Гидравлический расчет трубопроводов

Гидравлический расчет трубопроводов является неотъемлемой частью проектирования систем. Он позволяет определить динамический характер движения жидкости, диаметр сечения трубопровода, мощность и подачу насоса, а так же потери давления в системе. Гидродинамический расчет потока несжимаемой жидкости сводится к решению уравнения Бернулли для двух последовательных сечений:

ρgh1 + P1 + α1×w12ρ / 2 = ρgh2 + P2 + α2×w22ρ / 2 + ΔPпот.,где:

h1, h2 – высота начальной и конечной точки трубопровода;
w1, w2 – скорости потока в начальной и конечной точки трубопровода;
P1, P2 – гидростатические давления;
α1, α2 – коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей по сечению;
ΔPпот. – потери давления на преодоление сопротивления.

Представленный в этом разделе гидравлический онлайн расчет позволяет вычислить характеристики потока несжимаемой жидкости, а так же потока сжимаемой жидкости или газа высокого давления. Оба расчета выполняются для неразветвленного трубопровода.

При решении подобных задач методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS крайне важно, чтобы размер ячеек сетки в пристеночном слое трубопровода не превышал определенных значений в радиальном направлении. Алгоритмы в данном разделе рассчитывают минимальный рекомендованный разработчиками размер первой ячейки при значении пристеночной функции Y+ = 30. В общем случае, значение пристеночной функции должно лежать в пределах 30 < Y+ < 300.

Гидродинамический расчет трубопровода несжимаемой жидкости

При проведении гидродинамического расчета определяется значение числа Рейнольдса:

Re = W×D×ρ / μ;, где

μ – динамическая вязкость жидкости;
W – скорость потока;
D – диаметр трубопровода.

Определяется толщина ламинарного подслоя вдоль внутренней поверхности трубы:

δ = 68,4×Re-0.875×D / 2

В зависимости от величины шероховатости Δ внутренней поверхности трубы определяется коэффициент трения:

λ = 0,316×Re -0.25 при δ > Δ
λ = 0,11(Δ / D + 68 / Re) 0.25 при δ < Δ

По формуле Д’Арси определяется потеря давления на прямых участках:

ΔP = λ×(L / D)×(W2ρ / 2)

Потеря давления на местных сопротивлениях:

ΔP = ΣKi×(W2ρ / 2)

Суммируя полученные результаты, получают общую потерю давления на определенном участке трубопровода.

Исходные данные:

Q – расход потока жидкости в трубопроводе, в литрах в секунду;

ρ – плотность жидкости, в килограмм / метр 3;

μ – динамическая вязкость жидкости, в паскаль×секунда;

ΔH – перепад высот начальной и конечной точки участка трубопровода, в метрах;

D – внутренний диаметр трубопровода, в миллиметрах;

L – длина трубопровода, в метрах;

ΣKi – суммарный коэффициент местных сопротивлений;

Δ – абсолютная шероховатость внутренней стенки трубы, в миллиметрах.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА

Расход потока Q, л/c

Плотность жидкости ρ, кг/м3

Динамическая вязкость жидкости μ, Па*с

Перепад высот трубопровода ΔH, м

Внутренний диаметр трубопровода D, мм

Длина трубопровода L, м

Коэффициент местных сопротивлений ΣKi

Абсолютная шероховатость Δ, мм


Статическое давление на входе Pс, Па

Динамическое давление Pд, Па

Полное давление на входе P, Па

Потери давления от трения ΔP, Па

Скорость потока W, м/с

Число Рейнольдса Re

Коэффициент трения λ

Толщина ламинарного подслоя δл, мм

Размер первой ячейки пристеночного слоя, мм

гидравлический расчет трубы
гидравлический расчет трубы

www.caetec.ru

©Copyright Кайтек 2020

Ref 12


Расчет трубопровода газа высокого давления

При транспортировке в трубопроводах газов высокого давления, вследствие потерь давления на преодоление сопротивления, увеличивается удельный объем газа и уменьшается его плотность. При этом, изменение давления на элементарной длине dL равно:

dP = – λ×(1/D)×(W2 / 2)×ρdL, при этом:

W = W0(TP0 / T0P);

ρ = ρ0(T0P/ TP0);

ρ0, W0 – плотность газа и скорость потока газа при нормальных физических условиях;
T0 = 273°C;
P0 = 101300 Па.

Подставляя полученные выражения:

pdP = – λ×(W02ρ0 / 2D)×(T / T0)×P0dL;

После интегрирования по Р от Pнач до Pкон и по L от 0 до L:

(Pкон2 – Pнач2) / 2 = -λ(L / D)(W02ρ0 / 2)(P0T / T0);

Отсюда легко получить потерю давления:

ΔP = Pнач(1 – (1 – λ(L / D)×(W02ρ0)×(P0T / Pнач2T0)) 1/2);

Pнач – абсолютное давление в начальной точке участка трубопровода.

Коэффициент трения λ находится так же, как и в расчете потока несжимаемой жидкости.

Исходные данные:

Q – расход газа в трубопроводе при нормальных физических условиях, в кубометрах в час;

ρ – плотность газа при нормальных физических условиях, в килограмм / метр 3;

T – температура газа, в °C;

μ – динамическая вязкость газа при рабочей температуре, в паскаль×секунда;

D – внутренний диаметр трубопровода, в миллиметрах;

L – длина трубопровода, в метрах;

ΣKiсуммарный коэффициент местных сопротивлений;

Δ – абсолютная шероховатость внутренней стенки трубы, в миллиметрах.

Pн – избыточное давление на входе трубопровода, в паскалях;

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА

Расход газа при н.ф.у. Q, м3/час

Плотность газа при н.ф.у. ρ0, кг/м3

Температура газа Т, 0C

Динамическая вязкость газа μ, Па*с

Внутренний диаметр трубопровода D, мм

Длина трубопровода L, м

Коэффициент местных сопротивлений ΣKi

Шероховатость стенки трубопровода Δ, мм

Избыточное давление на входе Рн, Па


Минимальное избыточное давление на входе в трубопровод Pмин, Па

Потери давления от трения в трубопроводе ΔP, Па

Скорость потока движения газа на входе трубопровода Wн, м/с

Скорость потока движения газа на выходе трубопровода Wк, м/с

Число Рейнольдса Re

Коэффициент трения λ

Размер первой ячейки пристеночного слоя Y (Y+=30), мм

гидравлический расчет трубы
газодинамический расчет трубы

www.caetec.ru

©Copyright Кайтек 2020

Ref 12

Другие калькуляторы

– расчет прочности трубопровода

– расчет тонкостенной осесимметричной оболочки

– расчет толстостенной трубы под внутренним и внешним давлением

– расчет составной трубы

– Расчет свободной конвекции для горизонтальной поверхности

– Расчет свободной конвекции для вертикальной поверхности

– Расчет коэффициента теплоотдачи плоской стенки

– Расчет коэффициента теплоотдачи внутренней стенки трубы

– Расчет коэффициента теплоотдачи наружной стенки трубы

– Расчет коэффициента теплоотдачи наружной стенки пучка труб

– Расчет коэффициента теплопередачи через плоскую стенку

– Расчет коэффициента теплопередачи через цилиндрическую стенку

заказать расчет прочности

©Кайтек 2020. Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, может осуществляться лишь с разрешения автора (правообладателя) и только при наличии ссылки на сайт www.caetec.ru