Сопротивление трубопровода калькулятор: Расчет потери напора в трубопроводе, Гидравлическое сопротивление трубы

Содержание

Гидравлический расчет трубопровода | Онлайн-калькулятор

Наш универсальный онлайн-калькулятор позволяет выполнить полный гидравлический расчет простого трубопровода, то есть определить гидравлическое сопротивление, потери напора по длине по всему участку или на 1 погонный метр, узнать средний расход воды. Расчет выполняется по принципу, описанному в СНиП 2.04.02-84 (СП 31.13330.2012) «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», более подробно с теорией можно ознакомиться ниже. Оптимальная скорость воды в трубе от 0.6 м/с до 1.5 м/с, максимальная – 3 м/с. Обращайте внимание на единицы измерения и материал трубопровода, это важно. Для того чтобы получить результат гидравлического расчета, корректно заполните поля калькулятора и нажмите кнопку «Рассчитать».

 

Смежные нормативные документы:

  • СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»
  • СП 30.13330.2016 «Внутренний водопровод и канализация зданий»
  • СП 60. 13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»
  • ГОСТ 10705-80 «Трубы стальные электросварные»
  • ГОСТ 9583-75 «Трубы чугунные, напорные, изготовленные методами центробежного и полунепрерывного литья»
  • ГОСТ 539-80 «Трубы и муфты асбестоцементные напорные»
  • ГОСТ 12586.0-83 «Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные»
  • ГОСТ 16953-78 «Трубы железобетонные напорные центрифугированные»
  • ГОСТ 18599-2001 «Трубы напорные из полиэтилена»
  • ГОСТ 8894-86 «Трубы стеклянные и фасонные части к ним»

 

Теоретическое обоснование гидравлического расчета

Гидропотери в трубопроводах систем водоснабжения вызваны гидравлическим сопротивлениям труб, смежных стыковых соединений, арматуры и прочих соединительных элементов. Калькулятор выполняет расчет только для простого (прямого) трубопровода, поэтому для сложных систем рекомендуется совершать вычисления для каждого отдельного участка.

Согласно методике СП 31. 13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», гидравлический уклон (потери напора на единицу длины) определяется по формуле:

i = (λ / d) × (v2 / 2g)

  • λ – коэффициент гидравлического сопротивления;
  • d – внутренний диаметр труб, м;
  • V – скорость воды, м/с;
  • g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.

Таким образом, из неизвестных остается только коэффициент гидравлического сопротивления, который рассчитывается по формуле:

λ = A1 × (A0 + C/V)m / dm

Коэффициенты А0, А1, С и значения показателя степени m соответствуют современным технологиям изготовления трубопроводов и принимаются согласно нижеуказанной таблицы. В случае, если эти параметры отличаются от перечисленных, производитель должен указывать их самостоятельно.

Виды труб m A0 A1 С
Новые стальные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием 0,226 1 0. 0159 0.684
Новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием 0,284 1 0.0144 2.360
Неновые стальные и неновые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием v < 1,2 м/с 0,30 1 0.0179 0.867
v ⩾ 1,2 м/с 0,30 1 0.021 0.000
Асбестоцементные 0,19 1 0.011 3.510
Железобетонные виброгидропрессованные 0,19 1 0.01574 3.510
Железобетонные центрифугированные 0,19 1 0.01385 3.510
Стальные и чугунные с внутренним пластмассовым или полимерцементным покрытием, нанесенным методом центрифугирования 0,19 1 0.011 3.510
Стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом набрызга с последующим заглаживанием 0,19 1 0. 01574 3.510
Стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом центрифугирования 0,19 1 0.01385 3.510
Пластмассовые 0,226 0 0.01344 1.000
Стеклянные 0,226 0 0.01461 1.000

 

Расход воды в трубопроводе рассчитывается на основании известной усредненной скорости движения воды по трубе заданного сечения.

Q = π × (d2 / 4) × V / 1000

  • d – внутренний диаметр трубопровода, мм;
  • V – скорость потока жидкости, м/с.

Согласно СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий» скорость движения воды в трубопроводах внутренних сетей не должна превышать 1.5 м/с, в трубопроводах хозяйственно-противопожарных и производственно-противопожарных систем – 3 м/с, в спринклерных и дренчерных системах – 10 м/с. Для большинства современных многоквартирных квартир и частных домов оптимальная скорость воды в трубе должна составлять от 0.6 м/с до 1.5 м/с.

