Какие трубы называются гидравлически гладкими


Гидравлически гладкие и шероховатые трубы — Студопедия

Состояние стенок трубы в значитель­ной мере влияет на поведение жидкости в турбу­лентном потоке. Так при ламинарном движении жидкость движется медленно и плавно, спокойно обтекая на своём пути незначительные препятст­вия. Возникающие при этом местные сопротивления настолько ничтожны, что их величи­ной можно пренебречь. В турбулентном же потоке такие малые препятствия служат ис­точником вихревого движения жидкости, что приводит к возрастанию этих малых мест­ных гидравлических сопротивлений, которыми мы в ламинарном потоке пренебрегли. Та­кими малыми препятствиями на стенке трубы являются её неровности. Абсолютная вели­чина таких неровностей зависит от качества обработки трубы. В гидравлике эти неровно­сти стенок трубы называются выступами шероховатости.

Шероховатость характеризуется величиной и формой различных выступов и неровностей, имеющихся на стенках трубы (рис. 5.6).

Рис. 5.6. К понятию абсолютной шероховатости,

гидравлически гладких и шероховатых труб

В качестве основной характеристики шероховатости служит абсолютная шероховатость - , которая равна средней высоте бугорков шероховатости. Отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубопровода называется относительной шероховатостью - .

В зависимости от того, как относятся размеры выступов шерохо­ватости и толщина ламинарной пленки, все трубы могут быть при тур­булентном режиме движения подразделены на три вида.

1) Гидравлически гладкие трубы - , т.е. толщина ла­минарного слоя больше высоты выступов шероховатости. В этом случае шероховатость стенок не влияет на характер движения и соответственно потери напора не зави­сят от шероховатости.


2) Гидравлически шероховатые трубы - , т.е. толщина ла­минарного слоя меньше высоты выступов шероховатости. В этом случае шероховатость стенок влияет на характер движения и соответственно потери напора зави­сят от шероховатости.

3) В третьем слу­чае, являющемся промежуточным между двумя вышеуказанными, аб­солютная высота выступов шероховатости примерно равна толщине ламинарной пленки - d » D. В этом случае трубы относятся к переходной об­ласти сопротивления.

Толщина ламинарной пленки определяется по формуле

. (5.7)

Итак, различают стенки гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Такое разделение является условным, поскольку, как следует из формулы (5.7), толщина ламинарной пленки обратно про­порциональна числу Рейнольдса (или средней скорости). Таким обра­зом, при движении вдоль одной и той же поверхности с неизменной вы­сотой выступа шероховатости в зависимости от средней скорости (чис­ла Рейнольдса) толщина ламинарной пленки может изменяться. При увеличении числа Рейнольдса толщина ламинарной пленки d уменьша­ется и стенка, бывшая гидравлически гладкой, может стать шерохова­той, так как высота выступов шероховатости окажется больше толщи­ны ламинарной пленки и шероховатость станет влиять на характер движения и, следовательно, на потери напора.


Для практических расчетов можно принимать ори­ентировочные значения высоты выступа шероховатости для труб: тру­бы новые стальные и чугунные - Δ ≈ 0,45 - 0,50 мм, трубы, бывшие в эксплуатации (так называемые «нормальные»), Δ ≈ 1,35 мм.

Таким образом, зная высоту выступа шероховатости и определив толщину ламинарной пленки, можно опреде­лить гидравлически гладкой или гидравлически шероховатой будет стенка, ограничивающая поток в трубе.

Гидравлический прыжок

- Типы и характеристики гидравлического прыжка

Что такое гидравлический прыжок?

Гидравлический скачок - это скачок или стоячая волна, образующаяся при изменении глубины потока воды от сверхкритического до докритического состояния.

Когда наклон открытого канала уменьшается от крутого до умеренного, глубина потока воды увеличивается до критической глубины, и в какой-то момент возникает неустойчивость потока. Поток становится турбулентным до тех пор, пока ниже по потоку не будет достигнута новая нормальная глубина.Это называется гидравлическим прыжком.

Определение различных глубин в потоке в открытом канале:

Требуется понять, что такое разные глубины потока, чтобы понять определение гидравлического прыжка.

Глубина потока:

Глубина потока - это глубина, на которой вода течет над уровнем земли в открытом канале.

