(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Коэффициент шероховатости стальных труб


Шероховатость и зарастание трубопровода

Рисунок 389. Шероховатость и зарастание трубопровода

Пропускная способность трубопроводов в период эксплуатации снижается, вследствие коррозии и образования отложений на трубах. При этом происходит изменение шероховатости трубопровода и его зарастание (уменьшение поперечного сечения). Увеличение шероховатости и зарастание приводит к уменьшению диаметра трубопровода и как следствие к увеличению потерь напора. Меньше всего этому явлению подвержены асбоцементные, стеклянные и пластмассовые трубы. Сложность физических, химических и биологических явлений, определяющих изменение шероховатости труб и их зарастание, приводит к необходимости ориентироваться на некоторые средние показатели, которые в первом приближении можно оценить по формуле [5]:

Рисунок 390. (19)

  • - коэффициент эквивалентной шероховатости для новых труб в начале эксплуатации, мм;

  • - коэффициент эквивалентной шероховатости через t лет эксплуатации, мм;

  • - ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год, зависящий от физико-химических свойств подаваемой по ним воды.

По А.Г. Камерштейну, природные воды разбиваются на пять групп, каждая из которых определяет характер и интенсивность снижения пропускной способности трубопровода:

Зарастание трубопровода можно измерять при выполнении реконструкции трубопроводов или ежегодных ремонтах при помощи обычной линейки (рисунок выше), а увеличение шероховатости определять по выше изложенной методике.

Значения коэффициента эквивалентной шероховатости для новых труб приведены в таблице ниже.

Общие потери в трубопроводе, с учетом потерь в местных сопротивлениях могут быть определены по формуле:

Рисунок 391. (20)

  • где 1.05-1.1 - коэффициент, учитывающий потери в местных сопротивлениях.

www.politerm.com

Гидравлический расчет трубопровода

Гидравлический расчет простого трубопровода

Гидравлический расчет простого трубопровода производится с помощью уравнения Бернулли:

Здесь h2-2 – потери напора (энергии) на преодоление всех видов гидравлического сопротивления, приходящиеся на единицу веса движущейся жидкости.

ht – потери напора на трение по длине потока,

Σhм – суммарные потери напора на местном сопротивлении Потери напора на трение по длине потока определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

где L –длина трубопровода,

d -диаметр участка трубопровода,

v - средняя скорость течения жидкости,

λ -коэффициент гидравлического сопротивления, в общем случае зависящий от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности различных труб представлены в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d приведены в таблице 3.

Если режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ определяется по частным для каждого случая формулам (табл. 4).

При развитом турбулентном течении с достаточной степенью точности при определении λ можно пользоваться формулами для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока Rг (d=4Rг)

Rг =w/c,

где w– площадь «живого» сечения потока,

c- «смоченный» его периметр (периметр «живого» сечения по контакту жидкость – твердое тело)

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

Где ς– коэффициент местного сопротивления, зависящий от конфигурации местного сопротивления и числа Рейнольдса.

При развитом турбулентном режиме ς= const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления Lэкв, т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого ht = hм. В этом случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к реальной длине трубопровода прибавляется сумма их эквивалентных длин

Lпр =L + Lэкв,

где Lпр – приведенная длина трубопровода.

Зависимость потерь напора h2-2 от расхода называется характеристикой трубопровода.

Если движение жидкости в трубопроводе обеспечивается центробежным насосом, то для определения расхода в системе насос – трубопровод строится характеристика трубопровода h =h(Q) с учетом разности отметок ∆z (h2-2 + ∆z  при z1< z2 и h2-2 - ∆z при z1>z2) накладывается на напорную характеристику насоса H=H(Q), которая приводится в паспортных данных насоса (см. рис.). Точка пересечения этих кривых указывает на максимально возможный расход в системе.  

Сортамент труб

Таблица 1                                

Наружный диаметр dн, мм

Внутренний диаметр dвн, мм

Толщина стенки d, мм

Наружный диаметр dн, мм

Внутренний диаметр dвн, мм

Толщина стенки d,мм

1. Трубы стальные бесшовные общего назначения

3, Трубы насосно-компрессорные

14

10

2,0

А. Гладкие

22

18

2,0

48,3

40,3

4,0

32

27

2,5

60,3

50,3

5,0

54

49

2,5

73,0

62,0

5,5

60

54

3,0

88,9

75,9

6,5

70

64

3,0

101,6

88,6

6,5

95

88

3,5

114,3

100,3

7,0

108

100

4,0

2. Трубы нефтепроводные и газопроводные

Б. Трубы с высаженными концами

114

106

4,0

32,0

25,0

3,5

146

136

5,0

42,2

35,2

3,5

168

156

6,0

48,3

40,3

4,0

194

180

7,0

60,3

50,3

5,0

245

227

9,0

73,0

62,0

5,5

273

253

10,0

88,9

75,9

6,5

299

279

10,0

101,6

88,6

6,5

426

492

12,0

114,3

100,3

7,0

529

513

8,0

632

616

8,0

Значения коэффициентов эквивалентной шероховатости ∆ для труб из различных материалов

Таблица 2                               

Группа

Материалы, вид и состояние трубы

∆*10-2, мм

1. Давленые или тянутые трубы

Давленые или тянутые трубы (стеклянные, свинцовые, латунные, медные, цинковые, оловянные, алюминиевые, никелированные и пр.)

