Расчет трубопровода

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства.Кафедра "Теплотехника железнодорожного транспорта"

















Курсовая работа по дисциплине:

Гидрогазодинамика

"Расчет трубопровода"



























Москва – 2008


Трубопровод технологической воды



Задание: для трубопровода заданной конфигурации и протяженности обеспечивающей подачу технологической воды потребителям, требуется определить:

Оптимальные диаметры отдельных участков трубопровода.

Параметры воды у потребителей (p,t).

Относительные потери давления от входа в трубопровод до соответствующего потребителя.

"Гидравлический уклон" (i) от входа в трубопровод до соответствующего потребителя.

Мощность (N), расходуемую на транспортировку воды к соответствующему потребителю.

Примечание:

Внутренний диаметр трубопровода dвн. Принять по ГОСТУ (кратным 5 мм)

Колена выполнены с поворотом потока 90ْ, радиус поворота колена R = (2-4) * dвн

ξ кол = 0.5 - коэффициент местного сопротивления на колене. В качестве запорных органов используем нормальные задвижки.

ξ задв = 1- коэффициент местного сопротивления на задвижке. Тройники (угольники) скомпаннованны с насадкой.

ξ трой = 1.5 - коэффициент местного сопротивления на тройнике с насадкой. Падение температуры по длине трубопровода принять равными

Падение температуры 2 ْС на 100 метров Δtпод = 0.02 ْС/м

Дано:



Q3 = 24 (м3 / ч)

Q3 = Q3 / 3600 = 0.66 * 10-2 (м3 / c)

Q2 = 0.4* Q3 = 2.64 * 10-3 (м3 / c)

Q1 = 0.3 * Q3 = 1.98 * 10-3 (м3 / c)

P0 = 0.77 * 1000000 = 7.7 * 105 (Па)

t0 = 63 ْ) C)

L = 200 (м)

ρ вод = 1000 (кг/ м3)

g = 9.8066 (м / c2)



Расчет:

1) Участок Задвижка:



Qобщ = Q1 + Q2 +Q3 = 1.122* 10-2

Pвх1 = P0 = 7.7 * 105 (Па)

t вх1 = t0 = 63 ( ْC)

t вых1 = t вх1 = 63 ( ْC)



Принимаем на первом участке



Vопт 1 = 1 (м / c)

dвн1 =  = 0.115(м)

Vср1 = 4 * Qобщ / π * dвн12 = 1.155 (м / c)

t ср1 = t вх1 + t вых1 / 2 = 63 ( ْC)

ν1 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср1 +0.000221* t ср12 = 4.451 * 10-7 (м2 / c)

Re1 = dвн1 * Vср1 / ν1 = 3.010 * 105

ξ задв = 1

h1 = ξ задв * Vср12 / 2 = 6.77 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот1 = h1 * ρ вод 6.77 * 102 (Па)

Pвых1 = Pвх1 - Pпот1 =7.693*105 (Па)



2) Участок Прямолинейный


Pвх2= 7.693*105 (Па)

t вх2 = 63 ْ) C)

L = 200 (м)

t вых2 = t вх1 – L* Δtпод = 59 ْ) C)

dвн2 = 0.115 (м)

Vср2 = 1.155 (м / c)

t ср2 = t вх2 + t вых2 / 2 = 61 ْ) C)

ν2 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср2 +0.000221* t ср22 = 4.589 * 10-7 (м2 / c)

Re2 = dвн2 * Vср2 / ν2 = 2.919 * 105



Так как 107 > Re2 > 105 Расчет ведем по формуле Никурадзе



λ2 = 0.0032 + 0.221* Re2-0.237 = 1.7 * 10-2

L = 200 (м)

h2 = (L * λ2 * Vср22 ) / 2 * dвн2 =19.85 (Дж / кг)

Pпот2 = h2 * ρ вод = 19.85* 103 (Па)

Pвых2 = Pвх2– Pпот6 =7.496* 105(Па)



3) Участок Тройник:



Pвх3= 7.496* 105(Па)

t вх3 = 59 ْ) C)

L = 200 (м)

dвн3 = 0.115 (м)

Vср3 = 1.155 (м / c)