Калькулятор расчета гидравлического сопротивления — Отопление и утепление

Просто заполните форму и нажмите расчет.

Расход жидкости, л/мин
Коэффициент кинематической вязкости
( для воды тем-рой 100C =1,3, 200C = 1), м2
Диаметр трубопровода, м
Длина трубопровода, м
Плотность жидкости, кг/м3
Коэффициент шероховатости стенок трубопровода, м
Выберите тип трубопроводаЦельнотянутые (Латунь-Медь-Сталь)Цельнотянутые (Стальные новые)Цельнотянутые стальные(Б\У)Цельносварные стальныеКлепаные стальныеИз кровельной сталиОценкованые стальныеЧугунные новыеЧугунные водопроводыеЖелезобетонные новыеАсбстоцементныеСтеклянныеЖелезобетонные
Режим течения  
Скорость движения жидкости в трубопроводе, м/c  
Число Рейнольдса (Re)  
Коэффициент трения (λ)  
Коэффициент гидравлического сопротивления (ξ)  
Потеря давления (Δp), Па  

Гидравлический расчет трубопровода считается довольно сложной и трудоемкой задачей, справиться с которой будет гораздо проще при использовании специальной программы или онлайн калькулятора.

Калькулятор расчета гидравлического сопротивления трубопровода позволяет определить значение основных параметров устройства, таких как расход и плотность жидкости, диаметр и длина участка водопровода и пр.

Данные показатели в дальнейшем помогут рассчитать пропускную способность используемого типа водопровода, а так же выявить значение потери напора во время движения воды по трубопроводу.

Смотрите также:

Расчет потерь напора по длине. Определение потерь давления

Посмотреть формулы для расчета потерь напора по длине.

Формулы для расчета потерь давления по длине

Данная автоматизированная система позволяет произвести расчет потерь напора по длине online. Расчет производится для трубопровода, круглого сечения, одинакового по всей длине диаметра, с постоянным расходом по всей длине (утечки или подпитки отсутствуют).
Расчет производится для указанных жидкостей при температуре 20 град. С. Если вы хотите рассчитать потери напора при другой температуре, или для жидкости отсутствующей в списке, перейдите по указанной выше ссылке — Я задам кинематическую вязкость и эквивалентную шероховатость самостоятельно.

Для получения результата необходимо правильно заполнить форму и нажать кнопку рассчитать. В ходе расчета значения всех величин переводятся в систему СИ. При необходимости полученную величину потерь напора можно перевести в потери давления.

Порядок расчета потерь напора

    Вычисляются значения:

  • средней скорости потока
  • где Q — расход жидкости через трубопровод, A — площадь живого сечения, A=πd2/4, d — внутренний диаметр трубы, м

  • числа Рейнольдса — Re
  • где V — средняя скорость течения жидкости, м/с, d — диаметр живого сечения, м, ν — кинематический коэффициент вязкости, кв.м/с, Rг — гидравлический радиус, для круглой трубы Rг=d/4,
    d — внутренний диаметр трубы, м

Определяется режим течения жидкости и выбирается формула для определения коэффициента гидравлического трения.

  • Для ламинарного течения Re<2000 используются формула Пуазеля.
  • Для переходного режима 2000<Re<4000 — зависимость:
  • Для турбулентного течения Re>4000 универсальная формула Альтшуля.
  • где к=Δ/d, Δ — абсолютная эквивалентная шероховатость.

Потери напора по длине трубопровода вычисляются по формуле Дарси — Вейсбаха.

Потери напора и давления связаны зависимостью.

Δp=Δhρg
где ρ — плотность, g — ускорение свободного падения.

Потери давления по длине можно вычислить используя формулу Дарси — Вейсбаха.

После получения результатов рекомендуется провести проверочные расчеты. Администрация сайта за результаты онлайн расчетов ответственности не несет.

Как правильно заполнить форму

Правильность заполнения формы определяет верность конечного результата. Заполните все поля, учитывая указанные единицы измерения. Для ввода чисел с десятичной частью используйте точки.

