Гидравлический расчет системы водоснабжения

Министерство образования и науки

Российской Федерации

 

ФГБОУ ВПО АлтГТУ им. Ползунова И.И.

 

 

Факультет дистанционного обучения по строительным специальностям, заочное обучение

 

 

Контрольная работа №2

по курсу «Механика жидкостей и газов»

 

Гидравлический расчет системы водоснабжения

 

ОТЧЕТ

 

КР 270102.02.341 ОТ

 

Выполнил:

Студент гр. Сс-21                                                             Е.Скудина

Проверил:

Доцент кафедры ТГВ                                                       С.Еремин

 

Работа принята с оценкой _______________________________

 

 

 

Барнаул 2013г.

 

						КР 270102.02.341 ОТ
Изм	Кол	Лист	№док	Подпись	Дата
						Контрольная работа №2	Стадия	Лист	Листов
Выполнил		Скудина Е					У	1	14
Проверил		Еремин С					АлтГТУ, ФДО

 

Содержание отчета

 

1. Цель работы ………………………………………………………………….2
2. Ответы на контрольные вопросы ………………………………………….3
3. Основные теоретические положения ……………………………………….5
4. Исходные данные и расчетная схема …………………………….………. 4
5. Результаты отчета …………………………………………………………. 7
6. Выводы……………………………………………………………..………..13
7. Список литературы ………………………………………………………..14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Цель и задачи контрольной работы

 

Цель работы – ознакомиться с методикой расчета гидравлических систем.

Задачи:

– дать ответ на контрольные вопросы в соответствии с вариантом задания;

– определить расчетные расходы воды потребителей, расчетные расходы, скорости потока, диаметры и потери по длине на участках, потребный напор на входе в систему, построить пьезометрическую линию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Ответы на контрольные вопросы

 

Вопрос №1: Уравнение неразрывности (постоянства расхода).

 

Закон неразрывности потока жидкости(рис. 1) -основной закон гидродинамики и формулируется следующим образом: при установившемся движении жидкости произведение средней скорости движения на площадь живого сечения является величиной постоянной, т.е. vS= const.

 

 И действительно, если  выбрать два произвольных живых сечения S1 и S2 (см. рис. 1), то вследствие того, что жидкость несжимаема, форма потока во времени не изменяется и в потоке не образуются пустоты, будем иметь следующие отношения:

Q1= v1S1;  Q2 = v2S2;  Q1 = Q2;  v1S1 = v2S2, (8.1)

 что и подтверждает основной закон гидродинамики.

 

 

 Рис. 1. Схема потока жидкости

 

 Из выражения (8.1) следует, что средние скорости v1 и v2 обратно пропорциональны соответствующим площадям живых сечений S1 и S2 потока жидкости:

v1/v2= S2/S1.  (8.2)

 Итак, уравнение неразрывности  выражает постоянство объемного  расхода Q, а следовательно, и условие  неразрывности струи жидкости, по длине установившегося потока жидкости.

 

 

 

 

 

Вопрос №2: Алгоритм расчета короткого трубопровода.

 

Простые трубопроводы

 

 Простым (коротким) называют  трубопровод, по которому жидкость  транспортируют от питателя к  приемнику без промежуточных  ответвлений потока. При этом необходимо учитывать не только потери напора на трение по длине трубопровода, но и скоростной напор и местные потери напора, которыми в данном случае нельзя пренебречь.

 Исходным при расчетах  простого трубопровода является уравнение баланса напоров (уравнение Бернулли)

 Основной расчетной зависимостью для определения потерь по длине является формула Дарси-Вейсбаха:

 

 Кроме того, скорость потока зависит от расхода и площади поперечного сечения трубопровода. Поэтому для стандартных диаметров трубопроводов из различных материалов были рассчитаны удельные сопротивления, то есть сопротивления движению потока на единице длины при единичном расходе:

В результате формула для расчета потерь преобразуется к виду:

где: b– коэффициент, учитывающий скорость потока и материал трубопровода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные теоретические положения.

 

Основная задача гидравлического расчета – определение потерь напора на преодоление сил трения (потерь по длине) и местных сопротивлений (изменение направления и сечения потока, запорно-регулирующая арматура). При расчете длинных трубопроводов, где определяющими являются потери по длине, потерями на местных сопротивлениях обычно пренебрегают.