ν3 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср3 +0.000221* t ср32 = 4.738 * 10-7 (м2 / c)

Re3 = dвн3 * Vср3 / ν3= 2.428 * 105 (Па)

ξ трой = 1.5

h3 = ξ трой * Vср32 / 2 = 7.56 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот3 = h3 * ρ вод = 7.56 * 102 (Па)

Pвых3 = Pвх3 – Pпот3 = 7.461* 105 (Па)



4) Участок Прямолинейный



Pвх4= 7.461* 105 (Па)

t вх4 = 59 ْ) C)

L = 200 (м)

t вых4 = t вх4 – L* Δtпод = 55) C)

dвн4 = 0.05 (м)

Vср4 = 1.008 (м / c)

t ср4 = t вх4 + t вых4 / 2 = 57) C)

ν4 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср4 +0.000221* t ср42 = 4.903 * 10-7 (м2 / c)

Re4 = dвн4 * Vср4 / ν4 = 1.027* 105



Так как 107 > Re4 > 105 Расчет ведем по формуле Никурадзе



λ4 = 0.0032 + 0.221* Re4-0.237 = 1.75* 10-2

L = 200 (м)

h4= (L * λ4 * Vср42 ) / 2 * dвн4 = 35.56 (Дж / кг)

Pпот4= h4 * ρ вод = 35.56* 103

Pвых4 = Pвх4 – Pпот4 = 7.105 * 105(Па)



Участок Задвижка



Q1 = 1.98 * 10-3 (м3 / c)

Pвх5= 7.105 * 105 (Па)

t вх5 = 55 ْ) C)

L = 200 (м)

dвн5 = 0.05 (м)

Vср5 = 1.004 (м / c)

ν5 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср5 +0.000221* t ср52 = 5.081 * 10-7 (м2 / c)

Re5 = dвн5 * Vср5 / ν5= 0,991 * 105

ξ задв = 1

h5 = ξ задв * Vср52 / 2 = 5.08* 10-1 (Дж / кг)

Pпот5 = h5 * ρ вод = 5.08 * 102 (Па)

Pвых5 = Pвх5– Pпот5 = 7.1*105 (Па)



6) Участок Прямолинейный



Q3 = 0.66 * 10-2 (м3 / c)

Q2 = 2.64 * 10-3 (м3 / c)

Q = Q2 + Q3 = 9.24 * 10 -3 (м3 / c)

Pвх6 = Pвых3 = 7.1*105 (Па)

t вх6 = t вых3 = 59 ْ) C)

L = L/2 = 100 (м)

t вых6 = t вх6 – L* Δtпод = 57 ْ) C)

dвн6 =  = 0.105 (м)

Vср6 = 4 * Q2 + Q3 / π * dвн12 = 0.890 (м / c)

t ср6 = t вх6 + t вых6 / 2 = 58 ْ) C)

ν6 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср6 +0.000221* t ср62 = 4.813 * 10-7 (м2 / c)

Re6 = dвн6 * Vср6 / ν6 = 1.997 * 105



Так как 107 > Re2 > 105 Расчет ведем по формуле Никурадзе



λ6 = 0.0032 + 0.221* Re2-0.237 = 1.54 * 10-2

L = 100 (м)

h6 = (L * λ6 * Vср62) / 2 * dвн6 = 5.6 (Дж / кг)

Pпот6 = h6 * ρ вод = 5.6 * 103 (Па)

Pвых6 = Pвх6 – Pпот6 = 7.044 * 105 (Па)


7) Колено



Pвх7= Pвых6= 7.044 * 105 (Па)

t вх7 = t вых6 = 57 ْ) C)

t вх7 = t вых7 = 57 ْ) C)

L = 100 (м)

t ср7 = t вх7 + t вых7 / 2 = 57 ( ْC)

ν7 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср7 +0.000221* t ср72 = 4.892 * 10-7 (м2 / c)

Re7= dвн7 * Vср7 / ν7 = 1.91. * 105

ξ задв = 0.5

h7 = ξ задв * Vср72 / 2 = 1.98 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот7 = h7 * ρ вод = 1.98 * 102 (Па)