Калькулятор и расчет гидравлического сопротивления трубопровода: онлайн, формула и программа

Это не так просто – рассчитать при помощи калькулятора сопротивление трубопровода. Конечно, есть формулы и программы, но не каждый сможет применить их. К тому же, на это требуется много времени. Для того, чтобы люди, которым нужно подсчитать коэффициент гидравлический расчет трубопроводов, не ломали себе голову над сложными формулами, есть программа, сделанная как раз для таких подсчетов в онлайн – режиме. С ее помощью просто выполнить эту задачу. В калькуляторе можно применять разные данные, например, степень изношенности, длина трубопровода,его материал и т.д. Все расчеты лишь примерные, потому что некоторые данные каждый человек оценивает сам. Программа нужна для того, чтобы простому пользователю можно было произвести гидравлические расчеты различных участков трубопровода.

Расход жидкости, л/мин
Коэффициент кинематической вязкости
( для воды тем-рой 100C = 1,3, 200C = 1), м2
Диаметр трубопровода, м
Длина трубопровода, м
Плотность жидкости, кг/м3
Коэффициент шероховатости стенок трубопровода, м
Выберите тип трубопроводаЦельнотянутые (Латунь-Медь-Сталь)Цельнотянутые (Стальные новые)Цельнотянутые стальные(Б\У)Цельносварные стальныеКлепаные стальныеИз кровельной сталиОценкованые стальныеЧугунные новыеЧугунные водопроводыеЖелезобетонные новыеАсбстоцементныеСтеклянныеЖелезобетонные
Режим течения  
Скорость движения жидкости в трубопроводе, м/c  
Число Рейнольдса (Re)  
Коэффициент трения (λ)  
Коэффициент гидравлического сопротивления (ξ)  
Потеря давления (Δp), Па  

Расчет коэффициента гидравлического сопротивления трения труб

Онлайн калькулятор позволяет произвести расчет коэффициента гидравлического сопротивления трению трубопровода и определить потери давления при движении жидкости по трубопроводу.
















Расход жидкости
Коэффициент кинематической вязкости
( для воды тем-рой 100C = 1,3, 200C = 1)

Диаметр трубопровода
Длина трубопровода
Плотность жидкости
Коэффициент шероховатости стенок трубопровода


Выберите тип трубопроводаЦельнотянутые (Латунь-Медь-Сталь)Цельнотянутые (Стальные новые)Цельнотянутые стальные(Б\У)Цельносварные стальныеКлепаные стальныеИз кровельной сталиОценкованые стальныеЧугунные новыеЧугунные водопроводыеЖелезобетонные новыеАсбстоцементныеСтеклянныеЖелезобетонные

Итог
Режим течения  
Скорость движения жидкости в трубопроводе, м/c  
Число Рейнольдса (Re)  
Коэффициент трения (λ)  
Коэффициент гидравлического сопротивления (ξ)  
Потеря давления (Δp), Па  

Возврат к списку

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel

Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 60 комментариев

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных…

… — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице «О блоге».

Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода  tвх в °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода  tвых в °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода  d в мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода  L в м записываем

в ячейку D8: 100,000

6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб  в мм вносим

в ячейку D9:  1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov. xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений  Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10:  1,89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

Результаты расчетов:

8. Среднюю температуру воды tср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

tср=(tвх+tвых)/2

9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуре tср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)

10. 2 =23,720

S=dP/G2

Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Исходные данные:

Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L, а также рассчитанное значение скорости движения воды v.

1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

Результаты расчетов:

По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

2. Коэффициент m извлекается

в ячейку D32: =ИНДЕКС(h41:h52;h39) =0,300

3. Коэффициент A0 извлекается

в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

4. Коэффициент 1000A1 извлекается

в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

5. Коэффициент 1000A1/(2g) извлекается

в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

6. Коэффициент С извлекается

в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

7. 2 =0,057

i=((1000A1/(2g))/1000)*(((A0+C/v)m)/((d/1000)(m+1)))*v2

8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

dP=dP/9,81/10000

и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

dP=i*9,81*1000*L

Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

Итоги.

Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2. 04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.

В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.

При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см2.

Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»)!!!

Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).

Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Коэффициент гидравлического сопротивления трения труб

Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление — безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем (систем гидропривода, трубопроводах, другом гидрооборудовании), обусловленные наличием вязкого трения.