Критическая глубина:

Критическая глубина открытого канала - это минимальная глубина воды над уровнем земли, при которой скорость потока очень высока, а течение имеет большую турбулентность.Скорость воды на этой глубине называется критической скоростью.

Сверхкритическая глубина:

Сверхкритическая глубина - это глубина воды, которая меньше критической глубины, и она представляет собой очень тяжелую и сверхкритическую ситуацию для основных потоков, происходящих в плотинах, плотинах и многих ирригационных сооружениях. Скорость воды на этой глубине больше критической. Течение в этой области называется сверхкритическим.

Докритическая глубина:

Докритическая глубина - это глубина больше критической.Скорость воды на этой глубине меньше критической. Течение в этой области называется докритическим.

Основные характеристики гидравлического прыжка:

1. Прыжок неустойчивый, неравномерный

2. В зависимости от направления ветра и сильного ветра он меняет свои свойства и иногда может быть неровным и волнистым.

Использование гидравлического прыжка:

Гидравлический скачок обязательно образуется для уменьшения энергии воды, когда сток падает в водосброс.Становится необходимым уменьшить его энергию и поддерживать стабильные скорости, это явление называется диссипацией энергии в гидротехнических сооружениях.

Типы гидравлических прыжков - на основе числа Фруда:

В основном гидравлический скачок возникает во многих типах в зависимости от топографических особенностей и шероховатости поверхности пласта, а также многих других естественных взаимосвязей. Этот тип гидравлического прыжка, вероятно, можно выразить на основе числа Фруда:

.

1. Необычный гидравлический прыжок - число Фруда (от 1 до 3):

Неровный прыжок - это неправильная форма, неправильная форма и определенные завихрения в частицах воды.

2. Слабый прыжок - число Фруда (от 3 до 6)

Слабый скачок имеет место, когда скорость в воде очень низкая, и частицы воды не могут быть стабильными и текут по-разному.

3. Качающийся гидравлический прыжок - число Фруда (6-20)

Осциллирующий скачок образуется, когда колеблющаяся струя входит в сверхкритическое состояние, и там количество частиц начинает колебаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, образуя более слабые приливы или волны на верхней поверхности.Также поток зависит от сильного потока воздуха в одном направлении.

4. Устойчивый гидравлический прыжок - число Фруда (от 20 до 80)

При устойчивом прыжке поверхность слоя довольно шероховатая, поэтому частицы начинают стремиться в одном направлении с большой скоростью и турбулентностью, потери на трение больше при этом типе прыжка.

5. Сильный гидравлический прыжок - число Фруда (больше 80)

Сильный прыжок - это идеальный прыжок, образующийся, когда потери на трение больше, давление воздуха одинаковое, а скорость очень высока, поэтому потери имеют место.Вода меняет свое состояние с суперкритического на докритическое на очень короткой длине по сравнению со всеми другими типами гидравлических прыжков, поэтому этот прыжок очень предпочтителен для плотин.

Подробнее:

Что такое плотина? Типы водосливов и водосливов

Гидрологический цикл - процесс и компоненты

Типы дождемеров для измерения количества осадков

Поперечный дренаж и его виды

Гидравлические резервуары - Типы расширительных резервуаров, их функции и применение

.