Pвых7 = Pвх7 – Pпот7 = 7.042* 105 (Па)



8)Участок Прямолинейный



Pвх8= Pвых7 = 7.042* 105 (Па)

t вх8 = t вых7 = 57 ْ) C)

L = 100 (м)

t вых8 = t вх8 – L* Δtпод = 55 ْ) C)

dвн8 = 0.105 (м)

Vср8 = 0.890 (м / c)

t ср8 = t вх8 + t вых8 / 2 = 56 ْ) C)

ν8 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср8 +0.000221* t ср82 = 4.981* 10-7 (м2 / c)

Re8= dвн8 * Vср8 / ν8 = 1.876 * 105



Так как 107 > Re2 > 105 Расчет ведем по формуле Никурадзе



λ6 = 0.0032 + 0.221* Re2-0.237 = 1.44 * 10-2

h8 = (L * λ8 * Vср82) / 2 * dвн8 = 5.4 (Дж / кг)

Pпот8 = h8 * ρ вод = 5.4 * 103 (Па)

Pвых8 = Pвх8– Pпот8 = 6.988 * 105 (Па)



9) Колено



Pвх9= Pвых8= 6.988 * 105 (Па)

t вх9 = t вых8 = 55 ْ) C)

t вх9 = t вых9 = 55 ْ) C)

L = 100 (м)

dвн9 = 0.105 (м)

Vср9 = 0.890 (м / c)

t ср9 = t вх9 + t вых9 / 2 = 55 ( ْC)

ν9 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср9 +0.000221* t ср92 = 5.053 * 10-7 (м2 / c)

Re9= dвн9 * Vср9 / ν9 = 1.84 * 105

ξкол = 0.5

h = ξ кол * Vср92 / 2 = 1.98 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот9 = h9 * ρ вод = 1.98 * 102 (Па)

Pвых9 = Pвх9 – Pпот9 = 6.986 * 105 (Па)



10) Участок Прямолинейный



Pвх10= Pвых9 = 6.986 * 105 (Па)

t вх10= t вых9 = 55 ْ) C)

L = 100 (м)

t вых10 = t вх10 – L* Δtпод = 53 ْ) C)

dвн10 = 0.105 (м), Vср10 = 0.890 (м / c)

t ср10 = t вх10 + t вых10 / 2 = 54 ْ) C)

ν10 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср8 +0.000221* t ср82 = 5.140 * 10-7 (м2 / c)

Re10= dвн8 * Vср8 / ν8 = 1.818 * 105


Так как 107 > Re2 > 105 Расчет ведем по формуле Никурадзе



Λ10 = 0.0032 + 0.221* Re2-0.237 = 1.57 * 10-2

h10 = (L * λ8 * Vср82) / 2 * dвн8 = 5.92 (Дж / кг)

Pпот10 = h10 * ρ вод = 5.92 * 102 (Па)

Pвых10 = Pвх10 – Pпот10 = 6.980* 105 (Па)



11) Участок Тройник



Pвх11= 6.980* 105 (Па)

t вх11= t вых11 = 53 ْ) C)

L =100 (м)

dвн11 = 0.105 (м)

Vср11 = 0.890 (м / c)

ν11 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср11 +0.000221* t ср112 = 5.226 * 10-7 (м2 / c)

Re11 = dвн11 * Vср11/ ν11= 1.788 * 105 (Па)

ξ трой = 1.5

h11 = ξ трой * Vср112 / 2 = 5.94 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот11 = h11 * ρ вод = 5.94 * 102 (Па)

Pвых11 = Pвх11 – Pпот11 = 6.974* 105 (Па)



12) Участок Прямолинейный



Pвх12= Pвых11 = 6.974* 105 (Па)

t вх12 = 53 ْ) C)

L = 200 (м)

t вых12 = t вх12 – L* Δtпод = 49 ْ) C)

dвн12 =  = 0.055

Vср12= = 4 * Q2 / π * dвн12 = 1.111 (м/с)

t ср12 = t вх12 + t вых12 / 2 = 51 ْ) C)

ν12 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср12 +0.000221* t ср122 = 5.407 * 10-7 (м2 / c)

