Расчет гидравлической сети
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«ИРКУТСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
(ФГБОУ
ВПО ИрГУПС)»
Факультет
«Строительства Железных Дорог»
Кафедра
«Химии»
К защите допускаю
профессор Корчевин Н.А.
______________________
« » 2013г.
РАСЧЁТ
ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СЕТИ
КР.430400.280102.ПЗ
Выполнил Проверил
студентка гр.ТБ.2-11-1 профессор Корчевин Н.А.
Волкова Ю. В. ______________________
Иркутск,
2013
Содержание
1. Введение
. Задание
. Физико-химическая характеристика
жидкости
. Определение параметров потока
.1 Параметры потока для первой трубы
.2 Параметры потока для второй трубы
. Нахождение потерь на трение
.1 Потери на трение для первой трубы
.2 Потери на трение для второй трубы
. Определение местных сопротивлений
.1 Местные сопротивления для первой
трубы
.2 Местные сопротивления для второй
трубы
. Определение общих потерь
.1 Общие потери для первой трубы
.2 Общие потери для второй трубы
. Потребляемая мощность насоса
.1 Мощность насоса для первой трубы
.2 Мощность насоса для второй трубы
. Расчет расхода материала
.1 Расход материала для первой трубы
.2 Расход материала для второй трубы
. Сравнительный анализ двух вариантов
. используемая литература
. Введение
Гидравлическая сеть - это система трубопроводов
с соответствующими аппаратами, арматурой и приборами для измерения параметров
потока.
Гидравлическое сопротивление - сопротивление
движению жидкости, приводящее к потере механической энергии потока.
Гидравлические сопротивления подразделяют на линейные сопротивления (по длине
прямолинейного пути), обусловленные вязкостью жидкости, и местные сопротивления
возникающие в местах изменения диаметра или направления к скорости потока (в
задвижках, вентилях, коленях, тройниках, диафрагмах и т. д.).
Расчет гидравлической сети заключается в
нахождении потери напора (давления) при движении по ней жидкости.
. Задание
Раствор, предназначенный для реагентной
обработки сточной воды, из резервуара перекачивается в напорный бак, откуда
самотеком поступает в систему обработки сточной воды.
Трубопроводы изготовлены из стали с
незначительной коррозией, абсолютная шероховатость e
= 0,2мм, плотность стали ρ = 7850кг/м3.
Общая длина трубопровода 45 м, высота подъема 16
м.
На трубопроводе установлены:
) Диафрагма (для определения расхода): d/d0
= 1,6.
) Две задвижки.
) Вентиль нормальный.
) Четыре отвода под углом φ
= 120o
и радиусом R0
= 0,3 м.
Найти мощность, потребляемую насосом при КПД
насоса η
= 65%, и расход материала для изготовления труб для систем с разным диаметром
трубы T1
= 76x4мм и T2
= 44x4мм.
. Физико-химическая характеристика жидкости (5% H2S04)
гидравлический сеть мощность потеря
Температура плавления tпл
= 800,8°С, кипения tк
= 1465°С, динамическая вязкость μ = 1,3683
мПа*с, плотность ρ = 1031,8 кг/м3.
. Определение параметров потока
Различают несколько режимов движения жидкости по
трубопроводу:
ламинарный;
переходный;
турбулентный.
Английский физик Осборн Рейнольдс установил, что
режим движения определяется комплексной величиной, названной в дальнейшем
критерием Рейнольдса (Re).
При ламинарном режиме движении Re
< 2300; при 2300 < Re
< 10000 режим движения переходный; при Re
> 10000 - турбулентный.
= 
,
где
ѡ - скорость потока жидкости [м/с];
dвн
- внутренний диаметр трубопровода [м];
ρ - плотность жидкости
[кг/м3];
μ - динамическая
вязкость жидкости [Па*с].
ѡ = 
, где
f - площадь потока
жидкости [м2].
= 
, где
- массовый расход жидкости [кг/с].
= 
.
.1 Параметры потока для первой трубы
ѡ1 = 
=
1,85 м/с
Re = 
=
95068
Re > 10000
=> режим движения турбулентный.
.2 Параметры потока для второй трубы
ѡ = 
=
6,62 м/с
Re = 
=
179575
Re > 10000
=> режим движения турбулентный.
