КСН. Гидравлика. Гидравлика и аэродинамика
 Скачать 253.94 Kb.
|
|
Минобрнауки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» (ННГАСУ) Кафедра гидравлики ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВУХТРУБНОЙ ГРАВИТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ Расчетно-графическая работа по дисциплине «Гидравлика и аэродинамика» Выполнил: студент 2 курса гр. 7/20ус________________________ Преподаватель: доцент_________________________________ Битюрин А.К. Нижний Новгород 2022
Кафедра гидравлики Задание к расчетно-графической работе ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВУХТРУБНОЙ ГРАВИТАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ по дисциплине «Гидравлика и аэродинамика» Студенту __________________группы_______________курса _______ Дата выдачи ________________ дата сдачи _______________________ Исходные данные - схема отопительной системы; - температура горячей воды tг = 940С; - температура охлажденной воды tо = 740С; - тепловые нагрузки q1 = 4,0 кВт, q2 = 7,0 кВт. Требуется - определить действующие напоры в расчетных кольцах системы; - определить расчетные расходы воды на участках; - подобрать диаметры трубопроводов; - определить потери давления на трение и местные сопротивления; - предусмотреть гашение излишнего давления (при необходимости). Отчетный материал - пояснительная записка, включающая титульный лист, бланк задания, введение, гидравлический расчет системы, заключение и список используемой литературы; - схема отопительной системы с указанием длин и диаметров трубопроводов, скоростей движения теплоносителя. Рекомендуемая литература 1. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П. Г. Киселева. – М.: Энергия, 1972. – 312 с.. 2. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика. (Основы механики жидкости)/ А.Д. Альтшуль, А.С. Животовский, П.С. Иванов. М.: Стройиздат, 1987. – 370 с.  3. Жизняков В.В., Волкова Н.Ю. Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы отопления: методич.указания / В.В. Жизняков, Н.Ю. Волкова. – Н. Новгород; ННГАСУ, 2011. – 20 с.Схема системы отопления Руководитель работы ____________________________ Содержание Введение Расчётные зависимости……………………………………………………....6 Располагаемое давление…………………………………………………6 Диаметры трубопроводов………………………………………………..6 Потери давления………………………………………………………….7 1.3.1. Потери давления по длине………………………………………… 7 1.3.2. Потери давления в местных сопротивлениях……………………..8 1.3.3. Полные потери давления……………………………………………8 1.4. Оценка гидравлической эффективности………………………………...8 1.5. Диаметр диафрагмы………………………………………………………9 2. Расчёт первого кольца……………………………………………………… …9 2.1. Действующее давление…………………………………………………..9 2.2. Участки кольца…………………………………………………………..10 2.3. Диаметры трубопроводов ……………………………………………. 10 2.4. Потери давления………………………………………………………. 11 2.4.1. Коэффициент гидравлического трения…………………………..11 2.4.2. Потери давления на первом участке……………………………...12 2.4.3. Потери давления на втором участке……………………………...14 2.4.4. Общие потери давления в кольце………………………………...14 2.5. Оценка гидравлической эффективности……………………………….15 3. Расчёт второго кольца………………………………………………………...15 3.1. Действующее давление………………………………………………….15 3.2. Участки кольца…………………………………………………………..15 3.3. Диаметры трубопроводов ………………………………………………15 3.4. Потери давления…………………………………………………………16 3.4.1. Коэффициент гидравлического трения…………………………...16 3.4.2. Потери давления на первом участке………………………………17 3.4.3. Потери давления на втором участке………………………………17 3.4.4. Общие потери давления в кольце………………………………....18 3.5. Оценка гидравлической эффективности...