Основной расчетной зависимостью для определения потерь по длине является формула Дарси-Вейсбаха:

где: L, d – длина и диаметр трубопровода;

V – скорость потока;

l – коэффициент гидравлического трения, зависит от свойств жидкости, материала трубопровода (шероховатости стенок) и режима течения (числа Рейнольдса).

Однако при высокой степени турбулизации потока, что соответствует квадратичной области сопротивления и режиму течения в большинстве систем водоснабжения, число Рейнольдса не влияет на величину коэффициента. Кроме того, скорость потока зависит от расхода и площади поперечного сечения трубопровода. Поэтому для стандартных диаметров трубопроводов из различных материалов были рассчитаны удельные сопротивления, то есть сопротивления движению потока на единице длины при единичном расходе:

Значения А приводятся в справочниках по гидравлическим расчетам. В результате формула для расчета потерь преобразуется к виду:

где: b – коэффициент, учитывающий скорость потока и материал трубопровода.

Однако величина коэффициента b близка к единице и в некоторых случаях его не применяют.

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Исходные данные и расчетная схема.

 

Исходные данные (вариант 3.4.1)

Таблица 1 - Исходные данные для задания 2
				Первая цифра номера варианта
				1		2				3			4			5		6			7		8	9
Материал труб				сталь		чу-гун				плас-тик			асбо-цем.			сталь		чу-гун			плас-тик		асбо-цем.	сталь
				Вторая цифра номера варианта
				1		2				3			4			5		6			7		8	9
Длины  участков, метры	1-2			100		50				40			25			100		50			40		25	100
	2-3			1100		1000				1100			1000			1100		1000			1100		1000	1100
	3-4			600		550				600			-			600		550			600		-	600
	4-6			-		950				1000			1050			-		950			1000		1050	-
	2-6			700		850				-			750			700		850			-		750	700
	2-5			800		-				750			820			800		-			750		820	800
	5-6			800		850				750			800			800		850			750		800	800
	6-7			400		300				430			340			400		300			430		340	400
	7-8			600		450				550			650			600		450			550		650	600
	7-9			1500		1300				1200			1100			1500		1300			1200		1100	1500
	7-10			2000		1500				1700			1600			2000		1500			1700		1600	2000
				Третья цифра номера варианта
				1			2			3			4			5		6			7		8	9
Номера вопросов				1,18			2,10			3,11			4,12			5,13		6,14			7,15		8,16	9,17
Равномерно-распределенный расход    q = 0,005 л/с на пог. метр
Свободный напор в узловых точках     Нсв = 5 м
Геодезические отметки узловых точек:
		z1 = 0 м						z8 = 4 м						z9 = 6 м					z10 = 8 м
Таблица 2 - Ср. суточные нормы потребления воды,   м3/сутки
Потреби-тель №3			Потреби-тель №4						Потреби-тель №5			Потреби-тель №8			Потреби-тель №9					Потреби-тель №10
50			200						150			100			250					300

 

Таблица 3 - Стандартные диаметры и удельные сопротивления трубопроводов
Стальные			Чугунные			Пластмасс.		Асб.- цемент.
d, м	А		d, м	А		d, м	А	d, м	А
0,350	0,3731		0,350	0,4365		0,280	2,459	0,350	0,4342
0,300	0,8466		0,300	0,9485		0,250	4,454	0,300	0,9140
0,250	2,187		0,250	2,528		0,225	7,715	0,250	2,2270
0,200	6,959		0,200	8,092		0,200	14,26	0,200	6,8980
0,175	20,79		0,150	37,11		0,180	24,76	0,150	31,55
0,150	30,65		0,125	96,72		0,160	45,91	0,100	187,70
0,125	76,36		0,100	311,70		0,140	91,62
0,100	172,9					0,125	166,70
						0,110	323,90
						0,090	926,80

 

 

 

 

Рисунок 2 – Расчетная схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Результаты отчета

 

1. Определение расчетных расходов воды

Определение максимальных суточных расходов воды

  [м3/сут]

где: αсут=1,3 – коэффициент суточной неравномерности потребления воды;

Q – среднесуточная норма  потребления [м3/сутки], определяется из таблицы Б исходных данных.