Калькулятор расчета коэффициента гидравлического сопротивления трения труб















Расход жидкости

Коэффициент кинематической вязкости
( для воды тем-рой 100C = 1,3, 200C = 1)

Диаметр трубопровода

Длина трубопровода

Плотность жидкости

Коэффициент шероховатости стенок трубопровода
Выберите тип трубопроводаЦельнотянутые (Латунь-Медь-Сталь)Цельнотянутые (Стальные новые)Цельнотянутые стальные(Б\У)Цельносварные стальныеКлепаные стальныеИз кровельной сталиОценкованые стальныеЧугунные новыеЧугунные водопроводыеЖелезобетонные новыеАсбстоцементныеСтеклянныеЖелезобетонные

Режим течения
 

Скорость движения жидкости в трубопроводе, м/c
 

Число Рейнольдса (Re)
 

Коэффициент трения (λ)
 

Коэффициент гидравлического сопротивления (ξ)
 

Потеря давления (Δp), Па
 

Гидравлические потери принято разделять на два вида:

  • потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы;
  • местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером местных потерь могут служить: внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п.

Во многих случаях приближённо можно считать, что потери энергии при протекании жидкости через элемент гидравлической системы пропорциональны квадрату скорости жидкости. По этой причине удобно бывает характеризовать сопротивление безразмерной величиной ζ, которая называется коэффициент потерь или коэффициент местного сопротивления и такова, что

То есть в предположении, что скорость w по всему сечению потока одинакова, ζ=Δp/eторм, где eторм = ρw²/2 —энергия торможения единицы объёма потока относительно канала. Реально в потоке скорость жидкости не равномерна, в справочной литературе в данных формулах принимается среднерасходная скорость w=Q/F, где Q — объёмный расход, F — площадь сечения, для которого рассчитывается скорость[1]. Таким образом, средняя энергия торможения потока обычно несколько больше ρw²/2, см. Среднее квадратическое.

Для линейных потерь обычно пользуются коэффициентом потерь на трение по длине (также коэффициент Дарси) λ, фигурирующего в формуле Дарси — Вейсбаха

где L — длина элемента, d — характерный размер сечения (для круглых труб это диаметр). Иначе в единицах давления

таким образом, для линейного элемента относительной длины L/d коэффициент сопротивления трения ζтрL/d.

Калькулятор расхода

— Давление и диаметр Калькулятор расхода

— Давление и диаметр | Copely

Результаты

Пожалуйста, нажмите на вкладки ниже, чтобы просмотреть результаты.

Зависимость расхода жидкости от длины шланга
Количество потока жидкости в зависимости от давления
Зависимость расхода жидкости от диаметра ствола