…………………………….18 4. Результаты расчетов ………………………………………………………….19 Литература………………………………………………………………………..20 Введение В работе рассматривается двухтрубная система водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Гидравлическим расчётом этой системы определяются диаметры трубопроводов, обеспечивающих эффективную работу отопления. В состав этих расчётов входит определение: - действующего (располагаемого) гравитационного давления; - расчётного расхода теплоносителя на участках системы; - диаметров труб и скоростей воды в них; - потерь давлений на линейных и местных сопротивлениях; - оценки гидравлической эффективности системы. Для установления схемы движения теплоносителя в системе выделяются два кольца отопления, каждое из которых рассматривается как замкнутый контур движения теплоносителя. Первое кольцо (наиболее неблагоприятное) – это кольцо с нагревательными приборами, расположенными на наименьшей высоте над центром котла. 1.Расчётные зависимости 1.1. Располагаемое давление В гравитационной системе отопления циркуляция теплоносителя происходит за счёт различия его плотности в горячем и охлаждённом состоянии. Располагаемое (действующее) давление, обеспечивающее циркуляцию теплоносителя, определяется следующей зависимостью [1]:  (1)где  – плотность охлаждённой воды, - плотность горячей воды, – дополнительное давление, возникающее за счет охлаждения воды в магистралях и стояках [6, прилож. 5], – ускорение свободного падения,h – напор ( вертикальное расстояние от середины котла до середины нагревательного прибора). Плотность теплоносителя (воды) определяется по справочной литературе, например по [2, с.9]: при  кг/м3;при  кг/м3.Среднее значение плотности воды:  . (2)Расчётный расход теплоносителя  , (3)где tг, to – температура горячей и охлажденной воды,  ощность нагревательных приборов (тепловая нагрузка); с - удельная теплоемкость воды, как теплоносителя, с = 4,2 кДж/ [1].1.2. Диаметры трубопроводов Определяются следующей формулой  , (4)где Q – расход, V – скорость движения теплоносителя, должна быть меньше допустимой [1], т.е.:  . (5)Вычисленный диаметр  приводится к стандартному  и опреде-ляется действительная скорость теплоносителя: . (6)Эта скорость не должна быть больше допустимой  .1.3. Потери давления 1.3.1. Потери давления по длине Определяются формулой Дарси – Вейсбаха [2,3,4]:  , (7)где 𝜆 - коэффициент гидравлического трения;  - длина и диаметр трубопровода. Величина коэффициента 𝜆 определяется в зависимости от шероховатости внутренней поверхности трубопровода и режима движения жидкости. Для оценки влияния шероховатости трубопровода используется эквивалентная шероховатость kэ, численное значение которой определяется справочной литературой [2,3,4] в зависимости от технического состояния трубопровода. Режим движения жидкости оценивается числом Рейнольдса [2,3,4]  , (8)где  - коэффициент кинематической вязкости теплоносителя (при средней температуре).При ламинарном режиме движения теплоносителя, т.е. при  = 2320 (9)коэффициент λ вычисляется по формуле Пуазеля: λ =  (10)При турбулентном режиме движении теплоносителя, т.е. при  = 2320: (11)а) при  (гидравлически гладкие трубы) (12)по формуле Блазиуса λ =  ; (13) б) при  (гидравлически шероховатые трубы) (14)по формуле Шифринсона λ =  ; (15)в) при  (область смешанного трения) (16)по формуле Альтшуля λ =  , (17)где эквивалентная шероховатость для стальных оцинкованных труб отопления принята  [4, с. 149].1.3.2. Потери давления в местных сопротивлениях Потери давления в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха [3,4]:  (18)где V – средняя скорость теплоносителя за местным сопротивлением;  - коэффициент i-ого местного сопротивления, определяется справочной литературой [3,4].1.3.3. Полные потери давления Полные (общие) потери давления складываются из потерь по длине и в местных сопротивлениях расчетного участка, т.е.:  . (19)1.4. Оценка гидравлической эффективности Оценка гидравлической эффективности выполняется по зависимости [1]:   (20)Если указанная зависимость не выполнится, то диаметры трубопроводов на одном или нескольких участках: а) увеличиваются – для уменьшения потерь давления, или б) уменьшаются – для увеличения потерь давления, добиваясь выполнения условия (20). В случае, когда уменьшение диаметра трубопроводов приводит к превышению допустимой скорости теплоносителя , то для погашения излишнего давления вводится дополнительное сопротивление в виде диафрагмы (одной или нескольких).1.5. Диаметр диафрагмы Вычисляется «излишнее» давление [1]  (21)Это давление должно быть погашено («потеряно») диафрагмой, т.