Re12= dвн12 * Vср12 / ν12 = 1.130 * 105



Так как 107 > Re2 > 105 Расчет ведем по формуле Никурадзе



λ12 = 0.0032 + 0.221* Re12-0.237 = 1.72 * 10-2

h12 = (L * λ12 * Vср12 2) / 2 * dвн12 = 38.60 (Дж / кг)

Pпот12 = h12 * ρ вод = 38.60 * 102 (Па)

Pвых12 = Pвх12 – Pпот12 = 6.935* 105 (Па)



13) Участок Задвижка:



Pвх13 = Pвых12 = 6.935* 105 (Па)

t вх13 = tвых12 = 49 ( ْC)

t вых13 = t вх13 = 49 ( ْC)

t ср13 = t вх13 + t вых13 / 2 = 49 ْ) C

ν13 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср13 +0.000221* t ср132 = 5.595 * 10-7 (м2 / c)

Re13 = dвн13 * Vср13 / ν13 = 1.092 * 105

ξ задв = 1

h13 = ξ задв * Vср132 / 2 = 6.17 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот13 = h13 * ρ вод = 6.17 * 102 (Па)

Pвых13 = Pвх13 - Pпот13 = 6.928* 105 (Па)



14) Участок Прямолинейный



Pвх12= Pвых11 = 6.928* 105 (Па)

t вх12 = t вых11 = 49 ْ) C)

L = 200 (м)

t вых12 = t вх12 – L* Δtпод = 45 ْ) C)

dвн14 =  = 0.09

Vср14= = 4 * Q3 / π * dвн142 = 1.037

t ср12 = t вх14 + t вых14 / 2 = 47 ْ) C)

ν14 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср14 +0.000221* t ср142 = 5.796 * 10-7 (м2 / c)

Re14= dвн12 * Vср14 / ν14 = 1.610 * 105

Λ14 = 0.0032 + 0.221* Re12-0.237 = 1.6 * 10-2

h14 = (L * λ14 * Vср14 2) / 2 * dвн14 = 19.11 (Дж / кг)

Pпот14 = h14* ρ вод = 19.11 * 102 (Па)

Pвых12 = Pвх12 – Pпот12 = 6.908 * 105 (Па)



15) Участок Задвижка:



Pвх15 = Pвых14 = 6.908 * 105 (Па)

t вх15 = t вых15 = 45 ( ْC)

dвн14 = 0.09

Vср14 = 1.037

t ср13 = t вх15 + t вых15 / 2 = 45 ْ) C

ν15 = 0.0178 * 10-4 / 1 + 0.0337 * t ср15 +0.000221* t ср152 = 6.007 * 10-7 (м2 / c)

Re15 = dвн15 * Vср15 / ν15 = 1.553 * 105

ξ задв = 1

h13 = ξ задв * Vср152 / 2 = 5.37 * 10-1 (Дж / кг)

Pпот15 = h15 * ρ вод = 5.37 * 102 (Па)

Pвых15 = Pвх15 - Pпот15 = 6.902* 105 (Па)



Относительные потери давления у потребителей.

1 потребитель:



ΔP1пот = Pвх1- Pвых5 * 100/ Pвх1 = 7.7 %

Pпот15= Pпот1+ Pпот2 + Pпот3 + Pпот4 + Pпот5 = 5.7351 * 104 (Па)

i1 = Pпот15* 100 / 2 * g * L * ρ вод = 1.529 %

Nтр.13 = Qобщ * (Pпот1+ Pпот2 + Pпот3) * 10-3 = 0.238 кВт

Nтр.35 = Q1* (Pпот4+ Pпот5) * 10-3 = 0.071 кВт

Nтр.1.пот= Nтр.13 + Nтр.35 = 0.309 кВт



2 потребитель:



ΔP2пот = Pвх1- Pвых13 * 100/ Pвх= 10.025%

Pпот113= Pпот1+ Pпот2 + Pпот3 + Pпот4 + Pпот5 + Pпот6 + Pпот7 + Pпот8 + Pпот9+ Pпот10 + Pпот11 + Pпот12+ Pпот13 = 7.72 * 104 (Па) = 0.0772 ( МПа)