Методика гидравлического расчета тепловых сетей (Глава 2 дипломного проекта)

Глава2. МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

2.1. ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Гидравлический расчет тепловой сети ведут по участкам. Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов d на каждом участке, обеспечивающих пропуск заданного расхода теплоносителя G при заданных потерях давления Dp или напора DН. Также могут быть решены и другие задачи: определение потерь давления Dр или напора DН на участках тепловой сети диаметром d при заданных расходах G, определение пропускной способности G участков трубопроводов диаметром d при перепадах давления на участках Dр или потерях напора DН.

На основании результатов гидравлического расчета участков определяют потери давления или напора по сети в целом, выбирают оборудование, в том числе насосы для водяных и конденсатных сетей, разрабатывают гидравлические режимы.

2.2. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Потери давления на участках теплопроводов складываются из потерь на трение, называемых также линейными потерями Dр_Л, и потерь в местных сопротивлениях Dр_М:

Dр=Dр_Л+Dр_М                                                                                                    (2.1.)

где Dр_Л – потеря давления собственно в трубопроводе;

Dр_М – потеря давления при расширениях, сужениях, поворотах трубопровода и в различных устройствах, установленных на участке (компенсаторах, задвижках, клапанах и т.д.).

Рассмотрим более подробно линейные потери давления Dр_Л при течении несжимаемой жидкости. Плотность несжимаемой жидкости ρ при изменении давления практически не меняется. При этом условии на участке трубопровода с внутренним диаметром d скорость теплоносителя ω также остается неизменной. В этом случае линейная потеря давления Dр_Л определяется по формуле Дарси-Вейсбаха

Dр_Л=λ,                                                                                                   (2.2.)

где λ – коэффициент гидравлического трения;

L – длина участка трубопровода.

При гидравлических расчетах часто используют понятие удельной линейной потери давления R_Л, которая представляет собой линейную потерю давления. отнесенную к единице длины участка трубопровода.:

R_Л=Dр_Л/L.                                                                                                         (2.3.)

Из уравнений (2.1.) и (2.2.) следует, что

R_Л=λ.                                                                                                       (2.4.)

При ламинарном течении теплоносителя по трубопроводу коэффициент гидравлического трения определяют по формуле Пуазейля-Гагена

λ=64/Re.                                                                                                          (2.5.)

Эту формулу используют при Re≤2300. При более высоких значениях числа Рейнольдса, в так называемой переходной области, коэффициент гидравлического трения в гидравлически гладких трубах следует рассчитывать по формуле Блазиуса

λ=0,3164/Re^0,25.                                                                                                (2.6)

Большинство труб, используемых для теплоснабжения, с точки зрения гидравлики являются шероховатыми. В переходной области режим течения жидкости в таких трубах определяется не только числом Re, но и величиной относительной эквивалентной шероховатости k_Э/d, которая представляет собой отношение абсолютной эквивалентной шероховатости k_Э к внутреннему диаметру трубы d. Под абсолютной эквивалентной шероховатостью k_Э понимают такую высоту выступов равномерной искусственной шероховатости, при которой коэффициент гидравлического трения получается таким же, как и  в реальной трубе.

Значения эквивалентной шероховатости, м, определенные опытным путем для различных видов труб приведены ниже.

          Паровые сети……………………………………………………………………0,0002

            Водяные тепловые сети ………………………………………………………..0,0005

Тепловые сети горячего водоснабжения и конденсатопроводы…………….0,001

Для расчета гидравлического трения в рассматриваемых условиях наиболее удобна формула А.Д.Альтшуля

λ=0,11.                                                                                         (2.7.)

Эта формула используется при 10≤Re<500.

Re<10 она практически совпадает с (2.6.).

При Re≥500 коэффициент гидравлического трения λ практически не зависит от Reи определяется только относительной эквивалентной шероховатостью , при этом линейная потеря давления Dр_Л пропорциональна квадрату скорости течения ω. Поэтому область Re≥500 называют областью квадратичного закона. Поэтому в области квадратичного закона можно определить коэффициент гидравлического трения по формуле Б. Л. Шифринсона

λ=0,11()^0,25                                                                                                  (2.8.)

При Re>500 (2.7.) практически совпадает с (2.8.).

Получим формулу расчета удельной линейной потери давления R_Л при внутреннем диаметре теплопровода d и пропускной способности участка сети G. Уравнение (2.4.) с учетом уравнения неразрывности

G=ρω,                                                                                                        (2.9.)

где G – массовый секундный расход теплоносителя на участке, преобразуется к виду

R_Л=λ.                                                                                          (2.10.)

Отсюда следует, что

d=;                                                                                     (2.11.)

G=.                                                                                  (2.12.)

В зависимости от режима работы теплопровода в уравнения (2.10) – (2.12.)

следует подставлять значение коэффициента гидравлического трения λ из (2.5.) - (2.8.).

Режим работы водяных тепловых сетей чаще всего соответствует области квадратичного закона. В этих условиях (2.10) – (2.12.)  с учетом (2.8.) принимают вид