Определение максимальных часовых расходов воды

  [м3/час]

где: aчас=2,5 – коэффициент часовой неравномерности потребления воды.

Определение максимальных секундных расходов воды

  [м3/с]

Таблица 4 - Расчетные расходы потребителей
	3	4	5	8	9	10
Qмакс.сут	65	260	195	130	325	390
Qмакс.час	6,77	27,08	20,31	13,54	33,85	40,63
Qрасч	0,0019	0,0075	0,0056	0,0038	0,0094	0,0113

 

 

2. Гидравлический расчет трубопроводов от точки  6  до точек  8, 9, 10

1. Определение расчетных расходов на участках

= 0,0038  м3/с

 = 0,0094 м3/с

 = 0,0113+0,55*0,005*1,6 = 0,0157 м3/с

= 0,0038+0,0094+0,0113+0,005*1,6 = 0,0325 м3/с

 

 

 

 

 

2. Определение расчетных диаметров трубопроводов

Задаются расчетной скоростью потока в пределах (0,2…1,5) м/с. Пусть Vрасч=1м/с. Из уравнения постоянства расхода можно получить расчетную формулу:

Откуда

  [м]

 

3. Определение стандартных диаметров трубопроводов и уточнение скоростей потока

Принимается ближайший больший стандартный диаметр, при этом должно соблюдаться условие dст>=0,1 м (для пластмассовых труб dст >= 0,09 м).

  [м/с]

При дальнейших расчетах диаметры, скорости потока и удельные сопротивления трубопроводов на участках могут корректироваться для уменьшения потерь напора.

 

4. Определение потерь напора по длине

Режим течения в трубопроводах считают турбулентным, поэтому:

Таблица 5 - Гидравлический расчет от т.6 до тт. 8,9,10
		Участок  7-8	Участок  7-9	Участок  7-10	Участок  6-7
Qрасч ,    м3/с		0,0038	0,0094	0,0157	0,0325
dрасч ,     м		0,069	0,11	0,142	0,204
dст ,  м	начальный	0,09	0,11	0,16	0,225
	уточненный		0,16	0,2
V ,  м/с	начальная	0,6	1	0,8	0,8
	уточненная		0,5	0,5
A	начальное	926,8	323,9	45,91	7,715
	уточненное		45,91	14,26
hдл ,  м	начальные	8,7	31,48	18,12	2,77
	уточненные		4,46	5,62

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Гидравлический расчет трубопроводов от точки  1  до точки  6

1. Определение расчетных расходов

Q6' = (Q6-7 + Q5 - Q4)/2 = (0,0325+0,0056-0,0075)/2 = 0,0153  м3/с

Q6'' = Q6-7 - Q6' = 0,0325 – 0,0153 = 0,0172  м3/с

Q1-2 = Q3 + Q4 + Q5 + Q6-7 = 0,0019+0,0075+0,0056+0,0325 = 0,0475 м3/с

 

2. Определение расчетных диаметров трубопроводов

Задаются расчетной скоростью потока в пределах (0,2…1,5) м/с. Пусть Vрасч=1м/с.

  [м]

 

3. Определение стандартных диаметров трубопроводов и уточнение скоростей потока

Принимается ближайший больший стандартный диаметр, при этом должно соблюдаться условие dст>=0,1 м (для пластмассовых труб dст >= 0,09 м).

  [м/с]

4. Определение потерь напора по длине

Режим течения в трубопроводах считают турбулентным, поэтому:

 

Q6' = 0,0153 м3/с            Q6'' = 0,0172 м3/с

 

Таблица 6  -  Гидравлический расчет от т.1 до т. 6
		Уч-ок  3-4	Уч-ок  4-6	Уч-ок  2-3	Уч-ок  2-6	Уч-ок  5-6	Уч-ок      2-5		Уч-ок     1-2
Qрасч ,    м3/с		-	0,0075	0,0019	0,0228	0,0172	0,0228		0,0475
dрасч ,     м		-	0,098	0,049	0,171	0,148	0,171		0,246
dст ,  м	началь-ный	-	0,11	0,09	0,18	0,16	0,18		0,25
	уточнен-ный				0,2	0,225	0,225
V ,  м/с	началь-ная	-	0,8	0,3	0,9	0,9	0,9		1
	уточнен-ная
A	началь-ное	-	323,9	926,8	24,76	45,91	24,76		4,454
	уточнен-ное
hдл ,  м	началь-ные	-	19,13	3,35	9,65	10,87	10,55		0,25
	уточнен-ные				5,56

