Потеря силы напора с стальных трубах

1. Определение типа потока

Определение типа потока (ламинарный или турбулентный) важно для точного расчета потерь напора. Это определяется с помощью числа Рейнольдса (Re), которое рассчитывается по формуле:

Re = (vDρ) / μ

• v — скорость потока (м/с)
• D — диаметр трубы (м)
• ρ — плотность жидкости (кг/м³)
• μ — динамическая вязкость жидкости (Па·с)

Пример расчета:

1. Допустим, вода течет через стальную трубу диаметром 0.05 м (5 см) со скоростью 1 м/с.
2. Плотность воды примем равной 1000 кг/м³.
3. Динамическая вязкость воды при комнатной температуре составляет примерно 0.001 Па·с.
4. Теперь подставляем эти значения в формулу числа Рейнольдса:

   Re = (1 м/с × 0.05 м × 1000 кг/м³) / 0.001 Па·с = 50 000

5. Полученное число Рейнольдса значительно превышает 4000, что указывает на турбулентный характер потока.

Таким образом, для дальнейших расчетов потери напора в этой системе необходимо применять формулы, предназначенные для турбулентного потока.

2. Расчет коэффициента трения

Коэффициент трения (f) важен для определения потерь напора в трубопроводе. Он зависит от режима потока (ламинарного или турбулентного) и определяется по-разному:

• Для ламинарного потока (Re < 2000): f = 64 / Re
• Для турбулентного потока (Re > 4000): формула Блазиуса или другие подходы

Пример расчета для ламинарного потока:

1. Предположим, что для нашей системы число Рейнольдса равно 1800, что указывает на ламинарный поток.
2. Теперь можно рассчитать коэффициент трения:

   f = 64 / 1800 ≈ 0.0356

Пример расчета для турбулентного потока:

1. Если число Рейнольдса для системы равно, например, 5000, это указывает на турбулентный поток.
2. Используя формулу Блазиуса для турбулентного потока, коэффициент трения можно рассчитать как:

   f = 0.3164 / Re^(¼) ≈ 0.3164 / 5000^(¼) ≈ 0.022

3. Расчет потери напора

Потери напора в трубопроводах можно рассчитать по формуле Дарси-Вейсбаха. Эта формула учитывает потери напора, вызванные трением, а также местные потери, например, на изгибах и расширениях:

h_f = f (L/D) (v^2 / 2g) + Σζ (v^2 / 2g)

• h_f — потеря напора
• f — коэффициент трения
• L — длина трубы
• D — диаметр трубы
• v — скорость потока
• g — ускорение свободного падения
• Σζ — сумма коэффициентов местных сопротивлений

Пример расчета:

1. Допустим, мы имеем стальную трубу длиной 100 м и диаметром 0.05 м, в которой вода течет со скоростью 1 м/с. Коэффициент трения (f) рассчитан как 0.02.
2. Потери напора из-за трения рассчитываются как:

   h_f = 0.02 (100 м / 0.05 м) (1 м/с² / 2 × 9.81 м/с²) ≈ 2.04 м

3. Теперь учитываем местные потери. Для двух угловых изгибов под 90 градусов коэффициент местного сопротивления (ζ) примерно равен 0.9 для каждого. Таким образом, местные потери составляют:

   Σζ (v^2 / 2g) = 2 × 0.9 × (1 м/с² / 2 × 9.81 м/с²) ≈ 0.09 м

4. Общая потеря напора составит:

   Общая h_f = 2.04 м + 0.09 м = 2.13 м

Таким образом, общая потеря напора в данной трубопроводной системе составляет 2.13 метра.

Учет местных потерь

Этот метод предполагает использование данных о свойствах транспортируемой среды, а также точных размерах и конфигурации трубопровода. Для сложных систем рекомендуется использование специализированных программ расчета гидравлики.

Потеря силы напора в коленах, задвижках, донных и стопорных клапанах в см