е.:  . (22)Отсюда находится коэффициент сопротивления проектируемой диафрагмы  . (23)По найденному значению коэффициента сопротивления  по справоч-ной литературе [2,3,4] находится соотношение диаметров или живых сечений или  . (24) Из выражения (24) определяется диаметр диафрагмы  или  . (25)2. Расчет первого кольца 2.1. Действующее давление Действующее (располагаемое) давление первого кольца, формула (1):  где  - напор в первом кольце, = 3,0 м (из задания),  Па [6] .2.2. Участки кольца Первое кольцо системы отношения представляет собой следующий замкнутый контур (рис.1): К-1-2-3-4-5-6-7-8-9-К. Этот контур делится на два участка в зависимости от тепловой нагрузки. Первый участок - с тепловой нагрузкой  .Второй участок - с тепловой нагрузкой  .Первый участок состоит из двух линий: К-1-2-3, длиной = 8,0+20,0+1,0 = 29,0 м; 7-8-9-К, длиной = 2,5+29,0+1,0 = 32,5 м. Общая длина первого участка  = 29,0+32,5=61,5 м.Второй участок состоит из одной линии: 3-4-5, 6-7, длиной = 3,0+4,5+3,5 =11,0 м. Общая длина второго участка  = 11,0 м.2.3. Диаметры трубопроводов Расход теплоносителя на первом участке кольца (формула 3):   участке кольца  Приняв скорость движения теплоносителя V=0,1 м/с, определяются диа-метры трубопроводов. Диаметр трубопровода на первом участке (формула 4):  0,041 м.Диаметр трубопровода на втором участке  Вычисленные диаметры трубопроводов приводятся к стандартным значениям [5]:  Уточняется скорость теплоносителя при принятых стандартных диаметрах трубопроводов. На первом участке скорость не изменяется, так как диаметр остался тем же. На втором участке   Вычисленные скорости теплоносителя при стандартных диаметрах трубопроводов удовлетворяют требованию (5) но не превышению допустимого значения. 2.4. Потери давления 2.4.1. Коэффициент гидравлического трения Для определения потерь давления предварительно устанавливается режим движения теплоносителя, по числу Рейнольдса (8). Коэффициент кинематической вязкости воды назначен по [2, с.11] при средней температуре   Число Рейнольдса для теплоносителя на первом участке кольца:  Число Рейнольдса для теплоносителя на втором участке кольца:  Вычисленные значения числа Рейнольдса превышают критическую величину (  , следовательно, на обоих участках первого кольца будет турбулентный режим движения теплоносителя.Далее определяются исходные параметры к вычислению коэффициента гидравлического трения  .Первый участок   следовательно, используется формула (17):   Второй участок:   следовательно, используется формула (17):   2.4.2. Потери давления на первом участке. Потери давления по длине трубопровода, формула (7):   Местные потери давления, формула (18):  где  коэффициенты местных сопротивлений первого участка (табл.1).Местные сопротивления на первом участке первого кольца Таблица 1
Местные потери  Общие потери давления на первом участке первого кольца, формула (19):   2.4.3. Потери давления на втором участке Потери давления на длине трубопровода, формула (7): pl,2 = λ2   pl,2 = 0,04   969 = 194,3 Па.Местные потери давления, формула (18) :  где  – коэффициенты местных сопротивлений второго участка (табл.2). Местные сопротивления на втором участке первого кольца Таблица 2
Местные потери  Общие потери давления на втором участке первого кольца, формула (19):   .2.4.4 Общие потери давления в кольце Суммарные потери давления в первом кольце отопительной системы pI = p1+p2 pI = 365,4 + 241,1 = 606,5 Па. 2.5. Оценка гидравлической эффективности Вычисляется «невязка» между располагаемым давлением и потерями давления в кольце, формула (20):  что удовлетворяет критерию гидравлической эффективности - условию (20). 