. Нахождение потерь на трение
Трение внутри потока жидкости зависит от
скорости ее движения, диаметра и длины трубопровода. Определяется уравнением
Дарси-Вейсбаха:
тр
= λ• 
•
,
где
тр
- потери напора на трение;
λ - коэффициент
трения (при турбулентном режиме движения жидкости зависит от коэффициента
шероховатости);
L - длина
трубопровода [м];
g - ускорение
свободного падения [м/с2];
.1 Потери на трение для первой трубы
тр
= 0,026 • 
= 2,7
.2 Потери на трение для второй трубы
тр
= 0,026 • 
= 58,6
. Определение местных сопротивлений
Местные сопротивления - всякие участки
трубопровода, в которых происходит изменение скорости по величине или
направлению.
Местные потери напора определяются как
произведение скоростного напора на коэффициент местного сопротивления. Обычно
местных сопротивлений в сети несколько. Поэтому их суммируют:
мс
=
Σζ •
.1 Местные сопротивления для первой трубы
Σζ = ζ1
+ ζ2 + ζ3
+ ζ4
ζ1
= 4ζотв
ζотв
= A • B
= 1,16= 0,1059
ζотв
= 1,16• 0,1059= 0,122844
ζ1
= 4 • 0,079 = 0,491376
ζ2
= ζвен
= 4,53
ζ3
= 2ζзадв
ζзадв
= 0,5
ζ3
= 2 • 0,5 = 1
ζ4
= ζдиаф
= 9,058мс = (0,491376 +
4,53+ 1 + 9,058) • 
= 2,6305
.2 Местные сопротивления для второй трубы
Σζ = ζ1
+ ζ2 + ζ3
+ ζ4
ζ1
= 4ζотв
ζотв
= A • B
= 1,16= 0,0822
ζотв
= 1,16 • 0,0822 = 0,095392
ζ1
= 4 • 0,079 = 0,381408
ζ2
= ζвен
= 5,52
ζ3
= 2ζзадв
ζзадв
= 0,5
ζ3
= 2 • 0,5 = 1
ζ4
= ζдиаф
= 9,058мс = (0,095392+ 5,52+
1 + 9,058) • 
= 35,021
. Определение общих потерь
Общие потери давления определяются как сумма
скоростных потерь, потерь на трение, потерь на местные сопротивления, потерь на
подъем и дополнительных потерь в насосе:
Δp = Δpскорос
+ Δpтр + Δpмс
+ Δpподъем + Δpдоп
Δp = 
•
(1 + λ
+
Σζ) + ρgH
+ (p2
- p1)
.1 Общие потери для первой трубы
Δp = 
•
(1 + 0,026 • 
+ 0,095392+ 5,52+
1 + 9,058) +
+1031,8 • 9,80665 • 16 + (9000 - 101325) =
180122,6 Па
.2 Общие потери для второй трубы
Δp = 
*(1
+ 0,026 • 
+ 0,095392+ 5,52+
1 + 9,058) +
+1031,8 • 9,80665 • 16 + (9000 - 101325) =
1181333 Па
. Потребляемая мощность насоса
Потребляемая насосом мощность определяется по
формуле:
= 
[кВт],
где
η - КПД насоса.
.1 Мощность насоса для первой трубы
N = 
=
1,87 кВт
.2 Мощность насоса для второй трубы
N = 
=
12,2 кВт
. Расчет расхода материала
= ρv
[кг], где
- объем материала [м3].
= L
• (
- 
).
.1 Расход материала для первой трубы
= 45 • (
- 
)
= 0,04 м3
m = 7850 • 0,04 =
319,6 кг
.2 Расход материала для второй трубы
= 45 • (
- 
)
= 0,02 м3
m = 7850 • 0,016211
= 177,6 кг
10. Сравнительный анализ двух вариантов
Сравнительная таблица потребляемых насосом
мощностей и расхода материала для двух трубопроводов:
|
№
трубопровода
|
N [кВт]
|
m [кг]
|
|
I
|
1,87
|
320
|
|
II
|
12,2
|
178
|
С увеличением диаметра уменьшается скорость
движения жидкости, следовательно уменьшаются потери напора, однако трубы
большого диаметра требуют больше материала для их изготовления.
С увеличением диаметра трубопровода растут
капитальные затраты, но уменьшаются эксплуатационные.
Анализируя полученные расчёты, можно сделать
вывод, что экономически более выгодным будет использование трубопровода под
номером I, т.к. мощность,
потребляемая насосом этого трубопровода более чем в 6,5 раз меньше, чем для
насоса другого трубопровода.
. Используемая литература
1. Ульянов
Б.А., Бадеников Д.Я., Ликучёв В.Г. Процессы и аппараты химической технологии.
Издательство «Ангарской государственной технической академии», 2005 г. Стр. 3 -
893;
2. Режим
доступа: <http://ru.wikipedia.org/wiki>;
. Лекции
по гидрогазодинамике.