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:

Оптимальные диаметры отдельных участков трубопровода.

Параметры воды у потребителей (p,t).

Относительные потери давления от входа в трубопровод до соответствующего потребителя.

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

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

Примечание:

Внутренний диаметр трубопровода d_>вн. >Принять по ГОСТУ (кратным 5 мм)

Колена выполнены с поворотом потока 90ْ_>, >радиус поворота колена_> >R = (2-4) * d_>вн>

ξ _>кол> = 0.5 - коэффициент местного сопротивления на колене. В качестве запорных органов используем нормальные задвижки.

ξ _>задв >= 1- коэффициент местного сопротивления на задвижке. Тройники (угольники) скомпаннованны с насадкой.

ξ _>трой >= 1.5 - коэффициент местного сопротивления на тройнике с насадкой. Падение температуры по длине трубопровода принять равными

Падение температуры 2 ْС на 100 метров Δt_>под >= 0.02 ْС/м

Дано:

Q_>3 >= 24 (м³ / ч)

Q_>3 >= Q_>3> / 3600 = 0.66 * 10^-2 (м³ / c)

Q_>2 >= 0.4* Q_>3 >= 2.64 * 10^-3 (м³ / c)

Q_>1 >= 0.3 * Q_{>3 =} >1.98 * 10^-3 (м³ / c)

P_>0> = 0.77 * 1000000 = 7.7 * 10⁵ (Па)

t_>0 >= 63 ْ) C)

L = 200 (м)

ρ _>вод >= 1000 (кг/ м³)

g = 9.8066 (м / c²)

Расчет:

1) Участок Задвижка:

Q_>общ> = Q_>1> + Q_>2> +Q_>3> = 1.122* 10^-2

P_>вх1 >= P_>0 >= 7.7 * 10⁵ (Па)

t _>вх1 >= t_>0 >= 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_>вн1>²_> >= 1.155 (м / c)

t _>ср1> = t _>вх1> + t _>вых1 >/ 2 = 63 ( ْC)

ν_>1 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср1> +0.000221* t _>ср1>² = 4.451 * 10^-7 (м² / c)

Re_>1 >= d_{>вн1 *}> V_>ср1 >/ ν_>1 >= 3.010 * 10⁵

ξ _>задв >= 1

h_>1 >= ξ _{>задв *} >V_>ср1>² / 2 = 6.77 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот_>1> = h_{>1 *} >ρ _>вод >6.77 * 10² (Па)

P_>вых1 >= P_{>вх1 -} >Pпот_>1 >=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)

ν_>2 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср2> +0.000221* t _>ср2>² = 4.589 * 10^-7 (м² / c)

Re_>2 >= d_{>вн2 *}> V_>ср2 >/ ν_>2 >= 2.919 * 10⁵

Так как 10⁷ > Re_>2> > 10⁵ Расчет ведем по формуле Никурадзе

λ_>2 >= 0.0032 + 0.221* Re_>2>^-0.237 = 1.7 * 10^-2

L = 200 (м)

h_>2 >= (L * λ_{>2 *} >V_>ср2>² ) / 2 * d_>вн2 >=19.85 (Дж / кг)

Pпот_>2 >= h_{>2 *} >ρ _>вод >= 19.85* 10³ (Па)

P_>вых2 >= P_>вх2– >Pпот_>6 >=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)

ν_>3 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср3> +0.000221* t _>ср3>² = 4.738 * 10^-7 (м² / c)

Re_>3 >= d_{>вн3 *}> V_>ср3 >/ ν_>3>= 2.428 * 10⁵ (Па)

ξ _>трой >= 1.5

h_>3 >= ξ _{>трой *} >V_>ср3>² / 2 = 7.56 * 10^-1 (Дж / кг)

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

P_>вых3 >= P_{>вх3 –} >Pпот_>3 >= 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)

ν_>4 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср4> +0.000221* t _>ср4>² = 4.903 * 10^-7 (м² / c)

Re_>4 >= d_{>вн4 *}> V_>ср4 >/ ν_>4 >= 1.027* 10⁵

Так как 10⁷ > Re_>4> > 10⁵ Расчет ведем по формуле Никурадзе

λ_>4 >= 0.0032 + 0.221* Re_>4>^-0.237 = 1.75* 10^-2

L = 200 (м)

h_>4>= (L * λ_{>4 *} >V_>ср4>² ) / 2 * d_>вн4 >= 35.56 (Дж / кг)

Pпот_>4>= h_{>4 *} >ρ _>вод >= 35.56* 10³

P_>вых4 >= P_{>вх4 –} >Pпот_>4 >= 7.105 * 10⁵(Па)