Количество потока жидкости в зависимости от длины шланга
Длина 20. 000 40.000 60,000 80,000 100.000 120,000 140.000 160.000 180.000 200,000
Количество Расход жидкости (литры в минуту) 95,273 68,458 56.202 48,807 43.727 39,961 37.026 34,656 32,689 31,023
Диаметр отверстия (мм) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
Давление (бар) 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
Диаметр отверстия (дюймы) 0.984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984
Давление (фунт / кв. Дюйм) 102,900 102,900 102,900 102,900 102,900 102,900 102.900 102,900 102,900 102,900
Длина (фут) 65,667 131,333 197.000 262,667 328.333 394 000 459,667 525,333 591 000 656.667
Количество Расход жидкости (галлонов в минуту) 20.960 15.061 12,364 10,738 9,620 8,791 8,146 7,624 7,192 6,825
Коэффициент C 20,105 20,105 20,105 20,105 20,105 20,105 20.105 20,105 20,105 20,105
Скорость V (фут / сек) 10.602 7,618 6,254 5,431 4,866 4,447 4,120 3,856 3,638 3,452
Диаметр отверстия (фут) D 0. 082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021
Эквивалентная напорная жидкость, ч (фут) 237,644 237,644 237,644 237,644 237.644 237,644 237,644 237,644 237,644 237,644
Данные о зависимости расхода жидкости от давления
Давление 1,400 2,800 4.200 5,600 7.000 8.400 9,800 11.200 12.600 14 000
Расход жидкости (л / мин) 19,555 27,655 33,871 39,110 43,727 47.900 51,738 55,310 58.666 61,839
Диаметр отверстия (мм) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
Длина 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Диаметр отверстия (дюйм) 0. 984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984 0,984
Давление (фунт / кв. Дюйм) 20,580 41.160 61,740 82,320 102,900 123.480 144.060 164.640 185,220 205,800
Длина (фут) 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333
Кол-во расход жидкости (галлон / мин) 4.302 6.084 7,452 8,604 9,620 10,538 11,382 12,168 12,906 13.605
Коэффициент C 20,105 20,105 20,105 20,105 20,105 20,105 20. 105 20,105 20,105 20,105
Скорость V (фут / сек) 2,176 3,077 3,769 4,352 4,866 5,330 5,757 6,155 6.528 6,881
Диаметр отверстия (фут) D 0.082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021 0,082021
Эквивалентная напорная жидкость, ч (фут) 47,529 95.058 142,587 190.115 237.644 285,173 332,702 380,231 427,760 475,289
Количество потока жидкости в зависимости от диаметра отверстия
Диаметр отверстия 5.000 10.000 15 000 20. 000 25.000 30.000 35.000 40.000 45,000 50.000
Расход жидкости (л / мин) 0,091 2,204 8,792 21,989 43,727 75,790 119,849 177,478 250,177 339.374
Давление (бар) 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
Длина 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Диаметр отверстия (дюйм) 0.197 0,394 0,591 0,787 0,984 1,181 1,378 1,575 1.772 1,969
Давление (фунт / кв. Дюйм) 102,900 102,900 102,900 102,900 102,900 102,900 102. 900 102,900 102,900 102,900
Длина (фут) 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333 328.333
Кол-во расход жидкости (галлон / мин) 0.020 0,485 1,934 4,838 9,620 16,674 26,367 39,045 55.039 74,662
Коэффициент C 2,314 9,976 14,458 17,638 20,105 22,120 23.824 25,300 26.602 27,767
Скорость V (фут / сек) 0,252 1,533 2,718 3,823 4,866 5,857 6.804 7,715 8,592 9,441
Диаметр отверстия (фут) D 0. 016 0,033 0,049 0,066 0,082 0,098 0,115 0,131 0,148 0,164
Эквивалентная напорная жидкость, ч (фут) 237,644 237,644 237,644 237,644 237,644 237.644 237,644 237,644 237,644 237,644

Расход жидкости в трубах

Количество жидкости, которое будет выпущено через шланг, зависит от давления, приложенного на подающем конце, длины шланга и диаметра отверстия. Характер поверхности отверстия, количество и форма изгибов на участке шланга также влияют на скорость потока.

Давление иногда указывается как «напор». Если напор указан в метрах водяного столба, каждый 1-метровый напор (3,28 фута) создает давление 0,1 бар (1,47 фунт / кв. Дюйм).

Все формулы для определения количества жидкости, которая будет протекать через шланг в данный момент времени, являются приблизительными. Приведенные выше графики построены на основе расчетов, предполагающих, что шланг находится в хорошем состоянии и проложен по прямой линии. В этом случае они будут точными с точностью до 10% от реальных полученных результатов.

Если набор условий, введенных в модель, дает отрицательные ответы, то очевидно, что необходимо соответствующим образом скорректировать переменные, пока не будет получен реалистичный результат.

Необходимо рассчитать падение давления жидкости, движущейся по трубе или трубе? Воспользуйтесь нашим калькулятором падения давления.

Вставить этот инструмент на свой веб-сайт

Скопируйте приведенный ниже код, чтобы встроить калькулятор скорости потока на свой веб-сайт.

Не пропустите последние новости

Подпишитесь на нашу эксклюзивную рассылку по электронной почте, чтобы получать последние новости и предложения от Copely.

Copely Developments Ltd будет использовать информацию, которую вы предоставляете в этой форме, чтобы время от времени связываться с вами
по поводу интересных историй, новых продуктов и предстоящих событий. Вы можете отписаться в любое время.

© 2021 Copely Developments Ltd — Турмастон-лейн, Лестер, LE4 9HU. — Входит в группу компаний COBA.

Гидравлические расчеты трубопроводов.Расчет диаметра трубопровода. Подбор трубопроводов

Пример № 1

Каковы потери напора на местные сопротивления в горизонтальном трубопроводе диаметром 20 х 4 мм, по которому вода перекачивается из открытого резервуара в реактор с давлением 1,8 бар? Расстояние между резервуаром и реактором 30 м. Расход воды 90 м3 / час. Общий напор 25 м. Коэффициент трения принят равным 0,028.

