Практическое занятие 3. Гидравлический расчет трубопроводов для воды или раствора этилен гликоля в системах с применением теплоносителя

Цель работы: Анализ гидравлических характеристик трубопроводов для воды и растворов.

Продолжительность занятия 1 ч.

Теоретические сведения

Гидравлическому расчету предшествует вычерчивание аксонометрической схемы системы с указанием на ней номеров участков, их нагрузок (Вт) и длин (м).

Для систем отопления определяют основное циркуляционное кольцо ОЦК: в 2-трубной тупиковой системе отопления - от распределительного коллектора до нижнего прибора самого удаленного стояка и обратно к сборному коллектору; для системы с попутным движением воды - через нижний прибор среднего, наиболее нагруженного стояка. В случае применения термостатических головок расчет начинают с верхнего прибора.

Аналогичную схему определения ОЦК применяют также для тепло - и холодоснабжения фанкойлов (при 4-трубной схеме подачу теплоты и холода рассчитывают отдельно, при 2-трубной схеме систему рассчитывают по холодной среде, создающей большее гидравлическое сопротивление).

Потери давления в системе определяют как сумму потерь давления на участках ОЦК и по этой величине выбирают циркуляционный насос.

Методика позволяет производить гидравлическую увязку всех ответвлений с ОЦК.

Методика выполнения задания

В расчете могут быть заданы любые температурные режимы теплоносителя (воды или этиленгликоля), различные материалы трубопроводов (сталь, медь, металлополимеры, сшитый полиэтилен) с различной степенью их абсолютной шероховатости.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Формулы для расчета

Скорость движения воды в трубопроводе (м/с):

; , (1)

где Qy— нагрузка (теплота или холод) на участок (Вт); ∆t (°С) — изменение

температуры транспортируемой среды (при отоплении: ∆t= tг — tо, при холодоснабжении: ∆t = t0 — tх); р — плотность среды (кг/мз) при

или ; (2)

dв – внутренний диаметр трубопровода (мм).

Для этиленгликоля:

(3)

(из-за меньшей теплоемкости).

Если материалом трубопроводов служит сталь, то систему монтируют из черных водогазопроводных (ГОСТ 3262-75) или электросварных (ГОСТ 10704-91) труб. Внутренний диаметр принимают по табл. 1.

Таблица 1 Трубы черные, водогазопроводные, обыкновенные или электросварные

Диаметр в дюймах

Условный диаметр прохода dy, мм

Фактически внутренний диаметр dв, мм

3/8

10

12,6

1/2

15

15,7

3/4

20

21,2

1

25

27,1

1

32

35,9

1

40

41

2

50

53

2

65

76,5

3

80

80,5

Трубы черные, водогазопроводные, применяются обычно до dy, = 50 мм, а при больших размерах используются трубы стальные бесшовные (ГОСТ 8732-78).

Трубы бесшовные маркируют по наружному диаметру и толщине стенки (мм).

Рекомендуемые размеры бесшовных труб для санитарно-технических систем даны в таблицах 2, 3.

Таблица 2

Условный диаметр прохода dy, мм

Наружный диаметр dн, мм

Толщина стенки,

мм

Внутренний диаметр dв, мм

50

57

3

51

65

76

3

70

80

89

3,5

82

100

108

4

100

125

133

4

125

150

159

4,5

150

200

219

6

207

250

273

7

259

300

325

8

309

Таблица 3 Сортамент твердых медных труб по стандарту EN 1057

Наружный диаметр dн, мм

Толщина стенки, мм

Внутренний диаметр dв, мм

Объем воды, л/м

Масса трубы,

кг

10

1,0

8

0,05

0,25

12

1,0

10

0,08

0,31

15

1,0

13

0,13

0,39

18

1,0

16

0,20

0,48

22

1,0

20

0,31

0,59

22

1,5

19

0,28

0,86

28

1,0

26

0,53

0,76

28

1,5

25

0,49

1,12

35

1,5

32

0,80

1,41

42

1,5

39

1,20

1,71

54

2,0

50

1,96

2,92

64

2,0

60

2,83

3,48

76,1

2,0

72,1

4,83

4,16

88,9

2,0

84,9

5,66

4,86

108

2,5

103

8,33

7,37

Размеры труб из сшитого полиэтилена со специальным слоем, препятствующим проникновению кислорода в теплоноситель, полипропиленовых или металлополимерных труб указаны в каталогах фирм-изготовителей. Так, например, фирма KAN применяет металлополимерные трубы PE-Xc/AL/PE-Xc диаметрами: 14/2; 16/2; 20/2; 26/3 (наружный диаметр и толщина стенки).

Критерий Рейнольдса определяют по формуле

, (4)

Где - скорость теплоносителя (м/с); dв - внутренний диаметр (мм); - кинематическая вязкость среды (м2/с), зависящая от температуры.