% PDF-1.2 % 2655 0 obj> endobj xref 2655 42 0000000016 00000 н. 0000005985 00000 п. 0000001136 00000 н. 0000006053 00000 н. 0000006345 00000 п. 0000006380 00000 н. 0000006479 00000 п. 0000006514 00000 н. 0000006561 00000 н. 0000006606 00000 н. 0000007391 00000 н. 0000008028 00000 н. 0000016177 00000 п. 0000016400 00000 п. 0000017041 00000 п. 0000017476 00000 п. 0000021521 00000 п. 0000021610 00000 п. 0000022333 00000 п. 0000022955 00000 п. 0000023370 00000 п. 0000029952 00000 н. 0000030655 00000 п. 0000031344 00000 п. 0000031390 00000 н. 0000033541 00000 п. 0000033693 00000 п. 0000033903 00000 п. 0000034240 00000 п. 0000034324 00000 п. 0000034615 00000 п. 0000035025 00000 п. 0000035690 00000 н. 0000037746 00000 п. 0000037801 00000 п. 0000038141 00000 п. 0000038524 00000 п. 0000039170 00000 п. 0000039658 00000 п. 0000040123 00000 п. 0000134020 00000 н. 0000134454 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 2657 0 obj> поток xY} TSg w> `Qo @P Lpcm @ Dn] I [| (m آ cn9 ݙ˗ Tv {sugqI D {f {8} | ~! ćH * B" X # GƲxEAḰ "ˁH ҾLJ1 춾 MH8 5l # ̛ ŇTjW | ttYs] 4y> U + 0Aҏ1QoS-e} X2; VhD /: L˘3XcgqG͛ ; ~ ([_NO ~ x} ڰ ka9 {rw5P} 餵 2ʇӶs5 # ݏ Xj {{7ǎj ~: ~ s_sy ٝ% UwOUϽM΋`MY $ l- J62DԜ # ZrMtOqL08k $%) WēwUJ1oLj3a҄jmyX ٽ 9 #.uWw4r9y75 ٺ lmUH

.

Потери в трубах

На этой странице представлен краткий обзор потерь в трубопроводе, начиная с уравнения Бернулли

.

Базовый подход ко всем системам трубопроводов состоит в том, чтобы записать уравнение Бернулли между двумя точками, соединенными линией тока, где условия известны. Например, между поверхностью резервуара и выходом трубы.

Общий напор в точке 0 должен совпадать с общим напором в точке 1 с поправкой на любое увеличение напора из-за насосов, потерь из-за трения в трубе и так называемых «малых потерь» из-за входов, выходов, фитингов и т. Д.Напор насоса обычно зависит от расхода в системе, при этом подъем напора уменьшается с увеличением расхода через насос.

Потери на трение в трубах

Потери на трение являются сложной функцией геометрии системы, свойств жидкости и скорости потока в системе. По наблюдениям, потеря напора примерно пропорциональна квадрату расхода в большинстве инженерных потоков (полностью развитый турбулентный поток в трубе). Это наблюдение приводит к уравнению Дарси-Вейсбаха для потери напора из-за трения:

, который определяет коэффициент трения f.f нечувствителен к умеренным изменениям потока и постоянен для полностью турбулентного потока. Таким образом, часто бывает полезно оценить взаимосвязь, поскольку напор прямо пропорционален квадрату расхода для упрощения расчетов.

Число Рейнольдса - основная безразмерная группа в вязком потоке. Скорость, умноженная на шкалу длины, деленная на кинематическую вязкость.

Относительная шероховатость связывает высоту типичного элемента шероховатости с масштабом потока, представленным диаметром трубы D.

Поперечное сечение трубы важно, поскольку отклонения от круглого поперечного сечения вызовут вторичные потоки, увеличивающие падение давления. Некруглые трубы и воздуховоды обычно обрабатываются с использованием гидравлического диаметра

.

вместо диаметра и трактует трубу как круглую.

Для ламинарного потока потеря напора пропорциональна скорости, а не квадрату скорости, поэтому коэффициент трения обратно пропорционален скорости.

Коэффициент геометрии k

Квадрат 56,91
2: 1 прямоугольник 62,19
5: 1 прямоугольник 76,28
Параллельные пластины 96,00

Число Рейнольдса должно основываться на гидравлическом диаметре.Blevins (Справочник по прикладной гидродинамике, таблица 6-2, стр. 43-48) приводит значения k для различных форм. Для турбулентного потока Коулбрук (1939) обнаружил неявную корреляцию для коэффициента трения в круглых трубах. Эта корреляция хорошо сходится за несколько итераций. Сходимость можно оптимизировать за счет небольшого недостаточного расслабления.

Знакомая диаграмма Муди представляет собой логарифмический график корреляции Коулбрука по осям коэффициента трения и числа Рейнольдса в сочетании с результатом f = 64 / Re для ламинарного потока.

Явное приближение

обеспечивает значения в пределах одного процента от Colebrook в большей части полезного диапазона.

Расчет потери напора для известного расхода

По Q и трубопроводу определяют число Рейнольдса, относительную шероховатость и, следовательно, коэффициент трения. Подставляем в уравнение Дарси-Вайсбаха, чтобы получить потери напора для данного расхода. Подставьте в уравнение Бернулли, чтобы найти необходимую высоту или напор насоса.