Решение:

Скорость потока воды в трубопроводе равна:

w = (4 · Q) / (π · d 2 ) = ((4 · 90) / (3,14 · [0,012] 2 )) · (1/3600) = 1,6 м / с

Находим потери на трение напора в трубопроводе:

H Т = (λ · l) / (d э · [w 2 / (2 · g)]) = (0,028 · 30) / (0,012 · [1,6] 2 ) / ((2 · 9,81)) = 9,13 м

Всего потерь:

h п = H — [(p 2 -p 1 ) / (ρ · г)] — H г = 25 — [(1,8-1) · 10 5 ) / (1000 · 9,81)] — 0 = 16,85 м

Убытки на локальном сопротивлении находятся в пределах:

16,85-9,13 = 7,72 м

Пример №2

Вода перекачивается центробежным насосом по горизонтальному трубопроводу со скоростью 1,5 м / с. Суммарный создаваемый напор равен 7 м. Какова максимальная длина трубопровода, если вода берется из открытого резервуара, перекачивается по горизонтальному трубопроводу с одной задвижкой и двумя коленами на 90 ° и вытекает из трубы в другой резервуар? Диаметр трубопровода 100 мм. Относительная шероховатость принята равной 4 · 10 -5 .

Решение:

Для трубы диаметром 100 мм коэффициенты местных сопротивлений будут равны:

Для колена 90 ° — 1.1; задвижка — 4,1; выход трубы — 1.

Затем определяем значение скоростного напора:

w 2 / (2 · g) = 1,5 2 / (2 · 9,81) = 0,125 м

Потери напора на местные сопротивления будут равны:

∑ζ МС · [w 2 / (2 · g)] = (2 · 1,1 + 4,1 + 1) · 0,125 = 0,9125 м

Суммарные потери напора на сопротивление трению и местные сопротивления находим по формуле полного напора насоса (геометрический напор в этих условиях равен 0):

h п = H — (p 2 -p 1 ) / (ρ · г) — H г = 7 — ((1-1) · 10 5 ) / (1000 · 9 , 81) — 0 = 7 м

Тогда потери напора на трение составят:

7-0,9125 = 6,0875 м

Рассчитываем значение числа Рейнольдса для потока в трубопроводе (динамическая вязкость воды принята равной 1 · 10 -3 Па · с, а плотность — 1000 кг / м 3 ):

Re = (w · d Э · ρ) / μ = (1,5 · 0,1 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 150000

В соответствии с этим числом с помощью таблицы рассчитываем коэффициент трения (арифметическая формула выбрана из того принципа, что значение Re попадает в диапазон 2,320

λ = 0,316 / Re 0,25 = 0,316 / 150000 0,25 = 0,016

Выразим и найдем максимальную длину трубопровода по формуле потерь на трение напора:

l = (H об · d э ) / (λ · [w 2 / (2g)]]) = (6,0875 · 0,1) / (0,016 · 0,125) = 304,375 м

Пример №3

Дан трубопровод с внутренним диаметром 42 мм. Подключается к водяному насосу с расходом 10 м 3 / ч и создающим напором 12 м. Температура перекачиваемой среды 20 ° С. Конфигурация трубопровода представлена ​​на рисунке ниже. Необходимо рассчитать потери напора и проверить, способен ли этот насос перекачивать воду при заданных параметрах трубопровода. Абсолютная шероховатость труб принята равной 0,15 мм.

Решение:

Рассчитываем скорость потока жидкости в трубопроводе:

w = (4 · Q) / (π · d 2 ) = (4 · 10) / (3,14 · 0,042 2 ) · 1/3600 = 2 м / с

Напор, соответствующий найденной скорости, будет равен:

w 2 / (2 · г) = 2 2 / (2 · 9,81) = 0,204 м

Коэффициент трения должен быть найден перед расчетом c потерь на трение в трубах.В первую очередь определяем относительную шероховатость трубы:

e = Δ / d Э = 0,15 / 42 = 3,57 · 10 -3 мм

Критерий Рейнольдса для расхода воды в трубопроводе (динамическая вязкость воды при 20 ° C 1 · 10 -3 Па · с, плотность 998 кг / м 3 ):

Re = (w · d Э · ρ) / μ = (2 · 0,042 · 998) / (1 · 10 -3 ) = 83832

Узнаем режим протока воды:

