Расчет коротких трубопроводов - файл n2.doc

Расчет коротких трубопроводов
скачать (160.6 kb.)
Доступные файлы (4):
n1.db
n2.doc286kb.18.11.2011 05:12скачать
n3.pdf20kb.18.11.2011 05:02скачать
n4.dwg

n2.doc



САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра гидравлики

Задание №2

по курсу гидравлики:

«Короткие трубопроводы»

(тип 3)

Выполнила студентка: Чакир М.Ф.

Группа: 3019/3

Проверила: асс. Стрелец К.И.

Санкт-Петербург

2011

Оглавление:


ЗАДАНИЕ:



На рис. 1 изображены водоёмы А и В, соединённые двумя одинаковыми чугунными трубами, работающими как сифон. Каждая труба имеет 2 поворота в вертикальной плоскости и снабжены всасывающим клапаном с сеткой.

Дано:

1. расчётный расход обоих сифонов Q=0,12 м3/сек

2. наибольшая допустимая разность уровней воды в водоёмах А и В Zmax=3 м;

3. наибольшее превышение оси трубы сифона над уровнем воды в водоёме А h`= 1,9 м;

4. длина трубы сифона l = 4(h`+ Zmax) = 19,6 м

Кроме того, задано:

?1 = ?3 = 45˚; ?2 = 90˚;

l1 = 0.1l = 1,96 м; l2 = l3 = 0.4l = 7,84 м; l4 = 0.1l = 1,96 м.



ТРЕБУЕТСЯ:

1. Считая, что работает только один сифон (предполагается, что второй сифон закрыт на ремонт), определить диаметр трубы сифона (сообразуясь с имеющимся сортаментом чугунных водопроводных труб).

2. При принятом диаметре трубы сифона построить для неё напорную и пьезометрическую линии в предположении, что работает один сифон.

3. Найти разность уровней воды в водоёмах А и В в предположении, что работают оба сифона, имеющие найденный выше диаметр.

1. Определение диаметра трубы сифона с учетом того, что работает только один сифон (второй закрыт на ремонт)

Для нахождения диаметра трубы используем формулу:

, (1)

где - расход жидкости в трубе, м3/с;

- коэффициент расхода трубопровода;

- площадь поперечного сечения трубы, м2;

- ускорение свободного падения, м/с2;

max – максимальное превышение уровня воды в водоеме А над уровнем воды в водоеме В, м.

Так как в формуле (1) и , следовательно, найти диаметр D непосредственно из формулы (1) нельзя. Решаем уравнение (1) методом подбора.

Преобразуем выражение:

, (2)

Значение , исходя из заданной величины расхода:



Диаметр трубы сифона будем искать методом подбора и из условия:



Коэффициент расхода трубы можно найти из отношения единицы и суммы всех коэффициентов сопротивления:

, (3)

где ? – коэффициент гидравлического трения;

l – длина трубы сифона;

D – искомый диаметр;

?кл– коэффициент сопротивления в клапане (в сифоне ?кл= ?вх );

?рп - коэффициент сопротивления при резком повороте;

?пл - коэффициент сопротивления при резком повороте.

По зависимости (3), вычисляем величины ?т, ?, задаваясь различными сортаментными данными диаметров трубы.

Все вычисления сводим в таблицу 1.

Таблица 1



D

?



?.l/D

?кл

?рп45

?пл

?рп45

?вых

?т

?т?

м

м2

-

-

-

-

-

-

-

-

м2

0,1

0,008

2,08.

10-2

4,08

7

0,318

0,08

0,318

1

0,28

2,24.

10-3

0,2

0,0314

1,72.

10-2

1,69

5,2

0,318

0,10

0,318

1

0,34

1,07.

10-2

0,25

0,049

1,65.

10-2

1,29

4,4

0,318

0,103

0,318

1

0,37

0,018

0,3

0,07

1,61.

10-2

1,05

3,7

0,318

0,13

0,318

1

0,39

0,027

0,4

0,126

1,51.

10-2

0,74

3,1

0,318

0,18

0,318

1

0,42

0,053

0,5

0,196

1,45.

10-2

1,78

2,5

0,318

0,26

0,318

1

0,44

0,086



Пример расчета при D=0,2 м

Площадь живого сечения считается по формуле:



м2

Определяем коэффициент гидравлического трения (принимаем трубы чугунные новые битумизированные по табл. 4.7 стр. 41 [1]):

Выбираем

Коэффициент сопротивления по длине найдем, воспользовавшись формулой:



где l - длина трубы сифона, м;

- коэффициент гидравлического трения;

D - диаметр трубы, м.