Расчет расхода для известного напора

Получите допустимую потерю напора из уравнения Бернулли, затем начните с определения коэффициента трения.(0,02 - хорошее предположение, если у вас нет ничего лучше.) Рассчитайте скорость по уравнению Дарси-Вайсбаха. Исходя из этой скорости и характеристик трубопровода, рассчитайте число Рейнольдса, относительную шероховатость и, следовательно, коэффициент трения.

Повторяйте расчет с новым коэффициентом трения до тех пор, пока не будет достигнута достаточная сходимость. Q = VA.

Вот видео, в котором обсуждаются три типа проблем трубопроводов:

"Мелкие убытки"

Хотя они часто составляют основную часть потерь напора, особенно в технологических трубопроводах, дополнительные потери из-за входов и выходов, фитингов и клапанов традиционно называют незначительными потерями.Эти потери представляют собой дополнительную диссипацию энергии в потоке, обычно вызываемую вторичными потоками, вызванными кривизной или рециркуляцией. Незначительные потери представляют собой любую имеющуюся потерю напора в дополнение к потере напора для той же длины прямой трубы.

Как и трение в трубе, эти потери примерно пропорциональны квадрату расхода. Определив K, коэффициент потерь, на

позволяет легко интегрировать небольшие потери в уравнение Дарси-Вайсбаха.K - это сумма всех коэффициентов потерь на длине трубы, каждый из которых вносит свой вклад в общую потерю напора.

Хотя K кажется постоянным коэффициентом, он меняется в зависимости от условий потока. Факторы, влияющие на значение K, включают:

  • точная геометрия рассматриваемого компонента
  • поток Число Рейнольдса
  • , близость к другим фитингам и т. Д. (Значения K в таблице приведены для отдельных компонентов - с длинными прямыми участками трубы до и после.)

В эти примечания и в большинство вводных текстов по механике жидкости включена некоторая основная информация о значениях K для различных фитингов. Подробнее см., Например, Блевинс, стр. 55-88.

Для расчета потерь в системах трубопроводов с трением трубы и малыми потерями используйте

вместо уравнения Дарси-Вейсбаха. Процедуры такие же, за исключением того, что значения K также могут изменяться по мере выполнения итерации.

.

Трубопровод | технология | Британника

Трубопровод , линия труб, оснащенная насосами, клапанами и другими устройствами управления для перемещения жидкостей, газов и шламов (мелких частиц, взвешенных в жидкости). Размеры трубопроводов варьируются от линий диаметром 2 дюйма (5 сантиметров), используемых в системах сбора нефти из скважин, до линий диаметром 30 футов (9 метров) в сетях водоснабжения и канализации большого объема. Трубопроводы обычно состоят из секций труб, сделанных из металла (, например, , стали, чугуна и алюминия), хотя некоторые из них построены из бетона, глиняных изделий и иногда из пластика.Секции свариваются и в большинстве случаев прокладываются под землей.

Нефтепровод Аляски. © Index Open

В большинстве стран имеется разветвленная сеть трубопроводов. Поскольку они обычно находятся вне поля зрения, их вклад в грузовые перевозки и их важность для экономики часто не осознается широкой общественностью. Тем не менее, практически вся вода, транспортируемая от очистных сооружений к индивидуальным домохозяйствам, весь природный газ от устьев скважин к индивидуальным потребителям, и практически вся транспортировка нефти на большие расстояния по суше осуществляется по трубопроводам.

Трубопроводы были предпочтительным способом транспортировки жидкости и газа по сравнению с конкурирующими видами транспорта, такими как автомобильный и железнодорожный, по нескольким причинам: они менее опасны для окружающей среды, менее подвержены хищениям и более экономичны, безопасны, удобны и надежны, чем другие режимы. Хотя транспортировка твердых веществ по трубопроводу сложнее и дороже, чем транспортировка жидкости и газа по трубопроводу, во многих ситуациях трубопроводы выбираются для транспортировки твердых веществ, начиная от угля и других минералов, на большие расстояния или для транспортировки зерна, горных пород, цемента, бетона, твердых веществ. отходы, целлюлоза, детали машин, книги и сотни других товаров на короткие расстояния.Перечень твердых грузов, транспортируемых по трубопроводам, постоянно расширяется.

