Любой расчет гидравлических систем выполняется на определенной основе, в этой статье мы рассмотрим методы, и формулы на которых базируются расчеты гидравлических систем. Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода.

 

Потери напора на трение .

Всем известно, что при движении жидкости по трубопроводу возникают постери напора на трение. В случае, когда движении жидкости в трубах равномерное, то потери давления на трение как при ламинарном, так и при турбулентном режимах движения можно рассчитать по формуле Дарси–Вейсбаха:

D ρ тр = λ· l / d · ρ · V 2 /2

Где:

  • l – коэффициент гидравлического трения; 
  • l –длина трубопровода; 
  • d – диаметр трубопровода; 
  • r – плотность жидкости; 
  • V – средняя скорость течения жидкости.

 

Коэффициент гидравлического трения будет зависеть от режима движения жидкости, значения критерия Рейнольдса:

Re = Vd/ν

А так же коэффициент гидравлического трения будет зависеть от состояния стенок трубы, которое характеризуется относительной шероховатостью:

D ̅ = D ,/d ,

Где:

  • Dэ – эквивалентная равномерно-зернистая шероховатость (то есть такая высота неровностей, которые образовани песчинками одинакового размера, которая при расчете дает одинаковое с действительной шероховатостью значение коэффициента гидравлического трения).

 

При ламинарном режиме течения жидкости коэффициент гидравлического трения можно рассчитать по формуле:

λ = 64/Re .

При турбулентном режиме течения жижкости весь диапазон значений чисел Рейнольдса, в зависимости от относительной шероховатости, необходимо разделить на области, каждой из которых будет соответствовать своя формула для расчета коэффициента гидравлического трения:

область гидравлически гладких труб 2300 ≤ Re ≤ 10 √D:

1. λ = 0.3164/Re0.25 – формула Блазиуса;

2. 10/D̅  ≤ Re ≤ 500√D – переходная область;

3. λ = 0.11 · (D̅  + 68/Re)0.25  – формула А.Д. Альтшуля;

4. Re > 500√D – квадратичная область;

5. λ = 0.11 · D-0.25  – формула Б.Л. Шифринсона.

 

Если жидкость будет протекать по трубам, форма поперечного сечения которых не будет круглой, то в приведенных выше формулах будет использоваться вместо d эквивалентный диаметр:

d, = 4S/ П ,

  • где S – площадь поперечного сечения трубы; П – полный смоченный периметр трубы.

 

Коэффициент гидравлического трения при ламинарном течении в трубах различной формы можно рассчитать по формуле

λ = A/Re ,

  • где А – коэффициент, численное значение которого зависит от формы поперечного сечения трубы.

 

Сифон - это соединяющий два резервуара трубопровод, часть которого находится выше уровня жидкости в напорном резервуаре. Допустимое возвышение верхней точки сифона вычисляют по формуле

  h o = p α - D p ’/ ρg

  • где Dp’ – потеря давления на участке от напорного резервуара до верхней точки сифона.

 

Минимально допустимое давление в верхней точке сифона должно быть выше давления насыщения при данной температуре.

 

Пропускная способность трубопроводов в период эксплуатации снижается. Вследствие коррозии и образования отложений в трубах шероховатость их увеличивается, что в первом приближении можно оценить по формуле:

D , = D 0 + αt ,

Где:

  • где Dо – абсолютная шероховатость новых труб, мм; 
  • Dt – абсолютная шероховатость через t лет эксплуатации, мм;
  • a – коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости, мм/год.

 

Местные потери давления в трубах .

Местные сопротивления, к которым относится арматура, фасонные части трубопроводов и прочее оборудование, могут вызывать изменения величины и (или) направления скорости движения жидкости на определенных участках трубопровода, что неизбежно приводит к потерям давления в этих трубах. Потери давления определяют по формуле Вейсбаха:

D p ж = ζρ V 2 /2 .

Значения коэффициентов местных сопротивлений V  зависят от конфигурации местного сопротивления и режима течения жидкости перед ним.

При резком сужении трубопровода (резком изменении площади проходного сечения от S1 до S2) коэффициент местного сопротивления рассчитывается по формуле:

ζ o = (1/G – 1) 2 ,

  • где e – коэффициент сжатия струи, который можно определить по формуле А.Д. Альтшуля:

 

G = 0.57 + 0.043/(1.1 – n) ,  где:  n = S 2 /S 1 .

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы, которая располагается внутри трубы постоянного сечения (отнесенный к сечению трубопровода):

ζ д = (1 /n д G – 1) 2 ,

  • где nд = So / S – отношение площади отверстия диафрагмы So к площади сечения трубы S.

 

При движении жидкости с малыми числами Рейнольдса коэффициенты местных сопротивлений ориентировочно определяют по формуле А.Д. Альтшуля:

 

ζ = A / Re + ζ L

  • где ζL – значение коэффициента местного сопротивления в квадратичной области; Re – число Рейнольдса, отнесенное к нестесненному сечению трубопровода.

 

В случаях, когда расстояние между отдельными местными сопротивлениями довольно велико для того, чтобы искажение эпюры скоростей, вызванное одним из них, не сказывалось на следующем, потери давления во всех местных сопротивлениях суммируются. Для этого необходимо, чтобы местные сопротивления отстояли друг от друга на расстояние, превышающее lвл, определяемое по формулам:

 

Для турбулентного движения: l вл / d = 12/√λ - 50 ,

  • где l – коэффициент трения трубы, на которой расположено местное сопротивление;

 

При малых числах Рейнольдса используют формулу:  l вл / d = 1.25/√ Re .