Участок Задвижка

Q_>1 >= 1.98 * 10^-3 (м³ / c)

P_>вх>_>5>= 7.105 * 10⁵ (Па)

t _>вх>_>5 >= 55 ْ) C)

L = 200 (м)

d_>вн>_>5 >= 0.05 (м)

V_>ср>_>5 >= 1.004 (м / c)

ν_>5 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср>_>5> +0.000221* t _>ср>_>5>² = 5.081 * 10^-7 (м² / c)

Re_>5 >= d_>вн>_{>5 *}> V_>ср>_>5 >/ ν_>5>= 0,991 * 10⁵

ξ _>задв>_> >= 1

h_>5 >= ξ _>задв>_{> *} >V_>ср>_>5>² / 2 = 5.08* 10^-1 (Дж / кг)

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

P_>вых5 >= P_>вх5– >Pпот_>5 >= 7.1*10⁵ (Па)

6) Участок Прямолинейный

Q_>3 >= 0.66 * 10^-2 (м³ / c)

Q_>2 >= 2.64 * 10^-3 (м³ / c)

Q_> >= Q_>2 >+ Q_>3> = 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 * Q_>2 >+ Q_>3 >/ π * d_>вн1>² = 0.890 (м / c)

t _>ср6> = t _>вх6> + t _>вых6 >/ 2 = 58 ْ) C)

ν_>6 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср6> +0.000221* t _>ср6>^{2 =} 4.813 * 10^{-7 (}м² / c)

Re_>6 >= d_{>вн6 *}> V_>ср6 >/ ν_>6 >= 1.997 * 10⁵

Так как 10⁷ > Re_>2> > 10⁵ Расчет ведем по формуле Никурадзе

λ_>6 >= 0.0032 + 0.221* Re_>2>^-0.237 = 1.54 * 10^-2

L = 100 (м)

h_>6 >= (L * λ_{>6 * Vср6}>²) / 2 * d_>вн6 >= 5.6 (Дж / кг)

Pпот_>6 >= h_{>6 *} >ρ _>вод >= 5.6 * 10³ (Па)

P_>вых6 >= P_{>вх6 –} >Pпот_>6 >= 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)

ν_>7 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср7> +0.000221* t _>ср7>² = 4.892 * 10^-7 (м² / c)

Re_>7>= d_{>вн7 *}> V_>ср7 >/ ν_>7 >= 1.91. * 10⁵

ξ _>задв >= 0.5

h_>7 >= ξ _{>задв *} >V_>ср7>² / 2 = 1.98 * 10^-1 (Дж / кг)

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

P_>вых7 >= P_{>вх7 –} >Pпот_>7 >= 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)

ν_>8 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср8> +0.000221* t _>ср8>² = 4.981* 10^-7 (м² / c)

Re_>8>= d_{>вн8 *}> V_>ср8 >/ ν_>8 >= 1.876 * 10⁵

Так как 10⁷ > Re_>2> > 10⁵ Расчет ведем по формуле Никурадзе

λ_>6 >= 0.0032 + 0.221* Re_>2>^-0.237 = 1.44 * 10^-2

h_>8 >= (L * λ_{>8 * Vср8}>²) / 2 * d_>вн8 >= 5.4 (Дж / кг)

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

P_>вых8 >= P_>вх8– >Pпот_>8 >= 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)

ν_>9 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср9> +0.000221* t _>ср9>² = 5.053 * 10^-7 (м² / c)

Re_>9>= d_{>вн9 *}> V_>ср9 >/ ν_>9 >= 1.84 * 10⁵

ξ_>кол >= 0.5

h_> >= ξ _{>кол *} >V_>ср9>² / 2 = 1.98 * 10^-1 (Дж / кг)

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

P_>вых9 >= P_{>вх9 –} >Pпот_>9 >= 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)

ν_>10 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср8> +0.000221* t _>ср8>² = 5.140 * 10^-7 (м² / c)

Re_>10>= d_{>вн8 *}> V_>ср8 >/ ν_>8 >= 1.818 * 10⁵

Так как 10⁷ > Re_>2> > 10⁵ Расчет ведем по формуле Никурадзе

Λ_>10 >= 0.0032 + 0.221* Re_>2>^-0.237 = 1.57 * 10^-2

h_>10 >= (L * λ_{>8 * Vср8}>²) / 2 * d_>вн8 >= 5.92 (Дж / кг)

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

P_>вых10 >= P_{>вх10 –} >Pпот_>10 >= 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)

