Специальная гидравлика. 
Основы гидравлики

В результате освоения этого раздела студенты должны:

знать

• — способы и методики решения различных гидравлических задач;
• — пределы изменения параметров движения жидкост для частных случаев движения;
• — формулы, константы и коэффициенты, используемы при рассмотрении различных гидравлических процессов и явлений;
• — значения и пределы изменения коэффициентов, используемых при решении гидравлических задач;

уметь

• — рассчитывать параметры, определяющие различны гидравлические явления и процессы;
• — моделировать гидравлические процессы, математическое описание которых затруднено;
• — пользоваться справочными данными при решении гидравлических задач;

владеть

— навыками использования общих гидравлических уравнений и формул для решения разнообразных конкретны гидравлических задач.

РАСЧЕТЫ ТРУБОПРОВОДОВ

Общие положения

Рассмотрим методики расчета различных видов трубопроводов. При расчетах трубопроводы разделяют на короткие и длинные, простые и сложные.

Короткие трубопроводы — такие, которые по техническим условиям (ТУ) рассчитываются с учетом потерь напора п длине (/?_дл), потерь напора на местных сопротивлениях (й_м) скоростного напора (а^{, 2}/2g).

Длинные трубопроводы — такие, которые, но ТУ рассчитываются с учетом только потерь напора, но длине.

В длинных трубопроводах потери по длине во много раз превосходят потери на местных сопротивлениях и скоростной напор. Величина потерь на местных сопротивления в таких трубопроводах обычно меньше 3% от потерь по длине. В коротких трубопроводах местные потери соизмерим с потерями по длине.

Простыми трубопроводами называют такие, у которых диаметр трубы (<7) и расход ((2) остаются постоянными п всей длине.

Сложные трубопроводы — все остальные (последовательно соединенные, параллельно соединенные, разветвленные, кольцевые, с непрерывной раздачей расхода по длине и др.).

При расчетах коротких трубопроводов основными формулами являются уравнение Бернулли (4.27), уравнение неразрывности (4.31), формула Дарси — Вейсбаха (6.5), формула Вейсбаха (6.9), формулы для определения коэффициента X (6.12)—(6.18).

При расчетах длинных трубопроводов, так как обычно это многовариантные расчеты, с целью упрощения процесса расчета используют специальные таблицы и графики Основными расчетными формулами являются формула Дарси — Вейсбаха и модификация ее аналога — формулы ТИези (7.4), (7.11):

где К = о СЫН — модуль расхода.

Так как / = /г_;и1Д можно записать.

Если обозначить 1//С² = А, то.

А называется удельным сопротивлением трубопровода и имеет размерность с²/м⁶

Обобщенные гидравлические параметры К и А зависят только от диаметра труб и коэффициента гидравлическог трения X. Для квадратичной области сопротивлений и различных типов труб созданы таблицы расчета величин К и Л что позволяет просто и быстро рассчитать несколько вариантов проектируемого трубопровода. В случае если трубопровод будет работать в неквадратичной области сопротивлений, в формулы (8.1) и (8.2) вводится поправочны коэффициент у:

где К_кв и Л_кв — расходная характеристика и удельное сопротивление для квадратичной области сопротивления.

Таблицы для К_кн, К^_в, Д_кв, у имеются в специальных справочниках по гидравлическим расчетам и в приложени к учебнику.

Поправочный коэффициент равен.

где X — коэффициент гидравлического трения рассматриваемого трубопровода; А._кв — коэффициент гидравлического трения этого трубопровода, но для квадратичной област сопротивления, принадлежность к которой можно определить из соотношения, получающегося из уравнения (6.20):В

Поэтому в справочных материалах чаще всего значение [/ задают в зависимости от величины к_э и средней скорост течения в трубопроводе V. Используя формулу Альтшул (6.19), значение поправочного коэффициента ц/ можно получить по формуле

Следует отметить, что если заданы расход ?) и длина трубопровода /, потери напора /г_лл будут определяться диаметром трубы в соответствии с уравнениями (6.5), (6.21). Увеличивая диаметр, потери можно уменьшить, и наоборот. Однако с экономической точки зрения увеличение диаметра ведет к увеличению строительной стоимости водопровода, а значительное уменьшение диаметров ведет к увеличению затрат на преодоление гидравлических сопротивлени (увеличение стоимости электроэнергии, более мощные насосы). Поэтому экономически выгодный диаметр подбирается с учетом минимальных экономических затрат. Таки расчеты для различных типов труб были проведены и нашли отражение в пределах скоростей в трубах при различных расходах (например, как в табл. 8.1) или задании пределов расходов для конкретного значения диаметра (см табл. П5.7 в приложении 5).

Таблица 8.1

Предельные скорости для различных видов труб