0,10

2. Стальные трубы

Бесшовные стальные трубы высшего качества изготовления

1,0

Новые и чистые стальные трубы

6,0

Стальные трубы, не подверженные коррозии

15,0

Стальные трубы, подверженные коррозии

20,0

Стальные трубы сильно заржавевшие

200

Очищенные стальные трубы

17

3. Чугунные трубы

Новые черные чугунные трубы

25

Обыкновенные водопроводные чугунные трубы, бывшие в употреблении

100

Старые заржавленные чугунные трубы

150

Очень старые, шероховатые, заржавленные чугунные трубы с отложениями

250

4. Бетонные, каменные и асбоцементные трубы

Новые асбоцементные трубы

4

Очень тщательно изготовленные трубы из чистого цемента

15

Обыкновенные чистые бетонные трубы

50

Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса и эквивалентной шероховатости труб

Таблица 3        

Режим (зона)

Границы

Коэффициент гидравлического сопротивления l

Ламинарный

Re

www.ars.gubkin.ru

Коэффициент шероховатости стальных труб

Для характеристики технической шероховатости труб из раз­личных материалов с учетом производства и их состояния в ходе эксплуатации используется понятие так называемой эквивалентной абсолютной шероховатости kэ. Это понятие применяется в форму­лах для определения коэффициента гидравлического трения λ. Эк­вивалентная абсолютная шероховатость kэ есть такая высота вы­ступов искусственной однородной равномерно-зернистой абсолют­ной шероховатости, при которой получаемые расчетом значения λ такие же, как и при действительной шероховатости. По-другому, эквивалентная абсолютная шероховатость kэ есть размер фрак­ций песка для создания искусственной шероховатости (как в опы­тах И. И. Никурадзе), создающей такое же сопротивление дви­жению в трубопроводе, как и действительная техническая шеро­ховатость.

Значения kэ устанавливаются не измерениями высот выступов, а определяются из опытов при гидравлических испытаниях труб путем пересчетов по соответствующим формулам для λ. к как значения kэ устанавливаются по опытам, то при этом учитываются не только высоты выступов, но и также их форма, плановое рас­положение, т. е. характер технической шероховатости труб в це­лом. Значения эквивалентной абсолютной шероховатости kэ могут быть в несколько раз больше или меньше значений абсолютной шероховатости k. Значения эквивалентной шероховатости kэ при­водятся в справочниках [8, 16, 54, 55] и другой литературе.

Некоторые значения kэ (в мм) для труб:

Трубы стальные цельнотянутые после ряда лет эксплуатации 0,15—0,30 Трубы стальные сварные, умеренно заржавленные . . .. 0,3—0,7 Трубы стальные сварные, старые заржавленные …………….. 0,8—1,6 Трубы стальные сварные, сильно заржавленные, с отложе­

ниями ……………………………………………………………………………………………………. 2—4

Трубы чугунные новые без покрытия…………………… 0,2—0,5

Трубы чугунные, бывшие в употреблении…………… 0,5—1,5

Трубы чугунные, очень старые……………………………… 2,0—4,0

Трубы бетонные с хорошей затиркой поверхности . . . 0,3—0,8

Трубы бетонные при среднем качестве работ …. 2,5

Трубы бетонные, грубо обработанные………………… 3,0—9,0

При гидравлических расчетах стальных трубопроводов систем отопления принимаются следующие значения эквивалентной ше­роховатости [47]: для паропроводов и водоводов kэ = 0,2 мм; для конденсатопроводов kэ = 0,5 мм.

§ 6.4. МЕСТНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ,

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Местные сопротивления широко распространены в гидравличе­ских системах. Так, в трубопроводах систем водоснабжения, ото­пления, вентиляции, топливоснабжения и т. п. местные сопротивления являются конструктивными элементами, обеспечивающими трассировку систем, регулирование их работы и др. (повороты, тройники, расширения и сужения, задвижки, краны, клапаны, сет­ки, фильтры и др.)· Местные сопротивления вызывают возмуще­ния и деформации потоков жидкости и газа. В местах местных сопротивлений изменяется конфигурация поперечных сечений по­тока, искривляются линии токов, усиливается турбулентность, возникают вихреобразования и отрывы потока от стенок, видо­изменяются эпюры местных скоростей в сечениях, образуются пульсации скоростей. Средние скорости изменяются по значениям или направлениям (или одновременно по значениям и направ­лениям). Очевидно, что на гидравлические процессы в местах местных сопротивлений расходуется энергия потока.

В гидравлических системах встречаются разнообразные виды местных сопротивлений. Так, можно выделить некоторые основ­ные группы сопротивлений, обусловливающие: изменения значений скоростей потоков (внезапные расширения и сужения, диффузо­ры, конфузоры); изменения направлений скоростей (колена, отво­ды) ; слияние и разделение потоков (тройники, отводы); регули­рование движения потоков (краны, дроссели, задвижки, клапаны) и др. Потери напора от местных сопротивлений в магистральных водопроводах обычно составляют до 10% путевых потерь, а в вентиляционных системах могут быть больше путевых.

studopedia.su

В зоне гидравлически гладких труб турбулентного режима (ReKp < Re < Rel) расчет λ выполняется по формуле Блазиуса

Для расчета λ в зоне смешанного трения турбулентного режима (ReI < Re = ReII) наиболее часто используется формула Альтшуля

В зоне квадратичного трения турбулентного режима (Re > ReII) расчет λ обычно ведут по формуле Шифринсона

Нетрудно видеть, что формулы Стокса, Блазиуса и Шифринсона могут быть представлены зависимостью одного вида

где А, т — коэффициенты, величина которых для каждой зоны трения неизменна.

