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.                                                                ______________________

«   »                           2013г.                                            «   »                           2013г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск, 2013

Содержание

1. Введение3

2. Задание4

3. Физико-химическая характеристика жидкости5

4. Определение параметров потока6

4.1. Параметры потока для первой  трубы 6

4.2. Параметры потока для второй трубы 7

5. Нахождение потерь на трение8

5.1. Потери на трение для первой  трубы 8

5.2. Потери на трение для второй трубы 8

6. Определение местных сопротивлений9

6.1. Местные сопротивления для первой  трубы9

6.2. Местные сопротивления для второй трубы9

7. Определение общих потерь 11

7.1. Общие потери для первой трубы11

7.2. Общие потери для второй трубы11

8. Потребляемая мощность  насоса 12

8.1. Мощность насоса для первой трубы12

8.2. Мощность насоса для второй трубы12

9. Расчет расхода материала 13

9.1. Расход материала для первой трубы13

9.2. Расход материала для второй трубы13

10. Сравнительный анализ  двух вариантов 14

11. используемая литература…………………………………………………15

 

1. 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.

 

2. 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:

1) Диафрагма  (для определения расхода): d/d₀ = 1,6.

2) Две задвижки.

3) Вентиль  нормальный.

4) Четыре отвода под углом φ = 120^o 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.

 

3. Физико-химическая характеристика  жидкости (5% H₂S0₄)

Температура плавления t_пл = 800,8°С, кипения t_к = 1465°С, динамическая вязкость μ = 1,3683 мПа*с, плотность ρ = 1031,8 кг/м³.

 

4. 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.

Re = , где

ѡ – скорость потока жидкости [м/с];

d_вн – внутренний диаметр трубопровода [м];

ρ – плотность  жидкости [кг/м³];

μ – динамическая вязкость жидкости [Па*с].

ѡ = , где

V – объемный расход жидкости [м³/с];

f – площадь потока жидкости [м²].

V = , где

G – массовый расход жидкости [кг/с].

f = .

 

4.1. Параметры потока для первой трубы

 

ѡ₁ = = 1,85 м/с

 

Re = = 95068

Re > 10000 => режим движения турбулентный.

 

 

4.2. Параметры потока для второй трубы

 

ѡ = = 6,62 м/с

 

Re = = 179575

 

Re > 10000 => режим движения турбулентный. 

5. Нахождение потерь на трение

Трение  внутри потока жидкости зависит от скорости ее движения, диаметра и длины  трубопровода. Определяется уравнением Дарси-Вейсбаха:

h_тр = λ• • , где

h_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];

 

5.1. Потери на трение для первой трубы

h_тр = 0,026 • = 2,7

 

 

5.2. Потери на трение для второй трубы

h_тр = 0,026 • = 58,6

 

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:

h_мс = Σζ •

6.1. Местные сопротивления для первой трубы

Σζ = ζ₁ + ζ₂ + ζ₃ + ζ₄

 

ζ₁ = 4ζ_отв

ζ_отв = A • B

A = 1,16

B = 0,1059

ζ_отв = 1,16• 0,1059= 0,122844

 

ζ₁ = 4 • 0,079 = 0,491376

 

ζ₂ = ζ_вен = 4,53

 

ζ₃ = 2ζ_задв

ζ_задв = 0,5

ζ₃ = 2 • 0,5 = 1

 

ζ₄ = ζ_диаф = 9,058

 

h_мс = (0,491376 + 4,53+ 1 + 9,058) • = 2,6305

 

6.2. Местные сопротивления для второй трубы

Σζ = ζ₁ + ζ₂ + ζ₃ + ζ₄

ζ₁ = 4ζ_отв

ζ_отв = A • B

A = 1,16

B = 0,0822

ζ_отв = 1,16 • 0,0822 = 0,095392

 

ζ₁ = 4 • 0,079 = 0,381408

 

ζ₂ = ζ_вен = 5,52

 

ζ₃ = 2ζ_задв

ζ_задв = 0,5

ζ₃ = 2 • 0,5 = 1

 

ζ₄ = ζ_диаф = 9,058

 

h_мс = (0,095392+ 5,52+ 1 + 9,058) • = 35,021 

7. 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 = Δp_скорос + Δp_тр + Δp_мс + Δp_подъем + Δp_доп

 

Δp = • (1 + λ + Σζ) + ρgH + (p₂ – p₁)

 

7.1. 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

 

7.2. 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 

8. Потребляемая мощность насоса

Потребляемая  насосом мощность определяется по формуле:

N = [кВт], где

η – КПД  насоса.

 

8.1. Мощность насоса для первой трубы

 

N = = 1,87 кВт

 

8.2. Мощность насоса для второй трубы

 

N = = 12,2 кВт 

9. Расчет расхода материала

Для определения  стоимости материала для изготовления трубопровода сперва рассчитаем его массу.

m = ρv [кг], где

v – объем материала [м³].

v = L • ( - ).

 

9.1. Расход материала для первой трубы

v = 45 • ( - ) = 0,04 м³

 

m = 7850 • 0,04 = 319,6 кг

 

9.2. Расход материала для второй трубы

v = 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. 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;
3. Лекции по гидрогазодинамике.