История

На протяжении тысячелетий в разных частях света строились трубопроводы для подачи воды для питья и орошения. Это включает в себя древнее использование в Китае трубок из полого бамбука и использование акведуков римлянами и персами. Китайцы даже использовали бамбуковые трубы для передачи природного газа для освещения своей столицы, Пекина, еще в 400 г. до н. Э.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня первый нефтепровод Обзор первого нефтепровода (1879 г.), который пытался составить конкуренцию Standard Oil Company и Trust. Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Посмотреть все видео по этой статье

Значительное улучшение технологии трубопроводов произошло в 18 веке, когда чугунные трубы использовались в коммерческих целях. Другой важной вехой стало появление в 19 веке стальных труб, которые значительно повысили прочность труб всех размеров.Развитие труб из высокопрочной стали позволило транспортировать природный газ и нефть на большие расстояния. Изначально все стальные трубы нужно было соединить резьбой. Это было сложно сделать для больших труб, и они могли протекать под высоким давлением. Применение сварки для соединения труб в 20-е годы XX века позволило построить герметичные трубопроводы высокого давления и большого диаметра. Сегодня большая часть трубопроводов высокого давления состоит из стальных труб со сварными соединениями.

Основные инновации с 1950 года включают внедрение высокопрочного чугуна и бетонных напорных труб большого диаметра для воды; использование труб из поливинилхлорида (ПВХ) для канализации; использование «скребков» для очистки внутренних поверхностей трубопроводов и выполнения других задач; «Дозирование» разных нефтепродуктов в общий трубопровод; применение катодной защиты для уменьшения коррозии и продления срока службы трубопроводов; использование технологий космической эры, таких как компьютеры, для управления трубопроводами и микроволновые станции и спутники для связи между штаб-квартирой и полем; и новые технологии и обширные меры по предотвращению и обнаружению утечек в трубопроводе.Кроме того, было изобретено или произведено множество новых устройств для облегчения строительства трубопроводов. К ним относятся большие боковые стрелы для прокладки труб, машины для бурения под реками и дорогами для перехода, машины для гибки больших труб в поле и рентгеновские лучи для обнаружения дефектов сварки.

Типы

Трубопроводы можно классифицировать по-разному. Далее трубопроводы будут классифицированы в зависимости от транспортируемого товара и типа потока жидкости.

Водопровод и канализация

Трубопроводы используются повсеместно для доставки воды от очистных сооружений к отдельным домам или зданиям.Они образуют подземную сеть труб под городами и улицами. Водопроводы обычно прокладываются на глубине нескольких футов (один метр или более) под землей, в зависимости от линии промерзания места и необходимости защиты от случайного повреждения в результате земляных работ или строительных работ.

В современном водном хозяйстве, в то время как медные трубы обычно используются для внутреннего водопровода, в наружных водопроводах высокого давления (магистральных линиях) большого диаметра могут использоваться стальные, высокопрочные или бетонные напорные трубы.В линиях меньшего диаметра (ответвлениях) могут использоваться трубы из стали, чугуна с шаровидным графитом или ПВХ. Когда металлические трубы используются для подачи питьевой воды, внутренняя часть трубы часто имеет пластиковую или цементную облицовку для предотвращения ржавчины, которая может привести к ухудшению качества воды. Наружные поверхности металлических труб также покрываются асфальтовым покрытием и обматываются специальной лентой для уменьшения коррозии из-за контакта с определенными грунтами. Кроме того, электроды постоянного тока часто размещают вдоль стальных трубопроводов в так называемой катодной защите.

Бытовые сточные воды обычно содержат 98 процентов воды и 2 процента твердых веществ. Сточные воды, транспортируемые по трубопроводу (канализационным коллекторам), обычно обладают некоторой коррозией, но находятся под низким давлением. В зависимости от давления в трубе и других условий канализационные трубы изготавливают из бетона, ПВХ, чугуна или глины. ПВХ особенно популярен для размеров менее 12 дюймов (30 сантиметров) в диаметре. В ливневой канализации большого диаметра часто используются стальные гофрированные трубы.

.

Смотрите также