Гидравлический расчет трубопроводных систем

СТО ИрГТУ.005-2009

 

Министерство образования и  науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

 

высшего профессионального образования 

 

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра «Городское строительство и хозяйство»

 

 

 

 

 

 

Допускаю к защите

 

 Руководитель  _________   С. П. Епифанов .________

      И.О.Фамилия

 

 

 

 

____________          «Гидравлический расчет трубопроводных систем»__________

Наименование темы

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

к курсовой работе по дисциплине

 

 

_________________Основы гидравлики и теплофизики                                         _

                                                         1.006.00.00_______________________________ПЗ

Наименование дисциплины

 

 

 

 

Выполнил  студент группы   ГСХбс11-1        ______________                      И. И. Иванов    

                                                      Шифр                      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 № 06

 

 

 

 

По курсу   «Основы гидравлики и теплофизики»

Студенту   Иванову И.И.

Тема проекта   «Гидравлический расчет трубопроводных систем»

 

Исходные данные Вода из напорного бака вытекает через трубопровод переменного сечения. Схема расположения трубопроводов – рисунок 11. Расход воды  Q=20 дм³/с. Диаметры труб: первой трубы d₁=80 мм., второй трубы d₂=120 мм., третьей трубы d₃=60 мм. Длины труб: первой трубы l₁=10 м., второй трубы l₂=8 м., третьей трубы l₃=12 м. Температура воды в трубах Т=10°. Коэффициент шероховатости стенок k_э=0,18 мм. Угол расположения наклонных участков относительно горизонтальной плоскости q=60°.

 

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 “20”  мая    2013 г.

Дата представления курсовой работы руководителю “21”    мая   2013 г.

Руководитель курсовой работы                                            С. П. Епифанов

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Задание…………………………………………………………………………………………2

Введение……………………………….……………………………………………………….5

 Расчет короткого трубопровода…………………………………………………………...…6

    1. Расчет скоростей потоков в трубах………..………………………………………...….7

    2. Расчет потерь напора в трубопроводе..…………………………………….………..… 7

           2.1. Потери на выходе потока из бака…………………………………..…………..... 8

           2.2. Потери напора в трубе 1……..……………………………………….……………8

           2.3. Потери напора на поворот…………..……………………………….….…………8

           2.4. Потери напора на внезапное расширение …………..……………..…….……… 8

           2.5. Потери напора в трубопроводе 2…………..……………….………………..…... 8

           2.6. Потери на внезапное сужение трубопровода……………..….…………………..9

           2.7. Потери по длине трубопровода 3………………………………....………….……9

     3. Суммарные потери напора………………………………………………………………10

     4. Определение уровня воды в напорном баке……………………………………………10

     5. Расчет и построение напорной линии…………………………………………………..10

     6. Расчет и построение пьезометрической линии…………………………………….…. 11

     7. Расчет и построение напорной характеристики………………………….……………13

Заключение………………………………………………………………………………….….15

Список использованной литературы…………………………………………………………16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 Расчет  короткого  трубопровода

 

Вода из напорного  бака вытекает через трубопровод  переменного сечения (рис.1). Коэффициент шероховатости стенок трубопровода k_э = 0,18 мм. Угол расположения наклонных участков относительно   горизонтальной плоскости α = 60⁰.

Требуется найти:

1. Рассчитать потери напора ∆h_i 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

Дано:

Q, дм3/с	d1,мм	d2,мм	d3,мм	l1,м	l2,м	l3,м	T°C
20=0,02м3/с	80=0,08 м	120=0,12м	60=0,06м	10	8	12	10

^-6 м²/с

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет скоростей потоков в трубах

 

 

 ,    

где ‒ расход потока; − cкорость движения потока в трубопроводе №1;

 ‒ площадь поперечного сечения трубопровода №1; ‒ диаметр трубопровода № 1.

 

 ,      

где − cкорость движения потока в трубопроводе №2;

 ‒ площадь поперечного сечения трубопровода №2; ‒ диаметр трубопровода № 2.

 

,          ,

где − cкорость движения потока в трубопроводе №3;

 ‒ площадь поперечного сечения трубопровода №3; ‒ диаметр трубопровода № 3.

 

 

2. Расчет потерь напора в трубопроводе

 

2.1. Потери на входе потока из бака

 

где ζ₁ = 0,5 – коэффициент местного сопротивления, ускорение свободного падения: g = 9,81 м/c².

 

 

 

 

 

2.2. Потери напора в трубе 1 (по длине)

 

,

 

где – коэффициент гидравлического трения, величина которого зависит от режима жидкости:

Трубопровод работает в переходном режиме. λ₁ расчитывается по формуле Альтшуля:

 

2.3. Потери напора на поворот (с-е)

2.4.Потери напора на внезапном расширении (е-k)

 

2.5. Потери в трубопроводе 2 (k-m)

 

Рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха:

 

 

 

Трубопровод работает в  переходном режиме.

λ₂-расчитывается по формуле Альтшуля.

 

2.6. Потери напора на внезапном сужении (m-n)

Рассчитываются по формуле Борда:

 

где ,

,

 

2.7. Потери напора в трубопроводе 3 (n-f)

Рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха:

 

,

,

Квадратичная зона работы трубопровода. Трубопровод гидравлически шероховатый.  λ₃ рассчитывается по формуле Шифронсона:

 

 

3. Суммарные  потери напора

 

Просуммируем все потери по трубопроводу:

.

 

4. Определение уровня воды в напорном баке

 

Составляем уравнение  Бернулли для сечений I и II и определяем уровень воды в напорном баке.

 ‒ координата центра тяжести сечения II

.

 

5. Расчет и построение напорной линии

 

Полные напоры в сечениях трубопроводов:

H_a = H = 34,34 м,

 

H_b = H_a - ∆h_a-b = 34,34– 0,41 = 33,93 м,

 

H_с = H_b - ∆h_b-c = 33,93 – 0,0296 = 33,90 м,

 

H_e = H_c - ∆h_c-e = 33,90– 0,0045232 = 33,896 м,

 

H_k = H_e - ∆h_e-k = 33,896 – 0,09582968 = 32,938 м,

 

H_m= H_k - ∆h_k-m = = 32,938 – 0,2446 = 32,69 м,

 

H_n = H_m - ∆h_m-n = 32,69– 0,9508= 31,74 м,

 

H_f = H_n - ∆h_n-f = 31,74 – 13,14 = 18,60 м.

 

Результаты расчётов наносим на рис.2 (напорная линия).

 

6. Расчет и построение пьезометрической линии

 

Скоростные напоры в  трубах:

          

 

Пьезометрические  напоры в сеченииях трубопроводов:

   h_a = H_a – H_1ск = 34,34 – 0,81 = 33,53 м,

 

h_b = H_b – H_1ск=33,93–0,81 = 33.12 м,

 

h_c  = H_c – H_1ск=33,90–0,81 =33.09 м,

 

h_e= H_e – H_1ск=33,896–0,81=33.086 м,

 

h_k  = H_k – H_2ск=33,896–0,16= 33.736 м,

 

h_m = H_m – H_2ск=32,69–0,16=32.53 м,

 

h_n = H_n – H_3ск=31,74 – 2,55=29.19 м

h_f = H_f  – H_3ск=18,60–2,55=16.05 м

 

 

Результаты расчетов наносим на рис.2 (пьезометрическая линия)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Напорная и пьезометрическая линии

 

7. Расчет и построение напорной характеристики

 

Потери в трубопроводах  определяются его напорной характеристикой 

,

где ‒ полное гидравлическое сопротивление трубопровода – гидравлические сопротивления простых трубопроводов.