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:

1)  Оптимальные диаметры отдельных участков трубопровода.

2)  Параметры воды у потребителей (p,t).

3)  Относительные потери давления от входа в трубопровод до соответствующего потребителя.

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

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

Примечание:

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

2)  Колена выполнены с поворотом потока 90ْ_, радиус поворота коленаR = (2-4) * d_вн

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

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

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

6)  Падение температуры 2 ْС на 100 метров Δt_под = 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 * Q_{3 =} 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:

Q_общ = Q₁ + Q₂ +Q₃ = 1.122* 10^-2

P_вх1 = P₀ = 7.7 * 10⁵ (Па)

t _вх1 = t₀ = 63 ( ْC)

t _вых1 = t _вх1 = 63 ( ْC)

Принимаем на первом участке

V_{опт 1} = 1 (м / c)

d_вн1 =  = 0.115(м)

V_ср1 = 4 * Q_общ / π * d_вн1²= 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 = d_{вн1 *} V_ср1 / ν₁ = 3.010 * 10⁵

ξ _задв = 1

h₁ = ξ _{задв *} V_ср1² / 2 = 6.77 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₁ = h_{1 *} ρ _вод 6.77 * 10² (Па)

P_вых1 = P_{вх1 -} Pпот₁ =7.693*10⁵ (Па)

2) Участок Прямолинейный

P_вх2= 7.693*10⁵ (Па)

t _вх2 = 63 ْ) C)

L = 200 (м)

t _вых2 = t _вх1 – L* Δt_под = 59 ْ) C)

d_вн2 = 0.115 (м)

V_ср2 = 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 = d_{вн2 *} V_ср2 / 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 * λ_{2 *} V_ср2² ) / 2 * d_вн2 =19.85 (Дж / кг)

Pпот₂ = h_{2 *} ρ _вод = 19.85* 10³ (Па)

P_вых2 = P_вх2– Pпот₆ =7.496* 10⁵(Па)

 

3) Участок Тройник:

P_вх3= 7.496* 10⁵(Па)

t _вх3 = 59 ْ) C)

L = 200 (м)

d_вн3 = 0.115 (м)

V_ср3 = 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 = d_{вн3 *} V_ср3 / ν₃= 2.428 * 10⁵ (Па)

ξ _трой = 1.5

h₃ = ξ _{трой *} V_ср3² / 2 = 7.56 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₃ = h_{3 *} ρ _{вод =} 7.56 * 10² (Па)

P_вых3 = P_{вх3 –} Pпот₃ = 7.461* 10⁵ (Па)

4) Участок Прямолинейный

P_вх4= 7.461* 10⁵ (Па)

t _вх4 = 59 ْ) C)

L = 200 (м)

t _вых4 = t _вх4 – L* Δt_под = 55) C)

d_вн4 = 0.05 (м)

V_ср4 = 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 = d_{вн4 *} V_ср4 / 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 * λ_{4 *} V_ср4² ) / 2 * d_вн4 = 35.56 (Дж / кг)

Pпот₄= h_{4 *} ρ _вод = 35.56* 10³

P_вых4 = P_{вх4 –} Pпот₄ = 7.105 * 10⁵(Па)

5)  Участок Задвижка

Q₁ = 1.98 * 10^-3 (м³ / c)

P_вх5= 7.105 * 10⁵ (Па)

t _вх5 = 55 ْ) C)

L = 200 (м)

d_вн5 = 0.05 (м)

V_ср5 = 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 = d_{вн5 *} V_ср5 / ν₅= 0,991 * 10⁵

ξ _задв= 1

h₅ = ξ _{задв *} V_ср5² / 2 = 5.08* 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₅ = h_{5 *} ρ _{вод =} 5.08 * 10² (Па)

P_вых5 = P_вх5– 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)

P_вх6 =P_вых3 = 7.1*10⁵ (Па)

t _вх6 = t _вых3 = 59 ْ) C)

L = L/2 = 100 (м)

t _вых6 = t _вх6 – L* Δt_под = 57 ْ) C)

d_вн6 =  = 0.105 (м)

V_{ср6 =} 4 * Q₂ + Q₃ / π * d_вн1² = 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 _ср6^{2 =} 4.813 * 10^{-7 (}м² / c)

Re₆ = d_{вн6 *} V_ср6 / 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 * λ_{6 * Vср6}²) / 2 * d_вн6 = 5.6 (Дж / кг)

Pпот₆ = h_{6 *} ρ _вод = 5.6 * 10³ (Па)

P_вых6 = P_{вх6 –} Pпот₆ = 7.044 * 10⁵ (Па)

7) Колено

P_вх7=P_вых6= 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= d_{вн7 *} V_ср7 / ν₇ = 1.91. * 10⁵

ξ _задв = 0.5

h₇ = ξ _{задв *} V_ср7² / 2 = 1.98 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₇ = h_{7 *} ρ _{вод =} 1.98 * 10² (Па)

P_вых7 = P_{вх7 –} Pпот₇ = 7.042* 10⁵ (Па)

8)Участок Прямолинейный

P_вх8=P_вых7 = 7.042* 10⁵ (Па)

t _вх8 = t _вых7 = 57 ْ) C)

L = 100 (м)

t _вых8 = t _вх8 – L* Δt_под = 55 ْ) C)

d_вн8 = 0.105 (м)

V_ср8 = 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= d_{вн8 *} V_ср8 / 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 * λ_{8 * Vср8}²) / 2 * d_вн8 = 5.4 (Дж / кг)

