Основы проектирования химических производств

РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДЕ

Расчет гидравлических сопротивлений проводится для определе­ния затрат энергии на перемещение жидкости с дальнейшим подбором насосов или компрессоров.

При движении жидкости по трубопроводу гидравлические сопро­тивления складываются из сопротивления трения и местных сопротив­лений, возникающих за счет изменения скорости потока по величине и направлению.

Суммарные потери давления и напора определяются по урав­нениям:

Где АрП — перепад давлений, Па; Ап — потери напора, м; с! ъ — эквива­лентный диаметр, м; / — длина трубопровода, м; X — коэффициент трения; # — ускорение силы тяжести, м/с2; £ — коэффициент местных сопротивлений.

Эквивалентный диаметр для труб круглого сечения равен их диа­метру, а для труб некруглого сечения определяется формулой

Где П — смоченный периметр.

Коэффициент трения А. в общем случае зависит от режима течения жидкости и шероховатости стенки трубы.

При изотермическом ламинарном движении жидкости (Ке < 2300) коэффициент трения не зависит от шероховатости стенок трубы и определяется только критерием Рейнольдса, который рассчитывается по известной формуле

Яе = и^рДг,

Где |х — динамический коэффициент вязкости, Па • с.

Коэффициент трении рассчитывается по уравнению

X. = Л/Яе,

Где А ^аписит от вида сечения капала и выбирается по табл. 10.2.

При изотермическом ламинарном течении жидкостей и газов по трубам потери давления на трение могут быть рассчитаны также по фор м у:і е Га ге п а — ГІ уа зс йл я

При неизотермическом ламинарном течении жидкости, когда про­текающая по трубе жидкость нагревается или охлаждается (темпера­тура стенки грубы отличается от температуры жидкости), коэффици­енттрения, полученный при изотермическом течении, умножается на поправочный коэффициента, который вычисляется по уравнению

Здесь индексы «ж» и «ст» отвечают критериям подобия, вычислен­ным по физическим свойствам жидкости при температурах жидкости и стенки.

Критерии Прандтля и Грасгофа вычисляются по формулам:

Рг = ^- X ’

Где с ~ теплоемкость жидкости, Дж/(кг • К); р — коэффициент ее объемного расширения, 1/К; Д/ — разность температур между стенкой и жидкостью, К. При изотермическом турбулентном течении жидкости в гидравли­чески гладких трубах (стеклянных, медных, свинцовых) 0,3165

«,25

Эта формула действительна при условии Яс < 100 000. Для гидравлически шероховатых труб коэффициент трения можно определить по графикам на рис. 10.1, где он зависит от критерия Рей­нольдса и шероховатости стенки трубы. Относительная шероховатость равна отношению абсолютной шероховатости е к эквивалентному диаметру трубы ёу Ориентировочные средние значения абсолютной шероховатости можно определить по табл. 10.3. Формула для расчета коэффициента трения в шероховатых трубах имеет вид

£ ё'

Где е — абсолютная шероховатость трубопровода (см. табл. 10.3); є — относительная шероховатость.

При неизотермическом турбулентном течении жидкости коэффи­циент трения, рассчитанный для изотермического течения, умножа­ется на поправочный множительх:

Для газов величина л: = I, поэтому неизотермичность потока мож­но не учитывать.

Коэффициенты местных сопротивлений £, зависят от вида местно­го сопротивления и режима движения жидкости. Значения коэффици­ентов местных сопротивлений можно найти в справочной литературе.