 

 

 

 

5. Определение разности потерь напора по длине на кольцевом участке

После расчета потерь на участках необходимо проверить правильность предложенного разделения расхода воды на участке 6-7. Должно соблюдаться условие, что разность суммарных потерь от т.2 до т.6 по получившимся после преобразования ветвям по абсолютной величине не должна превышать 0,5 метра (IdhI<=0,5 м).

Величина разности потерь рассчитывается по следующим зависимостям:

dh = (h2-5 + h5-6) – h2-6                          [м]

 

Таблица 7  -  Проверка разности потерь на кольцевом участке
	(h2-5 + h5-6)	h2-6	dh,   м
начальные	21,42	9,65	11,77
уточненные	5,11	5,56	0,45

4. Определение потребного начального напора

Для определения потребного напора необходимо определить диктующую точку, то есть потребителя, имеющего наибольшую сумму свободного напора, геодезической высоты и потерь напора от насоса (т.1) до потребителя. Очевидно, что это точка из числа наиболее удаленных.

Нрасч8(9,10) = z8(9,10) + Нсв + h1-8(9,10)        [м]

Потери напора от насоса (т.1) до потребителя вычисляются по кратчайшему маршруту:

hсум = h1-2 + h2-6  + h6-7  + h7-8(9,10)                [м]

При расчете данных величин потери напора на кольцевом участке следует принимать с учетом изменения диаметров, принятых для достижения заданной разности потерь.

Hнач = Hсв + (z8(9,10) - z1) + h1-8(9,10)          [м]

По техническим условиям начальный напор не должен превышать 25 метров. Если это не выполняется, необходимо уменьшать суммарные потери напора от начальной точки до диктующей путем увеличения стандартного диаметра трубопровода на наиболее нагруженном участке. Диаметр необходимо увеличивать постепенно, не перескакивая через несколько стандартных значений, при этом после каждого изменения уточняется диктующая точка и рассчитывается новое значение начального напора.

 

 

 

 

 

Таблица 8  -  Расчет величины начального напора
		Наиболее удаленные потребители
		8	9	10
h1-8(9,10)	начальные	13,46	9,22	10,38
	уточненные
Hрасч ,   м	начальное	22,46	20,22	23,38
	уточненное
Диктующ. точка	начальная	10
	уточненная
Hнач ,   м	начальный	23,38
	уточненный

 

5. Построение пьезометрической линии

Это графическая зависимость, иллюстрирующая изменение пьезометрического напора гидравлической системы от т.1 до диктующей точки (т.т. 8,9,10) по кратчайшему пути.

Пьезометрический напор в т.1 равняется сумме геодезической отметки начальной точки и начального напора. Пьезометрические напоры в последующих точках вычисляются как разность напора в предыдущей точке и потерь напора на участке между этими точками. Величины напоров записываются около узловых точек пьезометрической линии.

Пьезометрический напор в диктующей точке должен равняться сумме свободного напора и геодезической отметки диктующей точки, величины которых заданы в исходных данных.

 

L, м

Рисунок 3 – Пьезометрическая кривая

 

 

 

 

 

 

 

6. Выводы

 

Проанализировав полученную зависимость мы видим, что начальный напор в точке 1больше чем начальный напор в точке 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Список литературы

 

1.   Еремин С.Д., Яковенко  В.П. Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Гидравлика» для студентов-заочников строительно-технологического факультета / С.Д. Еремин, В.П. Яковенко; Алт. гос техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2012. – 46 с.

2.  Альтшуль А.Д. , Киселев  П.Г.  Гидравлика и аэродинамика. -  М.: Стройиздат, 1975. -  328 с.

3.  Киселев П.Г., Гидравлика. Основы механики жидкости. - М.: Энергия, 1980. - 360 с.