Однако формула Альтшуля к этому виду не приводится. Это исключает возможность решения гидравлических задач в общем виде.

Ту же задачу можно было решить следующим образом. При Re = ReI еще справедлива формула Блазиуса, а при Re = RеI уже можно пользоваться формулой Шифринсона. Учитывая, что переходные числа Рейнольдса Альтшулем рекомендовано находить по формулам:

ReI=10/ε; ReII=500/ε.

для зоны смешанного трения получаем:

Поделив почленно получим:

откуда

Различие в выражениях для расчета коэффициента А объясняется тем, что в первом случае не было сделано необходимое алгебраическое преобразование

Среднеквадратичная погрешность аппроксимации В.ДБелоусова по сравнению с формулой Альтшуля составляет около 5%. Связано это, в частности, с тем, что ее автор не стремился сделать погрешность вычислений минимальной, а исходил из условия равенства коэффициентов X на границах зоны смешанного трения и соседних зон.

Автору совместно с аспиранткой Н.В. Морозовой удалось свести уравнение Альтшуля к виду  со среднеквадратичной погрешностью 2,6%. Это было сделано следующим образом.

Представим формулу Альтшуля в виде

Недостатком данной записи является то, что расчетный коэффициент 0,11(68 + ε · Re) °-25 является функцией числа Рейнольдса. Вместе с тем из формул  следует, что в зоне смешанного трения справедливо неравенство

10 < ε ·  Re < 500.

Задаваясь значениями г • Re в этом диапазоне, сначала рассчитали величины функции 0,11(68 +  ε · Re)0’26, а затем, используя метод наименьших квадратов, заново описали полученные точки выражением 0,206( ε · Re)0’15.

Подставив его получили искомую зависимость

Из нее видно, что в зоне смешанного трения турбулентного режима величины коэффициентов А и т равны 0,206 • е0,15 и 0,1 соответственно. Среднеквадратичная погрешность расчетов по формуле  относительно формулы Альтшуля — менее 3%, что меньше, чем по другим известным аппроксимациям.

Следует подчеркнуть, что учет наличия переходной зоны приводит к изменению критического числа Рейнольдса. Кроме того, А.Д. Альтшуль, строго говоря, для переходных чисел Рейнольдса рекомендует диапазоны

Чтобы уточнить величины Reкр, ReI ReII и найти величину Re.x,, воспользуемся следующим способом. При Re = ReKp еще справедлива формула Стокса» но в то же время уже справедлива формула Гипротрубопровода. То есть можно составить уравнение

Освобождаясь от знаменателя, получаем квадратное уравнение 0,16-10-4 · Reкр-13 · 10-4 · Reкp-64 = 0, единственным положительным корнем которого является Reкp~2040.

Рассуждая аналогично, можно найти все остальные характерные числа Рейнольдса. Приравняв формулы Гипротрубопровода и Блазиуса, получаем Reкp = 2800. Из равенства правых частей формулы Блазиуса и формулы  находим, что ReI = 17,5/ε. Наконец, приравняв правые части формулы и формулы Шифринсона, несложно найти, что ReII = 531/ε.

В тех случаях, когда необходимо, чтобы зависимость потерь напора на трение от расхода Q была выражена в явном виде, удобно использовать обобщенную формулу Лейбензона

где β — расчетный коэффициент, равный

Формула  получается подстановкой выражения  в формулу Дарси—Вейсбаха .

Учитывая, что формулу Гипротрубопровода можно привести к виду

Рекомендуемые величины коэффициентов А, β и m

ros-pipe.ru

Ваш отзыв

al-vo.ru

Введение

Трубопровод как способ транспортировки жидких и газообразных сред является самым экономичным способом во всех отраслях народного хозяйства. А значит он  всегда будет пользоваться повышенным вниманием у специалистов.

Гидравлический расчет при проектировании трубопроводной системы позволяет определить внутренний диаметр труб и падение напора в случае максимальной пропускной способности трубы. При этом обязательным является наличие следующих параметров: материал, из которого изготовлены трубы, вид трубы, производительность, физико-химические свойства перекачиваемых сред.

Производя вычисления по формулам, часть заданных величин можно взять из справочной литературы. Ф.А.Шевелев, профессор, доктор технических наук разработал таблицы для точного расчета пропускной способности. Таблицы содержат значения внутреннего диаметра, удельного сопротивления и др параметры. Помимо этого, существует таблица приближенных значений скоростей для жидкостей, газа, водяного пара для упрощения работы с определением пропускной способности труб. Используется в коммунальной сфере, где точные данные  не столь необходимы.

Расчетная часть

Расчет диаметра начинается с использования формулы равномерного движения жидкости (уравнение неразрывности):

q = v*ω,

где q — расчетный расход

v — экономическая скорость течения.

ω — площадь поперечного сечения круглой трубы с диаметром d.

Рассчитывается по формуле:

ω = πd² / 4,

где d — внутренний диаметр

отсюда  d = √4*q/ v*π

Скорость движения жидкости в трубопроводе принимается равной 1,5-2,5 м/с. Это то значение, которое соответствует оптимальной работе линейной системы.

Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

где g — ускорение свободного падения,

L — длина участка трубы,

v2/2g — параметр, обозначающий скоростной (динамический) напор,

λ — коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенок трубы. Шероховатость подразумевает неровность, дефект внутренней поверхности трубопровода и подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная шероховатость — это высота неровностей. Относительную шероховатость можно рассчитать по формуле:

ε = е/r.

Шероховатость различна по форме и неравномерна по длине трубы. В связи с этим в расчетах принимается усредненная шероховатость k1 — поправочный коэффициент. Данная величина зависит от целого ряда моментов: материал труб, длительность эксплуатации системы, различные дефекты в виде коррозии и др. При стальном исполнении трубопровода значение применяется равным 0,1-0,2 мм. В то же время, в иных ситуациях параметр k1 можно взять из таблиц Ф.А.Шевелькова.

В том случае, если длина магистрали невысока, то местные потери напора (давления) в оборудовании насосных станций примерно одинаковы потерям напора по длине труб. Общие потери определяются по формуле:

h = P/ρ*g, где

ρ — плотность среды

Случаются ситуации, когда трубопровод пересекает какое-либо препятствие, например, водные объекты, дороги и др. Тогда используются дюкеры — сооружения, представляющие собой короткие трубы, прокладываемые под преградой. Здесь тоже наблюдается напор жидкости. Диаметр дюкеров находится по формуле (с учетом, что скорость течения жидкости составляет более 1 м/сек):

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ — коэффициент местного сопротивления

Разность отметок лотков труб в начале и конце дюкера принимается равной потерям напора.

Местные сопротивления рассчитываются по формуле:

hм = ζ* v2/2g.

Движения жидкости бывают ламинарные и турбулентные. Коэффициент hм зависит от турбулентности потока (число Рейнольдса Re). С увеличением турбулентности создаются дополнительные завихрения жидкости, за счет чего величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. При Re › 3000 всегда наблюдается турбулентный режим.

Коэффициент гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Re ‹ 2300, рассчитывается по формуле:

λ = 64/ Re

В случае квадратичности турбулентного потока ζ будет зависеть от архитектуры линейного объекта: угла изгиба колена, степенью открытия задвижки, наличием обратного клапана. Для выхода из трубы ζ равна 1. Длинные трубопроводы имеют местные сопротивления порядка 10-15% на трение hтр. Тогда полные потери:

Н = hтр + Σ hтр ≈ 1,15 hтр

Производя расчеты, выбирается насос, исходя из параметров подачи, напора, действительной производительности.

prokommunikacii.ru

Основной задачей гидравлического расчета является опре­деление диаметра d трубопровода и потери напора h по заданной производительности Q.

Расчет вновь проектируемого трубопровода начинают с предварительного выбора диаметра и ориентировочно выбранной скорости ω движения жидкости.

По скорости ω, диаметру d и вязкости у устанавливается па­раметр Рейнольдса Re и характер движения жидкости. Затем опре­деляют коэффициент гидравлического сопротивления λ, гидравли­ческий уклон i и потерю напора h на трение в трубопроводе.

В гидравлике различают два основных режима: ламинарный и турбулентный. Между ними лежит неопределенный режим, при котором в трубопроводе может наблюдаться то ламинарное, то турбулентное движение.

Для определения режима движения служит параметр Рей­нольдса:

Re = ω d/γ,

где ω — скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с; d -диаметр трубопровода, м; γ — кинематическая вязкость, м2/с.

Установлено, что при Re > 2320 в трубопроводе кругового сечения всегда имеет место турбулентный режим Re 3000 всегда имеет место турбулентный режим. Коэффициенты m и β при турбулентном режиме в зоне гидрав­лически гладких труб m = 0,25 и β = 0,241/g, а при квадратичном законе сопротивления (для гидравлически шероховатых труб) m = 0 и β =8λ/(π2g).

Для расчета коэффициентов гидравлического сопротивле­ния при турбулентном режиме для разных чисел Рейнольдса ре­комендуется пользоваться формулами:

Блазиуса λ = 0,3164 · Re-0,25;

Исаева l/λ1/2 = -l,81g(6,8/Re+ε’);

Никурадзе λ =l/(l,74 + 2lgd/2Kl)2.

Многие вязкие нефтепродукты при низких температурах (вблизи температуры застывания) не подчиняются закону Нью­тона, а следуют закону Шведова — Бингхема, так как обладают динамическим сопротивлением сдвига. Они текут по трубам осо­бенным образом: центральная часть потока движется как твердое тело, а периферийная — течет как жидкость ламинарно. Такой ре­жим движения называют структурным.

Потеря напора на местные сопротивления определяется по формуле

hм.с = Σ εω2 / (2g), (2.4)

где Σε- сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке; ω — скорость за местом сопротивления.

Иногда величину местного сопротивления определяют че­рез эквивалентную длину прямого участка трубы (под этим по­нимается длина такого участка трубы, на котором потеря напора эквивалентна потере в местном сопротивлении).

Эквивалентная длина прямого участка определится, если приравнять правые части уравнений (2.1) и (2.4) и обозначить l через lэкв:

lэкв = εd / λ.

Суммарная потеря напора в трубопроводе определяется по формуле

Н = hT + hCK ± Нст,

где hT — потери напора на трение по длине и в местных сопротив­лениях, м ст. жидк.; hCK =ωmax l(2g) — потери на участке, кото­рому соответствует наибольшая скорость движения нефтепро­дукта (в местах сужения трубопровода), м ст. жидк.; Нст — раз­ность отметок уровней жидкости в конце и начале трубопровода (на какую высоту приходится поднимать жидкость).

Гидравлический расчет заканчивается подбором насоса по значениям подачи и напора и определением действительной про­изводительности при работе принятого насоса на данный трубо­провод.

helpiks.org

В зависимости от соотношения абсолютной высоты выступов шероховатости Δ и толщины вязкого подслоя δ по-разному проявляется влияние вязкостного трения и сил инерции на касательные напряжения и потери энергии в потоке. Толщина вязкого подслоя определяется

Это значение δ следует сравнить с высотой выступов шероховатости. Так как фактическая высота всех выступов не является одинаковой, то вводится понятие эквивалентной шероховатости Δэкв, т.е. такой равномерной шероховатости, которая дает при подсчете одинаковую с заданной шероховатостью величину гидравлического коэффициента трения λ. (Некоторые значения эквивалентной шеро­ховатости приведены в табл. 111.1).

Таблица – Значения эквивалентной шероховатости

Трубы   Δэкв, мм  
Стальные цельнотянутые новые 0,02—0,05
То же, неновые (бывшие в эксплуатации) 0,15—0,3
Стальные сварные новые 0,04—0,1
Чугунные новые 0,25—1
Чугунные и стальные сварные неновые 0,8—1,5
Асбестоцементные новые 0,05-0,1
То же, неновые 0,6
Бетонные и железобетонные 0,3—0,8

Схематично можно рассматривать следующие три области гид­равлических сопротивлений

1. Область гидравлически гладких труб: выступы шероховатости покрыты вязким подслоем (Δэкв ‹ δ) и не нарушают целостности последнего. Выступы обтекаются без отрывов и вихреобразований. В этом случае шероховатость не влияет на гидравлические сопротивления и гидравлический коэффициент трения, который зависит только от числа Рейнольдса. По данным А. Д. Альтшуля, эта область существует при 500 имеет место область гидравлически шероховатых труб: выступы шероховатости выходят за пределы вязкого подслоя (Δэкв>δ). Отрывное обтекание выступов сводит сопротивление трения к сопротивлению обтекания тел с резким изменением конфигурации, которое не зависит от числа Рейнольдса и пропорционально скоростному напору потока и размерам выступов шероховатости. Именно эти факторы связаны с инерционными сопротивлениями перемешивающихся частиц жидкости.

В переходной области сопротивлений гидравлический коэффициент трения может быть определен по формуле А. Д. Альтшуля

3. При 10 1,2 м/с — в области гидравлически шероховатых труб. Ф. А. Шевелевым составлены таблицы по определению потерь напора в водопроводных трубах на основании эмпирических формул.

Для расчета движения сточных вод в водоотводных (канализационных) напорных и безнапорных трубах применяется формула Н. Ф. Федорова

D = 4R – гидравлический диаметр;

?2 и a2 – эквивалентная абсолютная шероховатость и безразмерный коэффициент, опреде­ляемые по таблице;

Re – число Рейнольдса, при опре­делении которого кинематическая вязкость сточных вод принима­ется в зависимости от количества взвешенных частиц в них на 5-30% больше, чем вязкость чистой воды.

Таб Коэффициенты ?2 и a2 для формулы Н. Ф. Федорова

Трубы   ?2 a2
Асбестоцементные   0,6  
Керамические   1.35  
Бетонные и железобетонные    

Значения гидравлического коэффициента трения для сточных вод получаются большими, чем при движении чистой воды в водо­проводных трубах. Н. Ф. Федоровым составлены на основании формулы таблицы пропускной способности и скорости протекания жидкости в водоотводных трубах.

studopedia.ru

vodavdome.website

Эквивалентная шероховатость стенок труб

Вид трубы

Состояние трубы

Δэ, мм

Медная

Новая, технически гладкая

0,005

Алюминиевая

Новая, технически гладкая

0,035

Бесшовная стальная

Новая, чистая, тщательно уложенная

0,03

После нескольких лет эксплуатации

0,2

Стальная сварная

Новая и чистая

0,05

Умеренно заржавленная

0,50

Старая заржавленная

1,0

Чугунная

Асфальтированная

0,18

Новая

0,30

Бывшая в употреблении

1,0

Рукава и шланги резиновые

0,03

Приложение 18

Значения коэффициентов местных сопротивлений

Вид местного сопротивления

Вход в трубу при острых кромках

0,5

Вход в трубу со скругленными кромками

0,05–0,2

Вход в трубу, с приемной сеткой и клапаном

5–10

Внезапное расширение (вход в гидроаппарат)

0,8–0,9

Внезапное сужение (выход из гидроаппарата)

0,5–0,7

Выход из трубы под уровень

1,0

Резкий поворот трубы (колено) на 90

1,1

Плавный поворот трубы (отвод) на 90

0,15

Задвижка при полном открытии

0,05–0,15

Вентиль

0,5–1,0

Обратный и предохранительный клапаны

2,0–3,0

Присоединительные штуцера и переходники

0,15

Распределительный золотник

2,0–4,0

Редукционный клапан

4,0–5,0

Прямоугольные тройники для разделения потоков

0,9–1,5

Прямоугольные тройники для объединения потоков

2,0–2,5

Приложение 19

Значения коэффициента местного сопротивления з задвижки от степени ее открытия 

0,1

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

з

200

77

33

11

4,70

2,35

1,23

0,67

0,31

0,11

0,05

Приложение 20

Давление насыщенных жидкостей при различных температурах, кПа

Температура,

°С

Жидкость

вода техническая

анилин

нитробензол

бензол

толуол

метиловый спирт

этиловый спирт

муравьиная кислота

уксусная кислота 50%

0

0,61

6,66

14,66

0,20

4,00

0,53

2,67

0,40

10

1,23

5,06

11,33

1,60

6,66

3,20

4,00

0,80

20

2,34

0,07

3,86

10,00

2,97

12,00

5,85

5,34

1,47

30

4,24

0,15

3,07

7,60

4,80

20,00

10,00

8,00

2,66

40

7,37

0,27

2,47

6,53

7,33

30,66

16,00

12,00

4,26

50

12,33

0,51

2,00

5,33

10,66

61,32

26,67

20,00

6,67

60

19,91

0,93

1,60

4,53

16,00

66,65

40,00

28,00

10,66

80

47,33

2,27

1,13

3,33

32,00

86,65

58,65

24,00

Приложение 21

Соседние файлы в предмете Гидравлика

studfiles.net

Рекомендуемые значения коэффициента шероховатости n в формуле Маннинга для различных материалов стенок трубопроводов, лотков, труб, искусственных водостоков и т.д. Шероховатость по Маннингу - РФ

Проект Карла III Ребане и хорошей компании

Раздел недели: Фланцы по ГОСТ, DIN (EN 1092-1) и ANSI (ASME)

Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Скорость. Ускорение / / Скорость потока воды в неполностью заполненных трубах, открытых лотках, каналах и т.п. Коэффициенты шероховатости Маннинга (Мэннинга)  / / Рекомендуемые значения коэффициента шероховатости n в формуле Маннинга для различных материалов стенок трубопроводов, лотков, труб, искусственных водостоков и т.д. Шероховатость по Маннингу - РФ
Материал трубопровода (канала) Коэффициент шероховатости

по Маннингу

Трубопроводы
Асбестоцементные 0.011
Чугунные, новые 0.012
Керамические (Глиняной черепицы) 0.014
Железобетонные 0.011
Бетонные 0.012
Стальные 0.012
Стальные – с внутренним эмалированием 0.010
Гофрированный металл 0.022
Стеклянные 0.010
Свинцовые 0.011
Латунные 0.011
Медные 0.011
Пластиковые 0.009
Полиэтиленовые- гофрированные с гладкой внутренней стенкой 0.009- 0.015
Полиэтилена- гофрированные с гофрированной внутренней стенкой 0.018- 0.025
Поливинилхлорид ПВХ- с гладкой внутренней стенкой 0.009- 0.011
Каналы
Асфальтовые 0.016
Кирпичная кладка 0.015
Бетонные и железобетонные, гладко затертые цементной штукатуркой 0.012
Бетонные и железобетонные, изготовленные на месте в опалубке 0.015
Земляной канал- чистый 0.022
Земляной канал- гравий 0.025
Земляной канал- каменистый 0.035
Кирпичная кладка 0.015
Кладка из бута и тесанного камня на цементном растворе 0.017
Деревянные из не строганых досок 0.013
Деревянные 0.012
Канал из оцинкованного железа 0.016

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.

dpva.ru

Типичные значения шероховатости (чистоты обработки) поверхности для основных материалов труб, теплообменников и насосов - мм и дюймы.

Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Технологические понятия и чертежи / / Символы и обозначения оборудования на чертежах и схемах.  / / Типичные значения шероховатости (чистоты обработки) поверхности для основных материалов труб, теплообменников и насосов - мм и дюймы.

Типичные значения шероховатости (чистоты обработки) поверхности для основных материалов труб, теплообменников и насосов - мм и дюймы.

    Трубы (материал) / состояние Шероховатость, мм Шероховатость, дюймов
Стальная труба Цельнотянутая (тянутая) новая 0.02 - 0.10.0008 - 0.004
Электросварная прямошовная новая 0.05 - 0.10.002 - 0.004
Оцинкованная новая 0.150.006
Б/у очищенная 0.15 - 0.20.006 - 0.008
Слегка ржавая0.1 - 0.40.004 - 0.016
Сильно ржавая 0.4 - 30.016 - 0.12
Немного накипи 1 - 1.50.04 - 0.06
Много накипи 1.5 - 40.06 - 0.16
Покрытые битумным лаком 0.050.002
Чугунные трубы Новые0.25 - 10.01 - 0.04
Ржавые1 - 20.04 - 0.08
С накипью 1 - 40.04 - 0.16
Бетонные трубы Гладкие0.3 - 10.012 - 0.04
Грубые1 - 30.04 - 0.12
Листовая сталь Гладкая0.070.0028
Стекло, свинец, медь, латунь -0.0001 - 0.00154·10-6 - 60·10-6

tehtab.ru

Гидравлически гладкие и шероховатые трубы

В зависимости от соотношения абсолютной высоты выступов шероховатости Δ и толщины вязкого подслоя δ по-разному проявляется влияние вязкостного трения и сил инерции на касательные напряжения и потери энергии в потоке. Толщина вязкого подслоя определяется

Это значение δ следует сравнить с высотой выступов шероховатости. Так как фактическая высота всех выступов не является одинаковой, то вводится понятие эквивалентной шероховатости Δэкв, т.е. такой равномерной шероховатости, которая дает при подсчете одинаковую с заданной шероховатостью величину гидравлического коэффициента трения λ. (Некоторые значения эквивалентной шеро­ховатости приведены в табл. 111.1).

Таблица – Значения эквивалентной шероховатости

Трубы   Δэкв, мм  
Стальные цельнотянутые новые 0,02—0,05
То же, неновые (бывшие в эксплуатации) 0,15—0,3
Стальные сварные новые 0,04—0,1
Чугунные новые 0,25—1
Чугунные и стальные сварные неновые 0,8—1,5
Асбестоцементные новые 0,05-0,1
То же, неновые 0,6
Бетонные и железобетонные 0,3—0,8

Схематично можно рассматривать следующие три области гид­равлических сопротивлений

1. Область гидравлически гладких труб: выступы шероховатости покрыты вязким подслоем (Δэкв ‹ δ) и не нарушают целостности последнего. Выступы обтекаются без отрывов и вихреобразований. В этом случае шероховатость не влияет на гидравлические сопротивления и гидравлический коэффициент трения, который зависит только от числа Рейнольдса. По данным А. Д. Альтшуля, эта область существует при 500 имеет место область гидравлически шероховатых труб: выступы шероховатости выходят за пределы вязкого подслоя (Δэкв>δ). Отрывное обтекание выступов сводит сопротивление трения к сопротивлению обтекания тел с резким изменением конфигурации, которое не зависит от числа Рейнольдса и пропорционально скоростному напору потока и размерам выступов шероховатости. Именно эти факторы связаны с инерционными сопротивлениями перемешивающихся частиц жидкости.

В переходной области сопротивлений гидравлический коэффициент трения может быть определен по формуле А. Д. Альтшуля

3. При 10 1,2 м/с — в области гидравлически шероховатых труб. Ф. А. Шевелевым составлены таблицы по определению потерь напора в водопроводных трубах на основании эмпирических формул.

Для расчета движения сточных вод в водоотводных (канализационных) напорных и безнапорных трубах применяется формула Н. Ф. Федорова

D = 4R – гидравлический диаметр;

?2 и a2 – эквивалентная абсолютная шероховатость и безразмерный коэффициент, опреде­ляемые по таблице;

Re – число Рейнольдса, при опре­делении которого кинематическая вязкость сточных вод принима­ется в зависимости от количества взвешенных частиц в них на 5-30% больше, чем вязкость чистой воды.

Таб Коэффициенты ?2 и a2 для формулы Н. Ф. Федорова

Трубы   ?2 a2
Асбестоцементные   0,6  
Керамические   1.35  
Бетонные и железобетонные    

Значения гидравлического коэффициента трения для сточных вод получаются большими, чем при движении чистой воды в водо­проводных трубах. Н. Ф. Федоровым составлены на основании формулы таблицы пропускной способности и скорости протекания жидкости в водоотводных трубах.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 2

Местные сопротивления в трубопроводах и каналах обусловливаются различными факторами. К ним можно отнести резкое изменение конфигурации живого сечения потока, течение с изменением скорости, поперечную циркуляцию на изгибе потока, соединение и разделение потоков. Рассмотрим отдельно каждый из этих факторов.

При резком изменении конфигурации живого сечения или резком изгибе поток обтекает углы, образованные изменением направления стенок русла. При обтекании углов или элементов арматуры за ними возникают водоворотные зоны (рис. 1 а, б, в, г), на поддержание течений, в которых расходуется напор (энергия). Между транзитным потоком и водоворотными зонами возникают поверхности раздела, которые отделяют между собой течения с раз­ными скоростями (эти поверхности раздела показаны пунктирными, линиями) и являются одним из признаков местных сопротивлений. Наибольшие водоворотные зоны возникают по соседству с большими скоростями транзитного потока, которые способствуют увеличению интенсивности закручивания воды в них. Обычно это проявляется непосредственно после местного сопротивления. На поверхностях раздела образуются отдельные вихри, которые непрерывно перемещаются. При этом одни массы жидкости в водоворотных зонах заменяются другими, но в целом это явление является установившимся. Такие течения в этих зонах называются отрывными. При отрывных течениях возникают крупномасштабные пульсации, постепенно переходящие в пульсации более мелкого масштаба, которые вызывают диссипацию (потерю) энергии с выделением тепла. Отрывные течения возникают также после протекания жидкости через клапана, вентили, краны, сетки, фильтры и другие приборы и сооружения, которые создают после себя водоворотные зоны и поверхности раздела. При ламинарном движении струйки жидкости обтекают местные сопротивления без образования водоворотных зон. Потери энергии в этом случае объясняются значительной разницей скоростей в соседних струйках при обтекании преграды и, как следствие, значительными касательными напряжениями.

Рисунок 1 – Местные сопротивления

При движении с уменьшением скорости на расширяющихся участках потока (диффузорах), согласно уравнению Бернулли, происходит увеличение давления (рисунок 2). Таким образом, движение на расширении происходит от сечения с меньшим давлением к сечению с большим давлением. Это противодавление затрудняет поступательное движение жидкости, особенно у стенок, где скорости имеют небольшие значения. При углах расширения β>8-10° частицы у стенок могут остановиться и даже начать двигаться назад, что приводит к отрыву основного потока от стенки и образованию водоворотных зон. Обычно отрыв бывает несимметричным и происходит у одной из стенок, а транзитный поток смещается к другой стенке. Во избежание больших потерь; напора реко­мендуется выполнять расширения трубы с углом β< 8°.

Рисунок 2 – Диффузор

При движении на сужающихся участках (конфузорах) подобных явлений не происходит, так как разность давлений здесь не препятствует, а способствует движению (рисунок 3). Потери напора на конфузорах меньше потерь на на диффузорах, в этом случае они являются следствием переформирования скоростной структуры потока при сужении, а также обтекании угла при выходе из конфузора.

Рисунок 3 – Конфузор

При плавном повороте трубы или канала возникают центробежные силы, которые увеличивают давление у вогнутой стенки и уменьшают у выпуклой (рис. 4). В результате создаются условия для движения частиц жидкости в поперечном направлении от области большего давления к области меньшего давления. Такое явление называется поперечной циркуляцией, в круглых трубах оно имеет вид, показанный на рис. После поворота возникает вращательно поступательное движение, которое затухает на некотором расстоянии.

Рисунок 4 – Плавный поворот

При соединении двух потоков поверхность раздела возникает из-за разных скоростей частиц жидкости по обе стороны от нее. Потери энергии обусловливаются ее затратами на переформирование кинематической структуры потока (рис.5).

Рисунок 5 – Соединение двух потоков

В случае потерь напора на внезапное расширение потери напора для квадратичной области сопротивления с достаточной степенью точности могут быть определены теоретическим путем. Применив закон изменения количества движения для отсека жидкости на участке внезапного расширения потока между сечениями 1—1 и 2—2 (рис. 6). При применении этого закона учитываются только внешние силы, приложенные к этому отсеку. В рассматри­ваемом случае это позволяет определить количественное значение потерь напора, не вдаваясь в описанный выше механизм явлений, которые эти потери вызывают.

Рисунок 6 – Внезапное расширение

Изменение количества движения должно равняться сумме импульсов действующих внешних сил. Рассмотрим количества движения в проекциях на горизонтальную ось потока.

Эта формула называется формулой Борда, по которой потери напора на внезапное расширение равны скоростному напору от потерянной (v1 — v2) скорости. Формула достаточно хорошо соответствует данным опытов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 3

Получить общую зависимость для большинства других местных потерь напора, учитывая их разнообразие, теоретически не представляется возможным. Ю. Вейсбах в 1840 г. предложил определять местную потерю напора в любом случае по формуле

,

где ξ — коэффициент местных сопротивлений, определяемый, как правило, опытным путем.

При этом скоростной напор в формуле вычисляется обычно, если нет особой оговорки, по скорости за сопротивлением.

При измерении за величину местных потерь напора следует принимать разность гидродинамических напоров до и после сопротивления. Например, для горизонтального трубопровода (рис. 1 а, б)

В случае, если диаметр трубы до и после сопротивления одинаков,

Каждое местное сопротивление деформирует поток, увеличивает пульсацию и приводит к перераспределению осредненных скоростей по сечению. Обычно коэффициент кинетической энергии α непосредственно за сопротивлением больше, чем при равномерном движении. По мере удаления от сопротивления дополнительные пульсации затухают, распределение скоростей и коэффициент α стабилизируются, т. е. становятся такими же, как при равномерном движении на расстоянии (40-60)d. В связи с разностью коэффи­циентов кинетической энергии в начале и конце участка стабилизации, потери напора на этом участке возникают больше, чем при равномерном движении, и их следует включать в величину местных потерь. Поэтому сечение со вторым пьезометром следует брать в конце участка стабилизации/

Рассмотрим некоторые значения коэффициентов местных сопротивлений.

Коэффициент сопротивления при внезапном расширении .

При постепенном расширении (диффузор) коэффициент сопротивления уменьшается в зависимости от угла расширения.

Потери на выходе из трубы в резервуар (рис. 7) под уровень могут быть определены из предположения, что размеры резервуара значительно больше диаметра трубы. Тогда, считая V2 = 0, получим

.

Рисунок 7 – Выход из трубы

В этом случае потери определяются по скоростному напору до сопротивления.

Коэффициент сопротивления при внезапном сужении ξвс (рис. 8) может быть определен по приближенным формулам И. Е. Идельчика

Рисунок 8 – Внезапное сужение

При плавном сужении (конфузор) коэффициент сопротивления уменьшается в зависимости от угла конусности.

Вход из резервуара в трубу (рис. 9) можно приближенно рассматривать как резкое сужение от очень большого диаметра к очень малому (d2

studopedia.ru


Смотрите также