Sт р 2g
Q2
1 2
d Sт р 2g
uтр =
р1 р 2
2g h 0 h
g
h
d
р1 р 2
2g h о h
g
Q u т р Sт р Sт р
h
d

15.

р1 р 2
2g h о h
g
Q u т р Sт р Sт р
h
d
0,11
d
0 , 25
λ = 0,316∙Re
0,25
68
0,11
d Re
64
Re
0, 25

16.

Б. Расчет простого сифонного трубопровода (сифона)
Сифон - это короткий трубопровод, по которому жидкость
движется из питающего резервуара в приемный за счет
разности уровней жидкости в этих резервуарах

17.

р1 1 u12
р 2 2 u 22
z2
h n,
z1
g
2g
g
2g
Так как
рбар
р2
g
g
h вак , то h вак z2 z1 h n
.
Высота сифона равна h=hвак-hn.

18.

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР
Гидравлическим ударом называют резкое повышение
давления в трубопроводе при внезапной остановке
движущейся капельной жидкости
р max u c, МПа
Устройства для предотвращения
гидравлического удара

19.

Устройства для
предотвращения гидравлического
удара
Волковская водопроводная станция

20.

Южная водопроводная станция.
Воздушный клапан D-020

21.

4. КАВИТАЦИЯ
Кавита́ция (от латинского cavita — пустота) — процесс парообразования и
последующей конденсации («схлопывания») пузырьков пара в потоке жидкости,
сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости
полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой
жидкости или растворенных в ней газов.
Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости,
которое может происходить при увеличении её скорости . Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну высокого давления.
Ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в
жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться
внутрь указанных пузырьков.
Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков
колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по
Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может
достигать 1500 °C. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости
газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и
поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем
атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию)
многих обычно инертных материалов.

22.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где
есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация
разрушает поверхность гильз цилиндров поршневых двигателей внутреннего сгорания, гидравлических насосов, рабочих колес гидромуфт,
гидротрансформаторов, гидротурбин и др.
Примеры повреждений, наносимых
эффектом кавитации
Кавитационные повреждения
гильзы цилиндра поршневого
ДВС
Кавитационные повреждения
рабочих колес гидронасосов