3. Расчет второго кольца 3.1. Действующее давление Действующее (располагаемое) давление первого кольца, формула (1):  где  - напор во втором кольце, = 6,5 м. (из задания), Па. .3.2. Участки кольца Второе кольцо системы отношения представляет собой следующий замкнутый контур (рис.1): К-1-2-3-10-11-12-7-8-9-К. Этот контур делится на два участка в зависимости от тепловой нагрузки. Первый участок - с тепловой нагрузкой .Второй участок - с тепловой нагрузкой  .Первым участком второго кольца является первый участок первого кольца. Второй участок состоит из одной линии: 3-10, 11-12, 12-7 длиной = 5,0 + 3,0 + 3,0 = 11,0 м. Общая длина второго участка = 11,0 м.3.3. Диаметры трубопроводов участке второго кольца  Приняв скорость движения теплоносителя V = 0,1 м/с, определяется диа-метр трубопровода второго участка: Диаметр трубопровода на втором участке  Вычисленный диаметр трубопровода приводится к стандартному значению [5]:  Скорость теплоносителя при принятом стандартном диаметре трубопровода. На первом участке скорость не изменяется, т.к. диаметр остался тем же . На втором участке  Вычисленная скорость теплоносителя при стандартном диаметре  удовлетворяет требованию (5).3.4. Потери давления 3.4.1. Коэффициент гидравлического трения Для определения потерь давления устанавливается режим движения теплоносителя, по числу Рейнольдса (8). Число Рейнольдса для теплоносителя на втором участке кольца:  Вычисление значения числа Рейнольдса превышают критическую величину (  , следовательно, на обоих участках второго кольца будет турбулентный режим движения теплоносителя.Определяются исходные параметры к вычислению коэффициента гидравлического трения .Второй участок:   следовательно, используется формула (17):   3.4.2. Потери давления на первом участке Общие потери давления на первом участке второго кольца определены в разделе (2.4.2).  3.4.3. Потери давления на втором участке Потери давления на длине трубопровода, формула (7) :  = λ = 0,036   969 = 157,18 ПаМестные потери давления, формула (18): pi,2=  где – коэффициенты местных сопротивлений второго участка (табл.3). Местные сопротивления на втором участке второго кольца Таблица 3
 Общие потери давления на втором участке второго кольца   3.4.4. Общие потери давления в кольце Суммарные потери давления в первом кольце отопительной системы   3.5. Оценка гидравлической эффективности Вычисляется «невязка» между располагаемым давлением и потерями давления в кольце, формула (20):  что не удовлетворяет критерию гидравлической эффективности. Чтобы добиться выполнения условия, пробуем увеличить диаметр трубопровода и вычислить скорость:  Скорость теплоносителя при принятых стандартных диаметрах трубопроводах.  Вычисленная скорости теплоносителя по уменьшенному стандартному диаметру трубопровода не удовлетворяют требованиям (5) по не превышению допустимого значения скорости. Следовательно, требуется расчет диафрагмы. 3.6 Расчет диаметра диафрагмы Вычисляется «излишнее» давление (21):  Находится коэффициент проектируемой диафрагмы по (23):  По [3, с. 40] определено соотношение  / = 0,33. Отсюда вычислен диаметр диафрагмы, формула (25): 4 Результаты расчета Таблица расчета двухтрубной гравитационной системы отопления Таблица 4
Литература 1. Жизняков В.В. Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы отопления. Методические указания/ В.В. Жизняков, Н.Ю. Волкова. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2011. – 20 с. 2. Большаков В.А. и др. Справочник по гидравлике. – Киев: Высшая школа, 1984. – 343 с. 3. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. - М: Энер-гия, 1974. – 312 с. 4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости). – М.: Стройиздат, 1965. – 274 с. 5. Шевелев Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. – М.: Книга по требованию, 2013. - 116 с. 6. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1991. – 480 с. 7. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Книга по требованию, 2012. 8. Щекин Р.В. и др. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. – М.: Эколит, 2012. 9. ГОСТ 10704 – 91. Трубы стальные электросварные. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