Определение коэффициента сопротивления для всасывающего клапана с сеткой

Определяется из таблицы 4.16, стр. 50 [1] для данного диаметра:

?кл = 5,2

Определяем коэффициент сопротивления при резком повороте на 45˚

?рп45 =0,318 (по табл. 4.17 на стр.51 [1])

Он не зависит от диаметра трубы и будет одинаковым во всех оставшихся расчётах.

Определяем коэффициент сопротивления при плавном повороте на 90˚

,

где =0,02(100?)2,5 +0,106(D/R0)2,5 - коэффициент сопротивления при угле поворота 90˚, определяемый по табл. 4.19 стр. 52 [1]

a-коэффициент, зависящий от угла поворота и определяемый по опытным данным Кригера (табл. 4.19 стр.52 [1])

D- диаметр трубы

R0- радиус поворота

?-коэффициент гидравлического трения

зависит от отношения диаметра трубы к радиусу поворота трубы.

Принимаем радиус поворота R0 = 0,4 м.

; =0,02(100?)2,5 +0,106(0,2/0,4)2,5=0,10

следовательно, из таблицы

Коэффициент сопротивления на выход потока из трубы равен:

?вых = 1 (для всех диаметров трубы)

Вычисляем коэффициент расхода трубы:





Вычисляем произведение ?т?

?т?=0,0314 .0,339 = 1,06.10-2 м2

По данным таблицы 1 строим график (см. рисунок 2).

По вертикальной оси откладываем величину ?т?, по горизонтальной – диаметр.

Далее, по графику определяем D, отвечающий Zmax = 3м, т.е. ?т?* = 0.016 м2

D = 240 мм

Округляем этот диаметр до ближайшего большего значения диаметра по сортаменту: D = 250 мм.

При полученном D = 250 мм вычислим разность уровней воды в водоёмах А и В.

;



Значение для ?т? возьмём из табл. 1 для D = 250 мм:



Zдейст < Zmax



Рис. 2 Определение подходящего диаметра трубы

2. Определение режима движения жидкости в трубопроводе и нахождение области сопротивления

Находим число Рейнольдса:



-кинематический коэффициент вязкости (для воды при t = 20C, =1,006 мм2/с)





, следовательно, режим турбулентный.

3. Построение напорной и пьезометрической линии при принятом диаметре трубы сифона в предположении, что работает один сифон

При прохождении пути от водоёма А к водоёму В вода потеряет напор, который можно вычислить по формуле:

, где

hf – полная потеря напора,

hl – потеря напора по длине трубопровода,

?hj – сумма местных потерь напора.

Используя данные, полученные в таблице 1, вычисляем потери напора на отдельных участках:

Вычисляем потерю напора на входе:

, где

?кл – коэффициент сопротивления в клапане (табл. 1)



Вычисляем потерю напора на 1-ом и 4-ом участках:





Вычисляем потерю напора при резком повороте на 45˚

,



Вычисляем потерю напора по длине на 2-ом и 3-ем участках:

,



, т.к. l2 = l3.

Вычисляем потерю напора на плавном повороте на 90˚





Вычисляем полную потерю напора:

,



()









Получаем hf = Z, где Z – разность уровней воды в водоёме А и В

Построение напорных и пьезометрических линий

Для жидкости в сосуде напорная и пьезометрическая линии проходят по линии поверхности воды. Откладываем последовательно hl и hj для каждого участка, начиная от поверхности в водоёме А, получаем напорную линию Е–Е, которая должна прийти на поверхность водоёма В.

Т.к. диаметр трубы сифона постоянен, пьезометрическая линия Р-Р будет параллельна линии Е-Е и располагаться от неё на расстоянии, равном скоростному напору:



Построение см. на рис.3

3. Нахождение разности уровней воды в водоёмах А и В в предположении, что работают оба сифона, имеющие найденный выше диаметр

Для расчёта используем формулу:

,

Разность уровней Z` найдём из следующих соображений:

Т.к. водоёмы А и В соединены двумя одинаковыми трубами, то расход одной трубы уменьшается в 2 раза, по сравнению с тем, когда работал один сифон:

,

тогда расход обоих труб будет равен:

.

Выразим из этого равенства величину Z`:



Z`= 2,265/4 = 0,566 м

Список литературы:

1. Кожевникова, Е.Н. Механика жидкости и газа (гидравлика). Справочик.

2. Кожевникова, Е.Н. Механика жидкости и газа (гидравлика). Методические рекомендации для выполнения и оформления курсовых и расчетно-графических работ / Е.Н. Кожевникова, Е.А. Локтионова, В.Т. Орлов. -Л.: Издательство Политехнического университета, 2006.-40с.

1


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации