การคำนวณไฮดรอลิกของท่อสองท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน การคำนวณไฮดรอลิกของท่อแบบอิสระ การเชื่อมต่อท่ออย่างง่าย

พิจารณาการเคลื่อนที่ด้วยแรงดันสม่ำเสมอของของเหลวในท่อกลม ด้วยการเคลื่อนที่สม่ำเสมอ รูปร่างและพื้นที่ของหน้าตัดที่มีชีวิต ความเร็วการไหลเฉลี่ย และแผนภาพความเร็วตามความยาวจะไม่เปลี่ยนแปลง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ส่วนที่อยู่อาศัยจะมีลักษณะเป็นมิติเชิงเส้นหนึ่งมิติ - เส้นผ่านศูนย์กลาง เราขอเตือนคุณ: .

สูตรทั่วไปสำหรับการสูญเสียแรงดันตามความยาวมีรูปแบบดังนี้
.

สำหรับท่อกลม
.

สิ่งนี้ถูกสร้างขึ้นโดยการทดลอง สูตรดาร์ซี-ไวส์บาค- ค่าสัมประสิทธิ์ไร้มิติ เรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานไฮดรอลิก หรือสัมประสิทธิ์ดาร์ซี ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของไฮดรอลิกขึ้นอยู่กับความหยาบสัมพัทธ์ของท่อและหมายเลข Re
- เพื่อค้นหา มีสูตรเชิงประจักษ์ (ระบอบการปกครองแบบราบเรียบ - ช่วงเปลี่ยนผ่าน - ปั่นป่วน; ขอบเขตของท่อเรียบแบบไฮดรอลิก, ขอบเขตย่อยกำลังสอง, ขอบเขตกำลังสอง)

ด้วยการเคลื่อนที่ของของไหลสม่ำเสมอ ความเร็วการไหลเฉลี่ย ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงตามความยาวจากสูตร
เท่ากับ
- มาแสดงกันเถอะ
.

ค่าสัมประสิทธิ์ เรียกว่าสัมประสิทธิ์เชซี จำได้ว่ามีความลาดชันไฮดรอลิก
และเราได้รับ สูตรของเชซี่สำหรับความเร็วเฉลี่ยระหว่างการเคลื่อนที่สม่ำเสมอ

, ที่ไหน
.

การสูญเสียส่วนหัวตามความยาวโดยคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ Chezy
.

สัมประสิทธิ์ Chezy ตรงข้ามกับสัมประสิทธิ์ดาร์ซีไร้มิติ มีมิติ
- หนังสืออ้างอิงมีตารางค่าสัมประสิทธิ์ Chezy สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างๆและความหยาบต่างๆ มีสูตรเชิงประจักษ์มากมายในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์เชซี

เมื่อรู้สูตรสำหรับความเร็วการไหลเฉลี่ยแล้ว เราก็จะได้ สูตร Chezy สำหรับอัตราการไหลระหว่างการเคลื่อนที่สม่ำเสมอ
.

เมื่อคำนวณไปป์ไลน์มักจะวาดสมการเบอร์นูลลีสำหรับการไหลของของเหลวหนืดขึ้นมา เราได้รับความสูญเสียและความกดดันด้านความเร็วโดยละเลย
.

จำได้ว่ามีความลาดชันไฮดรอลิก
, ที่ไหน
- ให้เราแทนค่าที่พบของความชันไฮดรอลิกลงในสูตร Chezy สำหรับความเร็วการไหล

- การแก้สมการของความดัน
- ให้เราสังเกตในอนาคตว่าความดันเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว

มาเขียนสูตรของ Chezy สำหรับอัตราการไหลระหว่างการเคลื่อนที่สม่ำเสมอกัน
.

ให้เรารวมพารามิเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของไปป์ไลน์และนำเสนอในรูปแบบของลักษณะการไหลของไปป์ไลน์ที่เรียกว่า (โมดูลัสการไหล)
.

ลักษณะการไหล
หมายถึงอัตราการไหลในท่อที่กำหนดโดยมีความชันไฮดรอลิกเท่ากับหนึ่ง

แล้วการบริโภค
, ความดัน
.

ในขณะเดียวกันก็การบริโภค และลักษณะการบริโภค
จะต้องแสดงเป็นหน่วยเดียวกัน ตารางสำหรับการคำนวณไฮดรอลิกแสดงค่าของลักษณะการไหล
สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันที่มีความหยาบสัมพัทธ์ต่างกัน บนพื้นฐานนี้ไปป์ไลน์จะถูกคำนวณ "โดยใช้ตาราง"

มารับความคุ้มค่ากัน
โดยการคำนวณ ความชันไฮดรอลิกคือ 1 ซึ่งหมายความว่าการสูญเสียเท่ากับความยาว
- การสูญเสียความยาว
- จากที่นี่
.

;
.

ในพื้นที่กำลังสองของระบอบการปกครองที่ปั่นป่วน

ความคิดเห็น ด้วยการเคลื่อนที่ที่สม่ำเสมอ ความลาดชันของไฮดรอลิกและเพียโซเมตริกจะเท่ากัน หากละเลยความดันความเร็ว เราพบว่าเส้นความดันรวมและเส้นเพียโซเมตริกตรงกัน

การจำแนกประเภทท่อ

ไปป์ไลน์ธรรมดาคือไปป์ไลน์ที่ไม่มีกิ่งก้านและประกอบด้วยท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน

ต่อไปนี้เป็นสองตัวอย่างของไปป์ไลน์อย่างง่าย

การเคลื่อนที่ของของเหลวในท่อเกิดจากแรงดัน
เท่ากับความแตกต่างของความดันในแหล่งกักเก็บตัวป้อนและตัวรับ หรือความแตกต่างของความดันในแหล่งกักเก็บตัวป้อนและในกระแสที่ทางออกของท่อ หากไม่มีอ่างเก็บน้ำตัวรับ หากความแตกต่างของแรงดันที่ระบุไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป แสดงว่าการเคลื่อนไหวยังคงนิ่ง เราพิจารณาการคำนวณเฉพาะท่อที่มีการเคลื่อนไหวคงที่

การสูญเสียแรงดันในท่อถือได้ว่าเป็นผลรวมของการสูญเสียแรงเสียดทานตามความยาวของท่อและการสูญเสียความต้านทานในพื้นที่
.

ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของการสูญเสียตามความยาวและความต้านทานในพื้นที่ในจำนวนการสูญเสียทั้งหมดท่อจะถูกแบ่งออกเป็นแบบสั้นแบบไฮดรอลิกและแบบยาวแบบไฮดรอลิก

ในระบบไฮดรอลิคยาวๆ(หรือแค่ยาว) ไปป์ไลน์การสูญเสียส่วนหัวตามความยาวจะสูงกว่าการสูญเสียเฉพาะจุด (และส่วนหัวความเร็ว) มากจนไม่ได้คำนวณการสูญเสียเฉพาะจุด แต่จะถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของการสูญเสียตามความยาว

ในทางปฏิบัติเมื่อคำนวณท่อยาวจะพบการสูญเสียแรงดันตามความยาว จากนั้นนำการสูญเสียแรงดันในพื้นที่ทั้งหมดมาพิจารณา ซึ่งจะทำให้ค่าที่พบเพิ่มขึ้น บน
%.
.

ในท่อส่งน้ำมันแบบสั้นแบบไฮดรอลิก การสูญเสียแรงดันตามความยาวและการสูญเสียเฉพาะที่จะมีมูลค่าเทียบเคียงได้ เมื่อคำนวณท่อสั้นแบบไฮดรอลิกจะคำนึงถึงการสูญเสียแรงดันในพื้นที่และการสูญเสียตามความยาวด้วยและในสมดุลแรงดันจะคำนึงถึงแรงกดดันความเร็วในส่วนการไหล

การคำนวณทางไฮดรอลิกเมื่อพัฒนาโครงการท่อมีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อและแรงดันตกของการไหลของพาหะ การคำนวณประเภทนี้ดำเนินการโดยคำนึงถึงลักษณะของวัสดุโครงสร้างที่ใช้ในการผลิตไปป์ไลน์ประเภทและจำนวนองค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นระบบท่อ (ส่วนตรง, การเชื่อมต่อ, การเปลี่ยน, การโค้งงอ ฯลฯ ) ผลผลิตทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีสภาพแวดล้อมการทำงาน

ประสบการณ์เชิงปฏิบัติหลายปีในระบบท่อส่งก๊าซธรรมชาติแสดงให้เห็นว่าท่อที่มีหน้าตัดแบบกลมมีข้อได้เปรียบเหนือท่อด้วย ภาพตัดขวางรูปทรงเรขาคณิตอื่นๆ:

• อัตราส่วนขั้นต่ำของเส้นรอบวงต่อพื้นที่หน้าตัดเช่น ด้วยความสามารถที่เท่าเทียมกันในการรับรองการใช้สื่อต้นทุนของวัสดุฉนวนและป้องกันในการผลิตท่อที่มีหน้าตัดเป็นรูปวงกลมจะน้อยที่สุด
• หน้าตัดแบบกลมมีข้อได้เปรียบมากที่สุดสำหรับการเคลื่อนย้ายตัวกลางของเหลวหรือก๊าซจากมุมมองของอุทกพลศาสตร์
• รูปร่างหน้าตัดแบบวงกลมสามารถต้านทานความเค้นภายนอกและภายในได้สูงสุด
• กระบวนการทำท่อกลมนั้นค่อนข้างง่ายและราคาไม่แพง

การเลือกท่อตามเส้นผ่านศูนย์กลางและวัสดุนั้นดำเนินการตามข้อกำหนดการออกแบบที่ระบุโดยเฉพาะ กระบวนการทางเทคโนโลยี- ปัจจุบันองค์ประกอบไปป์ไลน์ได้รับมาตรฐานและมีเส้นผ่านศูนย์กลางรวมเป็นหนึ่งเดียว พารามิเตอร์ที่กำหนดเมื่อเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อคือแรงดันใช้งานที่อนุญาตซึ่งท่อจะดำเนินการ

พารามิเตอร์หลักที่กำหนดลักษณะของไปป์ไลน์คือ:

• เส้นผ่านศูนย์กลางตามเงื่อนไข (ระบุ) – D N;
• ความดันระบุ – P N ;
• แรงกดดันที่อนุญาต (มากเกินไป) ในการทำงาน
• วัสดุท่อ การขยายตัวเชิงเส้น การขยายตัวเชิงเส้นด้วยความร้อน
• คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของสภาพแวดล้อมการทำงาน
• ระบบท่อครบชุด (สาขา, การเชื่อมต่อ, องค์ประกอบการชดเชยการขยาย ฯลฯ );
• วัสดุฉนวนท่อ

เส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด (เจาะ) ของท่อ (ดี เอ็น)เป็นปริมาณไร้เงื่อนไขที่แสดงความสามารถในการไหลของท่อ ซึ่งมีค่าประมาณเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน พารามิเตอร์นี้ถูกนำมาพิจารณาเมื่อทำการปรับผลิตภัณฑ์ไปป์ไลน์ที่เกี่ยวข้อง (ท่อ, ส่วนโค้ง, ข้อต่อ ฯลฯ )

เส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุสามารถมีค่าได้ตั้งแต่ 3 ถึง 4,000 และถูกกำหนด: DN80.

เส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุตามคำจำกัดความเชิงตัวเลขจะสอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางจริงของบางส่วนของท่อโดยประมาณ ตัวเลขจะถูกเลือกในลักษณะที่ ปริมาณงานท่อเพิ่มขึ้น 60-100% เมื่อย้ายจากเส้นผ่านศูนย์กลางระบุก่อนหน้าไปยังเส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของไปป์ไลน์ นี่คือค่าที่ใกล้เคียงกับเส้นผ่านศูนย์กลางจริงของท่อมากที่สุด

แรงดันที่กำหนด (PN)เป็นปริมาณไร้มิติที่แสดงลักษณะของแรงดันสูงสุดของตัวกลางทำงานในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด ซึ่งสามารถใช้งานท่อในระยะยาวได้ที่อุณหภูมิ 20°C

ค่าความดันระบุได้รับการกำหนดตามการปฏิบัติระยะยาวและประสบการณ์การดำเนินงาน: ตั้งแต่ 1 ถึง 6300

ความดันเล็กน้อยสำหรับท่อที่มีคุณสมบัติที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยความดันที่ใกล้เคียงกับความดันที่สร้างขึ้นจริงมากที่สุด ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์ท่อทั้งหมดสำหรับท่อหลักที่กำหนดจะต้องสอดคล้องกับแรงดันเดียวกัน ความหนาของผนังท่อคำนวณโดยคำนึงถึงค่าความดันที่ระบุ

หลักการพื้นฐานของการคำนวณไฮดรอลิก

ตัวกลางที่ใช้งาน (ของเหลว ก๊าซ ไอน้ำ) ที่ถูกส่งโดยไปป์ไลน์ที่ได้รับการออกแบบ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีพิเศษ เป็นตัวกำหนดลักษณะของการไหลของตัวกลางในไปป์ไลน์นี้ หนึ่งในตัวบ่งชี้หลักที่แสดงลักษณะของสื่อการทำงานคือความหนืดไดนามิกโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดไดนามิก - μ

วิศวกรและนักฟิสิกส์ ออสบอร์น เรย์โนลด์ส (ไอร์แลนด์) ผู้ศึกษาการไหลของสื่อต่างๆ ได้ทำการทดสอบหลายครั้งในปี พ.ศ. 2423 ซึ่งเป็นผลมาจากแนวคิดของเกณฑ์เรย์โนลด์ส (Re) ซึ่งได้มาซึ่งเป็นปริมาณไร้มิติที่อธิบายธรรมชาติของ การไหลของของไหลในท่อ เกณฑ์นี้คำนวณโดยใช้สูตร:

เกณฑ์ของเรย์โนลด์ส (Re) ให้แนวคิดเกี่ยวกับอัตราส่วนของแรงเฉื่อยต่อแรงเสียดทานที่มีความหนืดในการไหลของของไหล ค่าของเกณฑ์บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนของแรงเหล่านี้ซึ่งในทางกลับกันจะส่งผลต่อธรรมชาติของการไหลของพาหะในไปป์ไลน์ เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะโหมดการไหลของของเหลวในท่อต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับค่าของเกณฑ์นี้:

• การไหลแบบราบเรียบ (Re<2300), при котором носитель-жидкость движется тонкими слоями, практически не смешивающимися друг с другом;
• โหมดการเปลี่ยนผ่าน (2300
• การไหลแบบปั่นป่วน (Re>4000) เป็นโหมดที่เสถียรซึ่งในแต่ละจุดของการไหลจะมีการเปลี่ยนแปลงทิศทางและความเร็ว ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การปรับความเร็วการไหลให้เท่ากันตลอดปริมาตรของท่อ

เกณฑ์ของ Reynolds ขึ้นอยู่กับแรงดันที่ปั๊มสูบของเหลว ความหนืดของตัวกลางที่อุณหภูมิใช้งาน และขนาดทางเรขาคณิตของท่อที่ใช้ (d, ความยาว) เกณฑ์นี้เป็นพารามิเตอร์ความคล้ายคลึงกันสำหรับการไหลของของไหลดังนั้นเมื่อใช้งานแล้วจึงเป็นไปได้ที่จะจำลองกระบวนการทางเทคโนโลยีจริงในระดับที่ลดลงซึ่งสะดวกเมื่อทำการทดสอบและการทดลอง

เมื่อทำการคำนวณและการคำนวณโดยใช้สมการ ส่วนหนึ่งของปริมาณที่ไม่ทราบที่กำหนดสามารถนำมาจากแหล่งอ้างอิงพิเศษได้ ศาสตราจารย์ วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต F.A. Shevelev พัฒนาตารางจำนวนหนึ่งเพื่อคำนวณความจุของท่ออย่างแม่นยำ ตารางประกอบด้วยค่าของพารามิเตอร์ที่กำหนดลักษณะทั้งไปป์ไลน์ (ขนาดวัสดุ) และความสัมพันธ์กับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของตัวพา นอกจากนี้ วรรณกรรมยังจัดให้มีตารางค่าโดยประมาณของอัตราการไหลของของเหลว ไอน้ำ และก๊าซในท่อในส่วนต่างๆ

การเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เหมาะสมที่สุด

การกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่เหมาะสมที่สุดคือปัญหาการผลิตที่ซับซ้อน ซึ่งการแก้ปัญหานั้นขึ้นอยู่กับชุดของเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกันต่างๆ (ทางเทคนิคและเศรษฐกิจ ลักษณะสภาพแวดล้อมการทำงานและวัสดุของท่อ พารามิเตอร์ทางเทคโนโลยี ฯลฯ) ตัวอย่างเช่นการเพิ่มความเร็วของการไหลของปั๊มทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อลดลงซึ่งให้อัตราการไหลของตัวกลางที่ระบุโดยเงื่อนไขของกระบวนการซึ่งส่งผลให้ต้นทุนวัสดุลดลงการติดตั้งและซ่อมแซมท่อที่ถูกกว่า ฯลฯ ในทางกลับกัน อัตราการไหลที่เพิ่มขึ้นทำให้สูญเสียแรงกดดัน ซึ่งต้องใช้พลังงานและต้นทุนทางการเงินเพิ่มเติมในการสูบน้ำตามปริมาณที่กำหนด

ค่าของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เหมาะสมที่สุดคำนวณโดยใช้สมการความต่อเนื่องของการไหลที่แปลงแล้ว โดยคำนึงถึงอัตราการไหลของตัวกลางที่กำหนด:

ในการคำนวณทางไฮดรอลิก อัตราการไหลของของเหลวที่ถูกสูบมักถูกระบุตามเงื่อนไขของปัญหา ค่าของอัตราการไหลของตัวกลางที่สูบจะพิจารณาจากคุณสมบัติของตัวกลางที่กำหนดและข้อมูลอ้างอิงที่เกี่ยวข้อง (ดูตาราง)

สมการความต่อเนื่องของการไหลที่แปลงแล้วสำหรับการคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางการทำงานของท่อมีรูปแบบ:

การคำนวณแรงดันตกและความต้านทานไฮดรอลิก

การสูญเสียแรงดันของเหลวทั้งหมดรวมถึงการสูญเสียสำหรับการไหลเพื่อเอาชนะอุปสรรคทั้งหมด: การมีอยู่ของปั๊ม, กาลักน้ำ, วาล์ว, ข้อศอก, ส่วนโค้ง, ระดับความแตกต่างเมื่อไหลไหลผ่านท่อที่อยู่ในมุม ฯลฯ คำนึงถึงการสูญเสียเนื่องจากการต้านทานในท้องถิ่นเนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อการสูญเสียแรงดันคือการเสียดสีระหว่างการเคลื่อนที่ของกระแสกับผนังท่อซึ่งมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานไฮดรอลิก

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานไฮดรอลิก แล ขึ้นอยู่กับโหมดการไหลและความหยาบของวัสดุผนังท่อ ความหยาบหมายถึงข้อบกพร่องและความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวด้านในของท่อ มันสามารถเป็นแบบสัมบูรณ์และแบบสัมพัทธ์ได้ ความหยาบจะแตกต่างกันไปตามรูปร่างและไม่สม่ำเสมอตลอดพื้นที่ผิวของท่อ ดังนั้นการคำนวณจึงใช้แนวคิดเรื่องความหยาบเฉลี่ยพร้อมปัจจัยแก้ไข (k1) คุณลักษณะนี้สำหรับไปป์ไลน์เฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับวัสดุ, ระยะเวลาของการดำเนินงาน, การมีอยู่ของข้อบกพร่องในการกัดกร่อนต่างๆ และเหตุผลอื่น ๆ ค่าที่กล่าวถึงข้างต้นมีไว้สำหรับการอ้างอิง

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน เลขเรย์โนลด์ส และความหยาบถูกกำหนดโดยแผนภาพมูดี้ส์

ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำเชี่ยวนั้นยังใช้สมการของโคลบรูค - ไวท์ด้วยการใช้ซึ่งคุณสามารถสร้างการพึ่งพาแบบกราฟิกด้วยสายตาซึ่งกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน:

การคำนวณยังใช้สมการอื่นในการคำนวณการสูญเสียส่วนหัวของแรงเสียดทานโดยประมาณ หนึ่งในวิธีที่สะดวกและใช้บ่อยที่สุดในกรณีนี้คือสูตรดาร์ซี-ไวส์บาค การสูญเสียแรงดันจากแรงเสียดทานถือเป็นฟังก์ชันของความเร็วของไหลตั้งแต่ความต้านทานของท่อไปจนถึงการเคลื่อนที่ของของไหล ซึ่งแสดงผ่านค่าความหยาบผิวของผนังท่อ:

การสูญเสียแรงดันเนื่องจากการเสียดสีกับน้ำคำนวณโดยใช้สูตร Hazen-Williams:

การคำนวณการสูญเสียแรงดัน

แรงดันใช้งานในท่อคือแรงดันส่วนเกินที่สูงกว่าซึ่งรับประกันโหมดที่ระบุของกระบวนการทางเทคโนโลยี ค่าความดันต่ำสุดและสูงสุดตลอดจนคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของตัวกลางทำงานเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดเมื่อคำนวณระยะห่างระหว่างปั๊มที่สูบตัวกลางและกำลังการผลิต

การคำนวณความสูญเสียเนื่องจากแรงดันตกในท่อดำเนินการตามสมการ:

ตัวอย่างปัญหาการคำนวณไฮดรอลิกของท่อพร้อมวิธีแก้ไข

ปัญหาที่ 1

น้ำจะถูกสูบเข้าไปในอุปกรณ์ที่มีแรงดัน 2.2 บาร์ผ่านท่อแนวนอนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประสิทธิผล 24 มม. จากสถานที่จัดเก็บแบบเปิด ระยะห่างถึงตัวเครื่อง 32 ม. อัตราการไหลของของเหลวตั้งไว้ที่ 80 ม.3/ชม. ส่วนหัวทั้งหมดคือ 20 ม. ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ยอมรับได้คือ 0.028

คำนวณการสูญเสียแรงดันของเหลวเนื่องจากความต้านทานภายในในไปป์ไลน์นี้

ข้อมูลเริ่มต้น:

อัตราการไหล Q = 80 ม.3 /ชั่วโมง = 80 1/3600 = 0.022 ม.3 /วินาที;

เส้นผ่านศูนย์กลางที่มีประสิทธิภาพ d = 24 มม.

ความยาวท่อ ล. = 32 ม.

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน lam = 0.028;

ความดันในเครื่อง P = 2.2 bar = 2.2·10 5 Pa;

รวมหัว H = 20 ม.

การแก้ปัญหา:

ความเร็วของการไหลของน้ำในท่อคำนวณโดยใช้สมการที่แก้ไขแล้ว:

w=(4·Q) / (π·d 2) = ((4·0.022) / (3.14·2)) = 48.66 เมตร/วินาที

การสูญเสียแรงดันของเหลวในท่อเนื่องจากแรงเสียดทานถูกกำหนดโดยสมการ:

H T = (แลมล.) / (ง ) = (0.028 32) / (0.024 2) / (2 · 9.81) = 0.31 ม.

การสูญเสียแรงดันรวมของตัวพาคำนวณโดยใช้สมการและเป็น:

ชั่วโมง p = H - [(p 2 -p 1)/(ρ g)] - H g = 20 - [(2.2-1) 10 5)/(1,000 9.81)] - 0 = 7.76 ม.

การสูญเสียแรงดันเนื่องจากความต้านทานเฉพาะที่ถูกกำหนดให้เป็นความแตกต่าง:

7.76 - 0.31=7.45 ม

คำตอบ: การสูญเสียแรงดันน้ำเนื่องจากความต้านทานในพื้นที่คือ 7.45 ม.

ปัญหาที่ 2

น้ำถูกส่งผ่านท่อแนวนอนโดยปั๊มแรงเหวี่ยง การไหลในท่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 2.0 เมตร/วินาที หัวรวม 8 ม.

ค้นหาความยาวขั้นต่ำของท่อตรงที่มีวาล์วหนึ่งตัวติดตั้งอยู่ตรงกลาง น้ำถูกดึงมาจากสถานที่จัดเก็บแบบเปิด จากท่อน้ำจะไหลตามแรงโน้มถ่วงไปยังภาชนะอื่น เส้นผ่านศูนย์กลางการทำงานของท่อคือ 0.1 ม. ความหยาบสัมพัทธ์อยู่ที่ 4·10 -5

ข้อมูลเริ่มต้น:

อัตราการไหลของของไหล W = 2.0 ม./วินาที;

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ d = 100 มม.

รวมหัว H = 8 ม.;

ความหยาบสัมพัทธ์ 4·10 -5

การแก้ปัญหา:

จากข้อมูลอ้างอิง ในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.1 ม. ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานเฉพาะสำหรับวาล์วและทางออกของท่อคือ 4.1 และ 1 ตามลำดับ

ค่าของความดันความเร็วถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

ก 2 /(2 ก.) = 2.0 2 /(2 9.81) = 0.204 ม.

การสูญเสียแรงดันน้ำเนื่องจากความต้านทานในท้องถิ่นจะเป็นดังนี้:

∑ζ MS = (4.1+1) 0.204 = 1.04 ม.

การสูญเสียแรงดันรวมของตัวพาเนื่องจากความต้านทานแรงเสียดทานและความต้านทานเฉพาะที่คำนวณโดยใช้สมการของแรงดันรวมสำหรับปั๊ม (ความสูงทางเรขาคณิต Hg ตามเงื่อนไขของปัญหาเท่ากับ 0):

ชั่วโมง p = H - (p 2 -p 1)/(ρ g) - = 8 - ((1-1) 10 5)/(1,000 9.81) - 0 = 8 ม.

ค่าผลลัพธ์ของการสูญเสียแรงดันของตัวพาเนื่องจากแรงเสียดทานจะเป็น:

8-1.04 = 6.96 ม

ลองคำนวณค่าของเลขเรย์โนลด์สสำหรับสภาวะการไหลที่กำหนด (ค่าความหนืดไดนามิกของน้ำคือ 1·10 -3 Pa·s ความหนาแน่นของน้ำคือ 1,000 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร):

เรื่อง = (w d ρ)/μ = (2.0 0.1 1,000)/(1 10 -3) = 200000

ตามค่าที่คำนวณได้ของ Re ด้วย 2320

แล = 0.316/รอบ 0.25 = 0.316/200000 0.25 = 0.015

ลองแปลงสมการและค้นหาความยาวท่อที่ต้องการจากสูตรการคำนวณการสูญเสียแรงดันเนื่องจากแรงเสียดทาน:

l = (H รอบ · d) / (แล ·) = (6.96 · 0.1) / (0.016 · 0.204) = 213.235 ม.

คำตอบ: ความยาวท่อที่ต้องการคือ 213.235 ม.

ปัญหา 3

ในการผลิต น้ำจะถูกขนส่งที่อุณหภูมิการทำงาน 40°C โดยมีอัตราการไหลของการผลิต Q = 18 ลบ.ม./ชั่วโมง ความยาวท่อตรง l = 26 ม. วัสดุ - เหล็ก ความหยาบสัมบูรณ์ (ε) สำหรับเหล็กนำมาจากแหล่งอ้างอิงและมีค่าเท่ากับ 50 µm ถ้าแรงดันตกในส่วนนี้ไม่เกิน Δp = 0.01 mPa (ΔH = 1.2 ม. สำหรับน้ำ) จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่าใด ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะถือว่าเป็น 0.026

ข้อมูลเริ่มต้น:

อัตราการไหล Q = 18 ลบ.ม. /ชั่วโมง = 0.005 ลบ.ม. /วินาที;

ความยาวท่อ ล.=26 ม.;

สำหรับน้ำ ρ = 1,000 กก./ลบ.ม. 3, μ = 653.3·10 -6 Pa·s (ที่ T = 40°C);

ความหยาบของท่อเหล็ก ε = 50 µm;

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน γ = 0.026;

∆p=0.01 เมกะปาสคาล;

การแก้ปัญหา:

การใช้รูปแบบของสมการความต่อเนื่อง W=Q/F และสมการพื้นที่การไหล F=(π d²)/4 เราแปลงนิพจน์ Darcy–Weisbach:

∆H = แลมบ์ดา l/d W²/(2 ก.) = แลมบ์ดา / d Q²/(2 ก. F²) = แลม [(l Q²)/(2 d ก. [ (π·d²)/4]²)] = = (8·l·Q²)/(g·π²)·แล/d 5 = (8·26·0.005²)/(9.81·3.14²) แล/d 5 = 5.376 10 -5 แล/d 5

แสดงเส้นผ่านศูนย์กลาง:

วัน 5 = (5.376 · 10 -5 แลมบ์ดา)/∆H = (5.376 · 10 -5 · 0.026)/1.2 = 1.16 · 10 -6

d = 5 √1.16·10 -6 = 0.065 ม.

คำตอบ: เส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เหมาะสมที่สุดคือ 0.065 ม.

ปัญหาที่ 4

ท่อสองท่อได้รับการออกแบบเพื่อขนส่งของเหลวไม่มีความหนืดด้วยความจุที่คาดหวังที่ Q 1 = 18 m 3 /ชั่วโมง และ Q 2 = 34 m 3 /ชั่วโมง ท่อสำหรับท่อทั้งสองจะต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน

กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางที่มีประสิทธิภาพของท่อ d ให้เหมาะสมกับสภาวะของปัญหานี้

ข้อมูลเริ่มต้น:

Q 1 = 18 ลบ.ม. /ชั่วโมง;

Q 2 = 34 ลบ.ม. / ชม.

การแก้ปัญหา:

ให้เรากำหนดช่วงที่เป็นไปได้ของเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมที่สุดสำหรับท่อที่ออกแบบโดยใช้รูปแบบที่แปลงแล้วของสมการการไหล:

d = √(4·Q)/(π·W)

เราจะค้นหาค่าของความเร็วการไหลที่เหมาะสมที่สุดจากข้อมูลตารางอ้างอิง สำหรับของเหลวไม่มีความหนืด ความเร็วการไหลจะอยู่ที่ 1.5 – 3.0 เมตร/วินาที

สำหรับไปป์ไลน์แรกที่มีอัตราการไหล Q 1 = 18 m 3 / ชั่วโมง เส้นผ่านศูนย์กลางที่เป็นไปได้จะเป็น:

วัน 1 นาที = √(4 18)/(3600 3.14 1.5) = 0.065 ม.

d 1max = √(4 18)/(3600 3.14 3.0) = 0.046 ม.

สำหรับท่อที่มีอัตราการไหล 18 ม.3/ชม. ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัดตั้งแต่ 0.046 ถึง 0.065 ม. จะเหมาะสม

ในทำนองเดียวกันเรากำหนดค่าที่เป็นไปได้ของเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมที่สุดสำหรับไปป์ไลน์ที่สองด้วยอัตราการไหล Q 2 = 34 ม. 3 / ชั่วโมง:

วัน 2 นาที = √(4 34)/(3600 3.14 1.5) = 0.090 ม.

d 2max = √(4 34)/(3600 3.14 3) = 0.063 ม.

สำหรับท่อที่มีอัตราการไหล 34 ม.3/ชั่วโมง เส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมที่สุดที่เป็นไปได้คือตั้งแต่ 0.063 ถึง 0.090 ม.

จุดตัดของเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมที่สุดสองช่วงอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.063 ม. ถึง 0.065 ม.

คำตอบ: สำหรับท่อสองท่อเหมาะสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.063–0.065 ม.

ปัญหาที่ 5

ในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.15 ม. ที่อุณหภูมิ T = 40°C มีอัตราการไหลของน้ำ 100 ม.3 /ชม. กำหนดรูปแบบการไหลของน้ำในท่อ

ที่ให้ไว้:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ d = 0.25 ม.

อัตราการไหล Q = 100 ลบ.ม. /ชม.;

μ = 653.3·10 -6 Pa·s (ตามตารางที่ T = 40°C)

ρ = 992.2 กก./ลบ.ม. (ตามตารางที่ T = 40°C)

การแก้ปัญหา:

โหมดการไหลของพาหะถูกกำหนดโดยค่าของเลขเรย์โนลด์ส (Re) ในการคำนวณ Re เราจะหาความเร็วของการไหลของของไหลในท่อ (W) โดยใช้สมการการไหล:

W = Q 4/(π d²) = = 0.57 ม./วินาที

ค่าของหมายเลข Reynolds ถูกกำหนดโดยสูตร:

เรื่อง = (ρ·W·d)/μ = (992.2·0.57·0.25) / (653.3·10 -6) = 216422

ค่าวิกฤตของเกณฑ์ Re cr ตามข้อมูลอ้างอิงมีค่าเท่ากับ 4000 ค่าที่ได้รับของ Re มากกว่าค่าวิกฤติที่ระบุ ซึ่งบ่งชี้ลักษณะความปั่นป่วนของการไหลของของไหลภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

คำตอบ: โหมดการไหลของน้ำเป็นแบบปั่นป่วน

เมื่อคำนวณท่อแรงดัน งานหลักคือการกำหนดปริมาณงาน (อัตราการไหล) หรือการสูญเสียแรงดันในส่วนใดส่วนหนึ่งตลอดจนความยาวทั้งหมดหรือเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่อัตราการไหลและการสูญเสียแรงดันที่กำหนด .

ในทางปฏิบัติท่อจะแบ่งออกเป็น สั้นและ ยาว- รายการแรกรวมถึงท่อทั้งหมดที่สูญเสียแรงดันในพื้นที่เกิน 5...10% ของการสูญเสียแรงดันตามความยาว เมื่อคำนวณท่อดังกล่าวต้องคำนึงถึงการสูญเสียแรงดันในความต้านทานภายในด้วย ซึ่งรวมถึงท่อส่งน้ำมันแบบปริมาตร

ประเภทที่สอง ได้แก่ ท่อที่มีการสูญเสียในพื้นที่น้อยกว่า 5...10% ของการสูญเสียแรงดันตามความยาว การคำนวณดำเนินการโดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียในท้องถิ่น ท่อดังกล่าวได้แก่ ท่อส่งน้ำหลัก และท่อส่งน้ำมัน เป็นต้น

เมื่อคำนึงถึงรูปแบบการทำงานของไฮดรอลิกของท่อยาวก็สามารถแบ่งออกเป็นได้ เรียบง่ายและ ซับซ้อน- Simple เรียกว่าไปป์ไลน์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมของส่วนเดียวกันหรือส่วนต่าง ๆ ที่ไม่มีสาขาใด ๆ ไปป์ไลน์ที่ซับซ้อนรวมถึงระบบท่อที่มีหนึ่งสาขาขึ้นไป, สาขาขนาน ฯลฯ ท่อส่งวงแหวนที่เรียกว่าก็ซับซ้อนเช่นกัน

เหล่านั้น. การสูญเสียแรงดันในท่อคู่ขนานจะเท่ากัน สามารถแสดงเป็นเงื่อนไขทั่วไปในแง่ของต้นทุนที่เกี่ยวข้องได้ดังนี้:

Σ ชม. 1 = เค 1 ถาม 1ม.; Σ ชม. 2 = เค 2 ถาม 2ม.; Σ ชม. 3 = เค 3 ถาม 3 ม

ที่ไหน เคและ ม- กำหนดขึ้นอยู่กับระบอบการไหล

กฎต่อไปนี้ตามมาจากสมการสองสมการสุดท้าย: เพื่อสร้างลักษณะของการเชื่อมต่อแบบขนานของหลายไปป์ไลน์ คุณควรเพิ่ม abscissas (อัตราการไหล) ของคุณสมบัติของไปป์ไลน์เหล่านี้ด้วยพิกัดเดียวกัน (Σ ชม.- ตัวอย่างของการก่อสร้างดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 1 6.3 ข.

การเชื่อมต่อแบบแยกสาขา - การเชื่อมต่อแบบแยกสาขาคือชุดของไปป์ไลน์ธรรมดาหลาย ๆ เส้นที่มีหน้าตัดร่วมกันเพียงจุดเดียว - สถานที่ที่ท่อแตกแขนง (หรือเชื่อมต่อ)

ข้าว. 6.5. ไปป์ไลน์แบบแยกสาขา

ให้ไปป์ไลน์หลักมีสาขาเป็นหน้าตัด มมซึ่งตัวอย่างเช่นมีสามท่อขยายออกไป 1 , 2 และ 3 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน โดยมีความต้านทานเฉพาะที่ต่างกัน (รูปที่ 6.5, a) ความสูงทางเรขาคณิต ซี 1, ซี 2และ ซี 3ส่วนสุดท้ายและความกดดัน ป 1, ป2และ ป 3พวกเขาจะแตกต่างออกไปด้วย

เช่นเดียวกับไปป์ไลน์แบบขนาน อัตราการไหลทั้งหมดในไปป์ไลน์หลักจะเท่ากับผลรวมของอัตราการไหลในแต่ละไปป์ไลน์:

ถาม = คำถาม 1 = คำถาม 2 = คำถาม 3

ต้องเขียนสมการเบอร์นูลลีสำหรับส่วนนี้แล้ว มมและส่วนสุดท้าย เช่น ไปป์ไลน์แรก เราได้มา (โดยละเลยความแตกต่างของความสูงของความเร็ว)

แสดงผลรวมของสองเทอมแรกด้วย ซและแสดงเทอมที่สามในแง่ของอัตราการไหล (ดังที่ทำในย่อหน้าที่ 6.1) ที่เราได้รับ

H M = H st 1 + KQ 1 ม

ในทำนองเดียวกัน สำหรับอีกสองไปป์ไลน์ที่เราสามารถเขียนได้

H M = H st 2 + KQ 2 ม

H M = H st 3 + KQ 3 ม

ดังนั้นเราจึงได้ระบบสมการสี่สมการโดยไม่ทราบค่าสี่ค่า: คำถามที่ 1, คำถามที่ 2และ คำถามที่ 3และ เอช เอ็ม.

การสร้างเส้นโค้งแรงดันที่ต้องการสำหรับท่อแบบแยกจะดำเนินการโดยการเพิ่มเส้นโค้งแรงดันที่ต้องการสำหรับกิ่งก้านตามกฎสำหรับการเพิ่มลักษณะของท่อคู่ขนาน (รูปที่ 6.5, b) - การเพิ่ม abscissas ( ถาม) ที่มีลำดับเดียวกัน ( เอช เอ็ม- เส้นโค้งแรงดันที่ต้องการสำหรับกิ่งก้านจะมีเครื่องหมายกำกับไว้ด้วยตัวเลข 1 , 2 และ 3 และเส้นโค้งรวมของแรงกดที่ต้องการสำหรับทั้งกิ่งจะแสดงด้วยตัวอักษร เอบีซีดี- จากกราฟแสดงว่าเงื่อนไขในการจ่ายของเหลวให้ทุกสาขามีความไม่เท่าเทียมกัน H M > H st1.

การเคลื่อนที่ของของเหลวในท่อถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างแรงกดดันสองประการ: ความดันก่อนเข้าสู่ท่อและความดันที่ทางออก อย่างไรก็ตาม ถ้าระนาบเปรียบเทียบถูกรวมเข้ากับพื้นผิวอิสระของของเหลวในพีโซมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับส่วนทางออก พลังงานศักย์จำเพาะของส่วนทางออกเมื่อเทียบกับระนาบเปรียบเทียบจะเท่ากับศูนย์ ในปัญหาเชิงปฏิบัติส่วนใหญ่ พลังงานจลน์ในส่วนทางออกมีน้อยมากหรือไม่เป็นที่สนใจสำหรับการคำนวณ ดังนั้นปริมาณหลักที่กำหนดการเคลื่อนที่ของของเหลวในท่อคือความดันในส่วนเริ่มต้นที่สัมพันธ์กับระดับของเหลวในเครื่องวัดพายโซมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับส่วนทางออก ความกดดันนี้เรียกว่า แรงกดดันในการออกแบบไปป์ไลน์

ขนาดของแรงดันการออกแบบสามารถประมาณได้ดังนี้ โดยทั่วไปแล้ว ความแตกต่างระหว่างพลังงานของหน้าตัดด้านอินพุตและเอาต์พุต

โดยทั่วไปแล้ว ของเหลวจะเข้าสู่ท่อจากถังหรืออ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่จนถือว่าความเร็วก่อนเข้านั้นน้อยมาก พลังงานจลน์ที่เอาต์พุตตามที่ระบุไว้แล้วก็สามารถละเลยได้เช่นกัน นอกจากนี้หากทั้งสองส่วนสื่อสารกับบรรยากาศ (ตามปกติ) แล้ว - แล้ว

นั่นคือในกรณีง่าย ๆ นี้ ความดันการออกแบบคือความแตกต่างในความสูงทางเรขาคณิตของจุดศูนย์ถ่วงของส่วนทางเข้าและทางออกของท่อ

ให้เราพิจารณารูปแบบการคำนวณก่อน เรียบง่ายไปป์ไลน์นั่นคือไปป์ไลน์ที่ไม่มีสาขา ท่อดังกล่าวสามารถจ่ายน้ำจากถังแรงดันหนึ่งไปยังอีกถังหนึ่งหรือจากคลอง (อ่างเก็บน้ำ) ไปยังจุดที่น้ำจากแหล่งน้ำไหลลงสู่ชั้นบรรยากาศโดยตรง

ความยาวท่อ ลและเส้นผ่านศูนย์กลาง งจะเป็นแนวนอนหรือแนวเอียงก็ได้มีกระแสไหลผ่าน ถาม(รูปที่ 6.1)

มาสร้างสมการของเบอร์นูลลีสำหรับสองส่วน: หนึ่งในนั้น 1 –1 เกิดขึ้นพร้อมกับพื้นผิวว่างของน้ำในถัง ฯลฯ 2 –2 ผ่านทางออกของท่อ เราวาดระนาบเปรียบเทียบ 0–0 ผ่านกึ่งกลางของส่วนทางออกของท่อ สมการของเบอร์นูลลีจะเขียนเป็น

.

ระนาบการเปรียบเทียบถูกลากผ่านกึ่งกลางของส่วนทางออกนั่นคือ z 1 = ชม, z 2 = 0 ความดันในทั้งสองส่วนเท่ากับบรรยากาศ: - ระดับของเหลวในถังจึงคงที่

สำหรับท่อยาว พลังงานจลน์ของของเหลวในส่วนทางออกจะมีน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาณของการสูญเสีย ซึ่งสามารถละเลยได้ในลักษณะเดียวกับการสูญเสียในท้องถิ่น เมื่อคำนึงถึงทั้งหมดนี้ จากสมการเบอร์นูลลีที่เราได้รับ

.

(6.1)

อัตราส่วนนี้หมายความว่าแรงดันที่มีอยู่เกือบทั้งหมดถูกใช้ไปกับการเอาชนะความต้านทานแรงเสียดทานตามความยาวของท่อ หากต้องการทราบค่าความดันที่ต้องการ ควรคำนวณการสูญเสียพลังงานตามความยาวของท่อ การคำนวณท่อส่งยาวขึ้นอยู่กับตำแหน่งนี้

การสูญเสียที่กระจายตามความยาวของไปป์ไลน์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร (5.2) - สูตร Weisbach–Darcy:

.

ความเร็วของการเคลื่อนที่ของของไหลผ่านไปป์ไลน์ในระบบการไหลแบบปั่นป่วนที่พัฒนาอย่างเต็มที่นั่นคือในกรณีของการต้านทานกำลังสองถูกกำหนดโดยสูตร (4.7) - สูตรของ Chezy:

จากนั้นการไหลของของไหลจะถูกกำหนดเป็น

คอมเพล็กซ์แสดงปริมาณการไหลของของไหลที่ท่อดังกล่าวสามารถผ่านได้ด้วยความลาดชันของไฮดรอลิกเท่ากับหนึ่ง ปริมาณนี้เรียกว่า โมดูลการไหลท่อ นึกถึงนิพจน์สำหรับความชันไฮดรอลิก ฉันด้วยการไหลสม่ำเสมอ

และเมื่อใช้การกำหนดโมดูลการไหล เราจะได้สูตรที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียพลังงานและการไหลของของไหล:

.

(6.2)

โมดูลัสการไหลของท่อสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางและระดับความหยาบ ใช้สูตรแมนนิ่ง (4.9) เป็นค่าสัมประสิทธิ์ คและเมื่อคำนึงถึงค่ารัศมีไฮดรอลิกของท่อกลมแล้วเราสามารถเขียนได้

.

สำหรับท่อที่ผลิตทางอุตสาหกรรมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐาน (ช่วง) ค่าของโมดูลัสการไหล เคคำนวณและเรียบเรียงเป็นหนังสืออ้างอิงไฮดรอลิก

ดังนั้นสูตรพื้นฐานสำหรับปัญหาทั้งสามประเภทที่เกิดขึ้นเมื่อคำนวณไปป์ไลน์อย่างง่ายสามารถรับได้จากสูตร (6.2) โดยคำนึงถึงสูตรบัญชี (6.1) นั่นคือโดยใช้ค่าการสูญเสียพลังงานเป็นความดันการออกแบบ:

	,	(6.3)
	,	(6.4)
	.	(6.5)

ขั้นตอนการคำนวณปัญหาประเภทแรก (การกำหนดแรงดันที่ต้องการ) มีดังต่อไปนี้

1. ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่รู้จัก คำนวณพื้นที่หน้าตัดและความเร็วการไหลเฉลี่ย

2. คำนวณหมายเลข Reynolds

3. ตามวัสดุและสภาพของท่อ (ใหม่หรือใช้แล้ว) ความหยาบจะถูกกำหนดโดยใช้ตารางไฮดรอลิก

4. จากการคำนวณจำนวน Re และความหยาบจากกราฟของ Nikuradze จะพิจารณาว่ากรณีใดที่เกิดความต้านทานตามความยาว ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถเลือกประเภทของสูตรในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ได้ ค.

5. ค่าของโมดูลการไหลคำนวณหรือกำหนดจากตารางไฮดรอลิก เค.

6. ด้วยการรู้จัก ถาม, ลและ เคสูตร (6.3) ใช้หาค่าความดัน มักจะพบคุณค่าในลักษณะนี้ ชมเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (2–5%) เพื่อเผื่อส่วนต่างสำหรับการสูญเสียในท้องถิ่นที่ไม่สามารถนับได้

ในปัญหาประเภทที่สอง (การกำหนดการไหล) ในตอนแรกเป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณความเร็ว คำนวณจำนวนเรย์โนลด์ส และกำหนดกฎความต้านทานตามความยาวของท่อ ในปัญหาประเภทที่สาม (การคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการ) ยังไม่ทราบลักษณะความหยาบเริ่มต้นของไปป์ไลน์ ปัญหาดังกล่าวได้รับการแก้ไขโดยการประมาณต่อเนื่องซึ่งในการคำนวณเบื้องต้นจะดำเนินการโดยการระบุค่าเริ่มต้นบางส่วนของพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จัก หลังจากได้รับผลลัพธ์แล้ว สมมติฐานเบื้องต้นจะได้รับการแก้ไขและทำการคำนวณซ้ำ เมื่อใช้ความสามารถของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์สมัยใหม่วิธีการเหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดปัญหาพื้นฐาน

หากพิจารณาท่อที่มีความเร็วการไหลสูงและความหยาบที่มีนัยสำคัญ สิ่งนี้จะทำให้เราสามารถสันนิษฐานว่ามีกฎความต้านทานกำลังสองได้อย่างมั่นใจ จากนั้นเมื่อใช้สูตร Chezy, Pavlovsky หรือ Manning คุณสามารถแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้โดยไม่ต้องเลือก

ท่อแบ่งออกเป็นแบบสั้นและแบบยาว หากการสูญเสียรวมในแนวต้านท้องถิ่นน้อยกว่า 5% ของการสูญเสียทั้งหมด ไปป์ไลน์ดังกล่าวจะถือว่ายาว (∑h< 5%). Если суммарные потери в местных сопротивлениях больше 5% от суммарных потерь – короткий трубопровод. По способам гидравлического расчета трубопроводы делятся на простые и сложные. Простым называется трубопровод, со­стоящий из одной линии труб постоянного или переменного се­чения без ответвлений. Отличительной особенностью простого трубопровода является постоянство расхода в любом сечении по всей длине. Сложными называются трубопроводы, содержащие какие-либо ответвления (параллельное соединение труб или раз­ветвление). Всякий сложный трубопровод можно рассматривать как совокупность нескольких простых трубопроводов, соединен­ных между собой параллельно или последовательно. Поэтому в основе расчета любого трубопровода лежит задача о расчете простого трубопровода.

การเคลื่อนที่ของของเหลวในท่อแรงดันเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงาน (ความดัน) ที่จุดเริ่มต้นของท่อมากกว่าจุดสิ้นสุด ระดับพลังงานที่แตกต่างกันนี้เกิดขึ้นได้หลายวิธี: โดยการทำงานของปั๊ม เนื่องจากความแตกต่างของระดับของเหลว แรงดันแก๊ส ฯลฯ

ไปป์ไลน์ธรรมดาของหน้าตัดคงที่

ความสัมพันธ์ในการคำนวณหลักสำหรับไปป์ไลน์อย่างง่ายคือ: สมการเบอร์นูลลี สมการการไหล Q = const และสูตรสำหรับคำนวณการสูญเสียแรงดันแรงเสียดทานตามความยาวของท่อและในความต้านทานเฉพาะที่

เมื่อใช้สมการเบอร์นูลลีกับการคำนวณเฉพาะ คุณสามารถพิจารณาคำแนะนำต่อไปนี้ ขั้นแรก คุณควรกำหนดส่วนการออกแบบสองส่วนและระนาบเปรียบเทียบในภาพ ขอแนะนำให้ใช้เป็นหัวข้อ:

พื้นผิวว่างของของเหลวในถังซึ่งมีความเร็วเป็นศูนย์ เช่น วี = 0;

การไหลออกสู่ชั้นบรรยากาศ โดยที่ความดันในหน้าตัดของเจ็ทเท่ากับความดันบรรยากาศ เช่น p a6c = p atm หรือ p from6 = 0;

ส่วนที่กำหนดความดัน (หรือจำเป็นต้องกำหนด) (การอ่านเกจวัดความดันหรือเกจสุญญากาศ)

ส่วนใต้ลูกสูบซึ่งแรงดันส่วนเกินถูกกำหนดโดยภาระภายนอก

สะดวกในการวาดระนาบเปรียบเทียบผ่านจุดศูนย์ถ่วงของส่วนการออกแบบส่วนใดส่วนหนึ่งซึ่งมักจะอยู่ด้านล่าง (จากนั้นความสูงทางเรขาคณิตของส่วนต่างๆ จะเป็น 0)

ปล่อยให้ไปป์ไลน์ธรรมดาที่มีหน้าตัดคงที่อยู่ในอวกาศโดยพลการ (รูปที่ 1) มีความยาวทั้งหมด l และเส้นผ่านศูนย์กลาง d และมีความต้านทานเฉพาะที่จำนวนหนึ่ง ในส่วนเริ่มต้น (1-1) ความสูงทางเรขาคณิตคือ z 1 และความดันส่วนเกินคือ p 1 และในส่วนสุดท้าย (2-2) z 2 และ p 2 ตามลำดับ เนื่องจากความคงที่ของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ ความเร็วการไหลในส่วนเหล่านี้จะเท่ากันและเท่ากับ โวลต์.

สมการเบอร์นูลลีสำหรับส่วนที่ 1-1 และ 2-2 โดยคำนึงถึง
,
จะมีลักษณะดังนี้:

ผลรวมของค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานเฉพาะที่

เพื่อความสะดวกในการคำนวณ เราขอแนะนำแนวคิดของแรงกดดันในการออกแบบ

.

,

٭

٭٭

การคำนวณทางไฮดรอลิกของท่อคอมโพสิตอย่างง่าย

,
,

การคำนวณท่อธรรมดาแบ่งออกเป็นสามงานทั่วไป: การกำหนดความดัน (หรือความดัน) อัตราการไหล และเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ต่อไป เราจะพิจารณาเทคนิคในการแก้ปัญหาเหล่านี้สำหรับไปป์ไลน์แบบหน้าตัดคงที่อย่างง่าย

ปัญหาที่ 1- ให้ไว้: ขนาดไปป์ไลน์ และ ความขรุขระของผนัง ,คุณสมบัติของของเหลว
, การไหลของของไหล Q

กำหนดความดันที่ต้องการ H (หนึ่งในปริมาณที่ประกอบเป็นความดัน)

สารละลาย- สมการเบอร์นูลลีถูกรวบรวมสำหรับการไหลของระบบไฮดรอลิกที่กำหนด ส่วนควบคุมได้รับมอบหมาย การเลือกระนาบอ้างอิง ซี(0.0) มีการวิเคราะห์เงื่อนไขเริ่มต้น สมการเบอร์นูลลีถูกรวบรวมโดยคำนึงถึงเงื่อนไขเริ่มต้น จากสมการเบอร์นูลลี เราได้สูตรการคำนวณประเภท ٭ สมการนี้แก้ได้ด้วยความเคารพต่อ H โดยจะกำหนดเลขเรย์โนลด์ส Re และสร้างรูปแบบการเคลื่อนที่ขึ้น พบคุณค่าแล้ว ขึ้นอยู่กับโหมดการขับขี่ H และค่าที่ต้องการได้รับการคำนวณ

ภารกิจที่ 2ให้ไว้: ขนาดไปป์ไลน์ และ ,ความขรุขระของผนัง ,คุณสมบัติของของเหลว
, ความดัน N กำหนดอัตราการไหล Q

สารละลาย.สมการเบอร์นูลลีถูกรวบรวมโดยคำนึงถึงคำแนะนำที่ให้ไว้ก่อนหน้านี้ สมการได้รับการแก้ไขโดยสัมพันธ์กับค่าที่ต้องการ Q สูตรผลลัพธ์มีค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่รู้จัก ขึ้นอยู่กับเรื่อง ที่ตั้งตรง ภายใต้เงื่อนไขของปัญหานี้เป็นเรื่องยาก เนื่องจากเมื่อไม่ทราบ Q จึงไม่สามารถกำหนด Re ได้ล่วงหน้า ดังนั้น การแก้ปัญหาเพิ่มเติมจึงดำเนินการโดยวิธีการประมาณค่าต่อเนื่องกัน

การประมาณ: R e → ∞

, กำหนด

การประมาณที่ 2:

เราพบ λ ครั้งที่สอง (ร จ ครั้งที่สอง , Δ เอ่อ ) และกำหนด

พบข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้อง ถ้า
จากนั้นวิธีแก้ปัญหาจะสิ้นสุดลง (สำหรับปัญหาการฝึกอบรม
- มิฉะนั้น การแก้ปัญหาจะดำเนินการในการประมาณที่สาม

ภารกิจที่ 3ให้ไว้: ขนาดของท่อ (ยกเว้นเส้นผ่านศูนย์กลาง d) ความหยาบของผนัง ,คุณสมบัติของของเหลว
, ความดัน H, การไหล Q กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ

สารละลาย- เมื่อแก้ไขปัญหานี้ จะเกิดปัญหากับการกำหนดค่าโดยตรง คล้ายกับปัญหาประเภทที่สอง ดังนั้นจึงแนะนำให้ดำเนินการแก้ปัญหาโดยใช้วิธีวิเคราะห์กราฟิก ระบุค่าเส้นผ่านศูนย์กลางหลายค่า
.สำหรับทุกคน พบค่าความดันที่สอดคล้องกัน H สำหรับอัตราการไหลที่กำหนด Q (ปัญหาประเภทแรกได้รับการแก้ไข n ครั้ง) จากผลการคำนวณจะมีการสร้างกราฟ
- จากกราฟจะกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการ d ซึ่งสอดคล้องกับค่าความดันที่กำหนด H