Pпот₈ = h_{8 *} ρ _{вод =} 5.4 * 10³ (Па)

P_вых8 = P_вх8– Pпот₈ = 6.988 * 10⁵ (Па)

9) Колено

P_вх9=P_вых8= 6.988 * 10⁵ (Па)

t _вх9 = t _вых8 = 55 ْ) C)

t _вх9 = t _вых9 = 55 ْ) C)

L = 100 (м)

d_вн9 = 0.105 (м)

V_ср9 = 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= d_{вн9 *} V_ср9 / ν₉ = 1.84 * 10⁵

ξ_кол = 0.5

h= ξ _{кол *} V_ср9² / 2 = 1.98 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₉ = h_{9 *} ρ _{вод =} 1.98 * 10² (Па)

P_вых9 = P_{вх9 –} Pпот₉ = 6.986 * 10⁵ (Па)

10) Участок Прямолинейный

P_вх10=P_вых9 = 6.986 * 10⁵ (Па)

t _вх10= t _вых9 = 55 ْ) C)

L = 100 (м)

t _вых10 = t _вх10 – L* Δt_под = 53 ْ) C)

d_вн10 = 0.105 (м), V_ср10 = 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= d_{вн8 *} V_ср8 / 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 * λ_{8 * Vср8}²) / 2 * d_вн8 = 5.92 (Дж / кг)

Pпот₁₀ = h_{10 *} ρ _{вод =} 5.92 * 10² (Па)

P_вых10 = P_{вх10 –} Pпот₁₀ = 6.980* 10⁵ (Па)

11) Участок Тройник

P_вх11= 6.980* 10⁵ (Па)

t _вх11= t _вых11 = 53 ْ) C)

L =100 (м)

d_вн11 = 0.105 (м)

V_ср11 = 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 = d_{вн11 *} V_ср11/ ν₁₁= 1.788 * 10⁵ (Па)

ξ _трой = 1.5

h₁₁ = ξ _{трой *} V_ср11² / 2 = 5.94 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₁₁ = h11 _* ρ _{вод =} 5.94 * 10² (Па)

P_вых11 = P_{вх11 –} Pпот₁₁ = 6.974* 10⁵ (Па)

12) Участок Прямолинейный

P_вх12=P_вых11 = 6.974* 10⁵ (Па)

t _вх12 = 53 ْ) C)

L = 200 (м)

t _вых12 = t _вх12 – L* Δt_под = 49 ْ) C)

d_вн12 =  = 0.055

V_ср12= ₌ 4 * Q₂ / π * d_вн1² = 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= d_{вн12 *} V_ср12 / 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 * λ_{12 * Vср12} ²) / 2 * d_вн12 = 38.60 (Дж / кг)

Pпот₁₂ = h_{12 *} ρ _{вод =} 38.60 * 10² (Па)

P_вых12 = P_{вх12 –} Pпот₁₂ = 6.935* 10⁵ (Па)

13) Участок Задвижка:

P_вх13 = P_вых12 = 6.935* 10⁵ (Па)

t _вх13 = t_вых12 = 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 = d_{вн13 *} V_ср13 / ν₁₃ = 1.092 * 10⁵

ξ _задв = 1

h₁₃ = ξ _{задв *} V_ср13² / 2 = 6.17 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₁₃ = h_{13 *} ρ _{вод =} 6.17* 10² (Па)

P_вых13 = P_{вх13 -} Pпот₁₃ = 6.928* 10⁵ (Па)

14) Участок Прямолинейный

P_вх12=P_вых11 = 6.928* 10⁵ (Па)

t _вх12 = t _вых11 = 49 ْ) C)

L = 200 (м)

t _вых12 = t _вх12 – L* Δt_под = 45 ْ) C)

d_вн14 =  = 0.09

V_ср14= ₌ 4 * Q₃ / π * d_вн14² = 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= d_{вн12 *} V_ср14 / ν₁₄ = 1.610 * 10⁵

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

h₁₄ = (L * λ_{14 * Vср14} ²) / 2 * d_вн14 = 19.11 (Дж / кг)

Pпот₁₄ = h_14* ρ _{вод =} 19.11 * 10² (Па)

P_вых12 = P_{вх12 –} Pпот₁₂ = 6.908 * 10⁵ (Па)

15) Участок Задвижка:

P_вх15 = P_вых14 = 6.908 * 10⁵ (Па)

t _вх15 = t _вых15 = 45 ( ْC)

d_вн14 = 0.09

V_ср14 = 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 = d_{вн15 *} V_ср15 / ν₁₅ = 1.553 * 10⁵

ξ _задв = 1

h₁₃ = ξ _{задв *} V_ср15² / 2 = 5.37 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот₁₅ = h_{15 *} ρ _{вод =} 5.37* 10² (Па)

P_вых15 = P_{вх15 -} Pпот₁₅ = 6.902* 10⁵ (Па)

Относительные потери давления у потребителей.

1 потребитель:

ΔP_1пот = P_вх1- P_вых5 * 100/ P_вх1 = 7.7 %

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

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

N_тр.13 = Q_общ* (Pпот₁+ Pпот₂ + Pпот₃) * 10^-3 = 0.238 кВт

N_тр.35 = Q₁* (Pпот₄+ Pпот₅) * 10^{-3 =} 0.071 кВт

N_{тр.1.пот}= N_тр.13 + N_тр.35 = 0.309 кВт

2 потребитель:

ΔP_2пот = P_вх1- P_вых13 * 100/ P_вх= 10.025%

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