ν_>11 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср11> +0.000221* t _>ср11>² = 5.226 * 10^-7 (м² / c)

Re_>11 >= d_{>вн11 *}> V_>ср11>/ ν_>11>= 1.788 * 10⁵ (Па)

ξ _>трой >= 1.5

h_>11 >= ξ _{>трой *} >V_>ср11>² / 2 = 5.94 * 10^-1 (Дж / кг)

Pпот_>11> = H21_{> *} >ρ _{>вод =} >5.94 * 10² (Па)

P_>вых11 >= P_{>вх11 –} >Pпот_>11 >= 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 * Q_>2 >/ π * d_>вн1>² = 1.111 (м/с)

t _>ср12> = t _>вх12> + t _>вых12 >/ 2 = 51 ْ) C)

ν_>12 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср12> +0.000221* t _>ср12>² = 5.407 * 10^-7 (м² / c)

Re_>12>= d_{>вн12 *}> V_>ср12 >/ ν_>12 >= 1.130 * 10⁵

Так как 10⁷ > Re_>2> > 10⁵ Расчет ведем по формуле Никурадзе

λ1_>2 >= 0.0032 + 0.221* Re1_>2>^-0.237 = 1.72 * 10^-2

h_>12 >= (L * λ_{>12 * Vср12} >²) / 2 * d_>вн12 >= 38.60 (Дж / кг)

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

P_>вых12 >= P_{>вх12 –} >Pпот_>12 >= 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

ν_>13 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср13> +0.000221* t _>ср13>² = 5.595 * 10^-7 (м² / c)

Re_>13 >= d_{>вн13 *}> V_>ср13 >/ ν_>13 >= 1.092 * 10⁵

ξ _>задв >= 1

h_>13 >= ξ _{>задв *} >V_>ср13>² / 2 = 6.17 * 10^-1 (Дж / кг)

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

P_>вых13 >= P_{>вх13 -} >Pпот_>13 >= 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 * Q_>3 >/ π * d_>вн14>² = 1.037

t _>ср12> = t _>вх14> + t _>вых14 >/ 2 = 47 ْ) C)

ν_>14 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср14> +0.000221* t _>ср14>² = 5.796 * 10^-7 (м² / c)

Re_>14>= d_{>вн12 *}> V_>ср14 >/ ν_>14 >= 1.610 * 10⁵

Λ_>14 >= 0.0032 + 0.221* Re1_>2>^-0.237 = 1.6 * 10^-2

h_>14 >= (L * λ_{>14 * Vср14} >²) / 2 * d_>вн14 >= 19.11 (Дж / кг)

Pпот_>14> = h_>14* >ρ _{>вод =} >19.11 * 10² (Па)

P_>вых12 >= P_{>вх12 –} >Pпот_>12 >= 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

ν_>15 >= 0.0178 * 10^-4 / 1 + 0.0337 * t _>ср15> +0.000221* t _>ср15>² = 6.007 * 10^-7 (м² / c)

Re_>15 >= d_{>вн15 *}> V_>ср15 >/ ν_>15 >= 1.553 * 10⁵

ξ _>задв >= 1

h_>13 >= ξ _{>задв *} >V_>ср15>² / 2 = 5.37 * 10^-1 (Дж / кг)

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

P_>вых15 >= P_{>вх15 -} >Pпот_>15 >= 6.902* 10⁵ (Па)

Относительные потери давления у потребителей.

1 потребитель:

ΔP_>1пот >= P_>вх1>- P_>вых5 >* 100/ P_>вх1 >= 7.7 %

Pпот_>15>= Pпот_>1>+ Pпот_>2> + Pпот_>3> + Pпот_>4> + Pпот_>5 >= 5.7351 * 10⁴ (Па)

i_>1 >= Pпот_>15>* 100_> >/ 2 * g * L * ρ _>вод> = 1.529 %

N_>тр>_>.13 >= Q_>общ>_> >* (Pпот_>1>+ Pпот_>2> + Pпот_>3>) * 10^-3 = 0.238 кВт

N_>тр>_>.35 >= Q_>1>* (Pпот_>4>+ Pпот_>5>) * 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%

Pпот_>113>= Pпот_>1>+ Pпот_>2> + Pпот_>3> + Pпот_>4> + Pпот_>5 >+ Pпот_>6> + Pпот_>7> + Pпот_>8> + Pпот_>9>+ Pпот_>10> + Pпот_>11> + Pпот_>12>+ Pпот_>13 >= 7.72 * 10⁴ (Па) = 0.0772 ( МПа)