Выдержка из текста работы
Целью выполнения данной курсовой работы является закрепление знаний, полученных при изучении теоретического материала, выработка навыков практического применения этих знаний при решении инженерных задач.
В курсовую работу входит гидравлический расчет трубопровода заданной геометрии. Работа состоит из расчетно-пояснительной записки с включенными в нее результатами расчетов, а также из чертежа. На чертеже схематически изображен трубопровод и нанесены линии полного и пьезометрического напоров, указаны все составляющие потери напора.
трубопровод гидравлический трение напор
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант К1
|
Pм
|
H0
|
h
|
d |
l1
|
l2
|
D |
L1
|
L2
|
dc
|
R |
t |
жидкость |
|
|
кг/см2
|
м |
м |
м |
м |
м |
м |
м |
м |
м |
м |
°С |
||
|
4,3 |
5,2 |
3,5 |
0,15 |
8 |
10 |
0,20 |
15 |
18 |
0,08 |
0,2 |
20 |
Керосин |
1 ЭТАП. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ ТРУБОПРОВОДА
На бумаге в масштабе 1:200 вычерчиваем схему трубопровода с указанием всех его геометрических размеров. Весь трубопровод условно разбиваем на n линейных участков длиной li (где i = 1, 2, …, n — это номера участков), границами которых служат местные сопротивления.
Для данного варианта схемы выделяется 7 участков.
2 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Определяем режим движения жидкости в трубопроводе путем сравнения располагаемого напора H с его критическим значением.
Для определения располагаемого напора используем следующую формулу:
Где(для данной схемы),
Тогда: , (1)
Подставив заданные значения, получим:
где ;
(кг/с2·м2);
(кг/м3) для керосина при t = 20°С [5; с.175].
Чтобы получить значения критического напора, соответствующего переходу от ламинарного режима движения воды к турбулентному, для каждого участка трубопровода, воспользуемся формулой для определения потерь напора на трение при ламинарном режиме:
.(2)
В итоговой формуле число Re было заменено выражением .
Так как критический напор Hкр соответствует критической скорости кр, подставим в выражение (2) значение кр, выраженное через критическое значение числа Рейнольдса Reкр в следующем виде:
Таким образом получим формулу для подсчета критического напора:
Значение в расчетах принимаем равным 2320, а значение кинематической вязкости м2/с, при температуре 20°С [5; c.175]. Делаем расчеты по каждому участку:
По результатам расчетов выяснилось, что . Значит по всем участкам режим турбулентный.
3 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ И МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Для каждого линейного участка задаемся определенным значением числа Re. В случае турбулентного режима предполагаем, что движение жидкости в трубопроводе происходит в области квадратичного трения, в этом случае число Re определяем по формуле
где — диаметр трубопровода на рассматриваемом участке;
— абсолютная величина эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости, принимаемая по [4; с.72]. Для стальных новых труб сварных м.
Определяем значения числа Re:
— для участков 1 — 4: ;
— для участков 5 — 7: .
В соответствии с полученными значениями числа Re для каждого линейного участка трубопровода определяем значение коэффициентов гидравлического трения лi по формуле Альштуля (для турбулентного режима) [3; с.57]:
Для участков 1 — 4:
Для участков 5 — 7:
Определяем коэффициенты местных сопротивлений о по справочной литературе в зависимости от вида местного сопротивления:
— вход в трубопровод прямой, заделанный заподлицо [4; с.86];
— полностью открытый запорный вентиль с прямым затвором [4; с.94];
— резкий поворот 90° для трубы круглого сечения [4; с.90];
— резкий поворот 90° для трубы круглого сечения [4; с.90];
— внезапное расширение, рассчитывается следующим образом [4,с.88]:
где:,
откуда: ,
— плавный поворот 90° для трубы круглого сечения, рассчитывается следующим образом [4; с.90]:
Где А — функция угла поворота, при угле 90° А = 1;
B — функция относительного радиуса кривизны (). Здесь = 0,2 / 0,2 = 1, тогда ;
С — функция формы поперечного сечения трубы, для круглого сечения С = 1.
— плавный поворот 90° для трубы круглого сечения,
— сопло [6; с.7].
4 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ
Подставляем значения найденных коэффициентов гидравлического трения лi и коэффициентов местного сопротивления жj в формулу (3), определяя из нее значение скорости истечения жидкости из трубопровода:
, (3)
где:- коэффициент Кориолиса для турбулентного режима;
, откуда: ,
Подставляя вычисленные значения, получаем:
где: ,
Значение расхода определяем по формуле:
5 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ЧИСЕЛ Rei НА ЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ ТРУБОПРОВОДА
По найденному значению расхода определяем значение скоростей на всех линейных участках трубопровода.