Таблица 4 Кинематическая вязкость и плотность воды

Температура t, °C

Избыточное давление для предотвращения вскипания p, кПа

Плотность , кг/м3

Кинематическая вязкость , 10-6 м2/с

0

0

1000

1,79

10

0

1000

1,31

20

0

998

1,01

30

0

996

0,805

40

0

992

0,659

50

0

988

0,556

60

0

983

0,479

70

0

978

0,415

80

0

972

0,366

90

0

965

0,326

100

30

958

0,295

120

102

943

0,244

140

268

926

0,212

160

530

907

0,19

180

923

887

0,173

Таблица 5 Кинематическая вязкость и плотность водного раствора этиленгликоля (концентрация 42.6%, температура замерзания -29°C)

Температура t, °C

Плотность , кг/м3

Кинематическая вязкость , 10-6 м2/с

Удельная теплоемкость с, кДж/(кг·°C)

50

1055

1,3

3,61

20

1055

2,78

3,48

0

1055

5,85

3,44

-10

1055

9,1

3,4

-20

1055

11,7

3,38

-25

1055

15,2

3,36

-30

1055

20,5

3,33

Коэффициент гидравлического трения λ при числе Рейнольдса менее 2200 вычисляют по формуле Варфоломеевой:

. (5)

При большем числе Рейнольдса (подавляющее число расчетов) определяют по формуле Кольбрука:

, (6)

Которую можно преобразовать:

, (7)

где Kэ – абсолютная шероховатость трубопроводов (мм):

стальных Kэ = 0,2,

медных Kэ = 0.11,

полимерных Kэ = 0,005.

Формула Кольбрука содержит искомую величину как в правой, так и в левой частях формулы, поэтому в программе вычисляют методом последовательного приближения с ошибкой менее 0,1%. Начальное приближение = 0,04.

Падение давления на участке трубопровода, ∆уч, Па:

, (8)

где lуч – длина участка (м); dв – внутренний диаметр (мм); - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Таблица 6 Значение коэффициентов

tт, tх, °C

t0, °C

tср , °C

10-6 ,

м2/с

Плотность

H, кг/м3

B

C

Теплоноситель-вода

40

30

35

0,732

994

30,4

1366

60

40

50

0,556

988

15,2

1798

80

60

70

0,415

978

15,2

2410

85

65

75

0,390

975

15,2

2564

90

70

80

0,366

972

15,2

2732

95

70

82,5

0,356

970

12,16

2809

110

70

90

0,326

965

7,6

3067

130

70

100

0,295

958

5,07

3390

150

70

110

0,268

951

3,8

3730

5

15

10

1,31

1000

30,4

763

6

12

9

1,36

1000

50,7

735

Теплоноситель-этиленгликоль

60

40

50

1,3

1055

18,7

769

-4

2

-1

6,0

1055

62,4

167

5

15

10

9,1

1055

37,4

110

Таблица 7 Местные сопротивления

KMC, при dу, мм

10

15

20

25

32

40

50 и более

Вентиль обычный

20

16

10

9

9

8

7

Кран шаровой или пробковый

5

4

2

2

2

2

2

КРД

5

4

2

2

-

-

-

Отвод 90о

2

1,5

1,5

1

1

0,5

0,5

Скоба

4

3

2

2

2

2

2

Значения местных сопротивлений, не зависящие от диаметров сечений:

Радиатор 2,0 Тройник-поворот 1,5

Внезапное расширение 1,0 Тройник-противоток 3,0

Внезапное сужение 0,5 Крестовина-проход 2,0

Задвижка параллельная 0,5 Крестовина-поворот 3,0

Тройник-проход 1,0 Угольник 1,2

Диаметр трубопровода выбирают в зависимости от скорости движения воды:

Стальные и медные трубы: = 0,3 - 0,8 м/с

Полимерные трубы: d 12/2 – d 14/2 = 0,25 - 0,4 м/с

d 16/2 – d 18/2 = 0,35 - 0,5 м/с

d 20/2 – d 25/2 = 0,45 - 0,6 м/с

более d 25/2 = 0,5 - 0,75 м/с

Скорость воды более 0,11 м/с достаточна для удаления воздуха из горизонтальных трубопроводов.

Рис. 1. Аксонометрическая схема системы хлолодоснабжения

Таблица 8 Гидравлический расчёт холодопроводов

№ участков

Qx, Вт

l, м

Dв, мм

, м/с

Коэффициенты

местных

сопротивлений на участках

Падение давления

pуч, Па

1

3800

7,2

16

0,526

Отводы 42=8,

Тройник-проход=2

10

5970

2

7800

10

20

0,691

2 тройника на проход 2=2

7810

3

11000

10

26

0,576

2 тройника на проход 2=2

4110

4

14800

9,6

26

0,776

2 тройника на проход 2=2

6640

5

19000

15,6

32

0,658

2 тройника на проход 2=2,

7 отводов 71=7

9

7610

6

35000

8

39

0,815

2 тройника на проход 2=2

3880

7

56000

25,6

50

0,794

12 отводов

12=12

11000

Па

Задание: Произвести расчет по предложенной методике со следующими исходными данными: трубы водогазопроводные с диаметром 3/8 дюйма, температура воды 30 С, гидравлический расчёт трубопровода для участка 1.

Требования к отчету

1. Краткий конспект.

2. Расчетные материалы по предложенной методике.

3. Основные выводы.

Литература

1.  Краснов вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для производственных и общественных зданий.

2.  , , Антипов вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию испытаниям и наладке.