Так как
, то отсюда:
(м/с);
(м/с).
Определим снова значения чисел Rei для каждого участка по формуле
— для участков 1 — 4: ;
— для участков 5 — 7: .
Так как полученные числа отличаются от полученных на III этапе расчетов более, чем на 10%, то проводим расчет параметров лi, хк, Q повторно, положив в основу расчета кладутся пересчитанные числа .
Определяем значение коэффициентов гидравлического трения лi по формуле Альштуля:
Для участков 1 — 4:
Для участков 5 — 7:
Подставляем значения найденных коэффициентов в формулу для определения значения скорости истечения жидкости из трубопровода:
Определяем значение расхода:
По вновь найденному значению расхода определяем значение скоростей на всех линейных участках трубопровода.
(м/с);
(м/с).
Определим значения чисел Re для каждого участка:
— для участков 1 — 4: ;
— для участков 5 — 7: .
Так как разность между значениями , полученными в начале и в конце этапа, составляет менее 10%, можно проводить дальнейшие расчеты.
6 ЭТАП. УТОЧНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТОВ МЕСТНОГО СПОРОТИВЛЕНИЯ
В соответствии с новыми значениями Re определяем значения коэффициентов гидравлического трения лi по формуле Альштуля:
Для участков 1 — 4:
Для участков 5 — 7:
Значения коэффициентов местных сопротивлений (жj) остаются прежними.
7 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТНОГО НАПОРА
Определяем скоростные напоры на всех линейных участках трубопровода, воспользовавшись формулой:
где = 1,1 для турбулентного режима.
(м/с);
(м/с).
8 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА НА ТРЕНИЕ
Определяем потери напора на трение по длине для каждого из линейных участков трубопровода по формуле [4; с.67]:
(м);
(м);
(м);
(м);
(м);
(м);
(м).
(м).
9 ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА В МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ
Определяем потери напора в местных сопротивлениях по формуле [4; с.86]:
(м);
(м);
(м);
(м);
(м);
(м);
(м);
(м).
(м).
10 ЭТАП. ПРОВЕРКА ПРОВЕДЕННЫХ РАСЧЕТОВ
Проверку проведенных расчетов проводим, сравнивая исходное значение располагаемого напора со значением располагаемого напора, полученного в итоге по следующей формуле [4; с.130]:
Погрешность вычислений выражаем в процентах:
11 ЭТАП. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ БЕРНУЛЛИ
На бумаге строим напорную и пьезометрическую линии (диаграмму уравнения Бернулли).
Линия напора (удельной механической энергии потока) строится путем последовательного вычитания потерь, нарастающих вдоль потока, из начального напора потока (заданного пьезометрическим уравнением в резервуаре). Пьезометрическая линия (отражающая изменение гидростатического напора потока) строится путем вычитания скоростного напора в каждом сечении из полного напора потока.
Величина пьезометрического напора в каждом сечении определяется на графике заглублением центра сечения под пьезометрической линией.
Величина скоростного напора — вертикальным расстоянием между пьезометрической линией и линией полного напора.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе курсовой работы произведен гидравлический расчет простого трубопровода заданной геометрии.
Рассчитаны потери напора на трение и местные сопротивления, скоростные напоры на всех линейных участках трубопровода. По расчетным данным построена диаграмма уравнения Бернулли.
Произведенная проверка, показавшая погрешность в 0,03 % показала, что все расчеты выполнены верно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гидравлика и аэродинамика: учебник для вузов / А.Д. Альштуль [и др.]. — М.: Стройиздат, 1987;
2. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. — М.: Машиностроение, 1976;
3. Примеры расчетов по гидравлике: учебное пособие для вузов / под ред. А.Д. Альштуля. — М.: Стройиздат, 1977;
4. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер [и др.]; под общ. ред. Б.Б. Некрасова. — 2-е изд., перераб. и доп. — Минск: Выш. шк, 1985;
5. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями: учебное пособие для вузов / В.Н. Метревели. — М.: Высш. шк., 2007;
6. Липский, В.К. Техническая гидромеханика: учеб.-метод. комплекс / В.К. Липский, Д.П. Комаровский; под. общ. ред. В.К. Липского. — Новополоцк: ПГУ, 2009.
Размещено на