10 / е = 10 / 0,00357 = 2667

560 / е = 560 / 0,00357 = 156863

Найденное значение критерия Рейнольдса находится в диапазоне 2667 <83832 <156,863 (10 / e

λ = 0,11 · (e + 68 / Re) 0,25 = 0,11 · (0,00375 + 68/83832) 0,25 = 0,0283

Потери на трение напора в трубопроводе будут равны:

H Т = (λ · l) / d э · [w 2 / (2 · g)] = (0,0283 · (15 + 6 + 2 + 1 + 6 + 5)) / 0,042 · 0,204 = 4,8 м

Затем необходимо рассчитать потери напора на местные сопротивления. Из схемы трубопровода следует, что местные сопротивления представлены двумя задвижками, четырьмя прямоугольными коленами и одним выходом из трубы.

В таблицах не указаны значения коэффициента местных сопротивлений для нормальных задвижек и прямоугольных колен с диаметром трубы 42 мм, поэтому воспользуемся одним из способов приблизительного расчета интересующих нас значений.

Берем табличные значения коэффициентов местных сопротивлений нормальной задвижки для диаметров 40 и 80 мм.Мы предполагаем, что график значений коэффициентов представляет собой прямую линию в этом диапазоне. Составим и решим систему уравнений, чтобы найти график зависимости коэффициента местного сопротивления от диаметра трубы:

{

4,9 = a · 40 + b
4 = a · 80 + b

=

{

а = -0,0225
б = 5,8

Уравнение искомого имеет вид:

ζ = -0,0225 · d + 5,8

При диаметре 42 мм коэффициент местного сопротивления будет равен:

ζ = -0,0225 · 42 + 5,8 = 4,855

Аналогично находим значение коэффициента местного сопротивления для прямоугольного колена. Мы берем табличные значения для диаметров 37 и 50 мм и решаем систему уравнений, делая аналогичные предположения о характере графика на этом участке:

{

1,6 = a · 37 + b
1,1 = a · 50 + b

=

{

а = -0,039
б = 3,03

Уравнение искомого имеет вид:

ζ = -0,039 · d + 3,03

При диаметре 42 мм коэффициент местного сопротивления будет равен:

ζ = -0,039 · 42 + 3,03 = 1,392

Для выхода трубы коэффициент местного сопротивления принимается равным единице.

Потери напора на местные сопротивления будут равны:

∑ζ МС · [w 2 / (2g)] = (2 · 4,855 + 4 · 1,394 + 1) · 0,204 = 3,3 м

Суммарные потери напора в системе будут равны:

4,8 + 3,3 = 8,1 м

На основании полученных данных можно сделать вывод, что этот насос подходит для перекачивания воды по этому трубопроводу, так как создаваемый им напор больше, чем общие потери напора в системе, а скорость потока жидкости остается в пределах оптимального запаса.

Пример № 4

Отрезок прямого горизонтального трубопровода внутренним диаметром 300 мм подвергся ремонту путем замены участка трубопровода длиной 10 м на внутренний диаметр 215 мм. Общая протяженность ремонтируемого участка трубопровода — 50 м. Заменяемый участок находится на расстоянии 18 м от начала. Вода течет по трубопроводу при температуре 20 ° C со скоростью 1,5 м / с. Необходимо выяснить, как изменится гидравлическое сопротивление ремонтируемого участка трубопровода. Коэффициенты трения для труб диаметром 300 и 215 мм принимаются равными 0.01 и 0,012 соответственно.

Решение:

Первоначальный трубопровод создавал потери напора только из-за трения жидкости о стенки во время перекачки. Замена участка трубы привела к появлению двух локальных сопротивлений (резкое сжатие и резкое расширение проходного канала) и участка с измененным диаметром трубы, где потери на трение будут другими. Оставшийся участок трубопровода не изменился и, следовательно, не может рассматриваться как часть данной проблемы.

Рассчитываем расход воды в трубопроводе:

Q = (π · d²) / 4 · w = (3,14 · 0,3²) / 4 · 1,5 = 0,106 м³ / с

Так как скорость потока не меняется по всей длине трубопровода, можно определить скорость потока на участке трубы, подлежащем ремонту:

w = (4 · Q) / (π · d²) = (4 · 0,106) / (3,14 · 0,215²) = 2,92 м / с

Полученное значение скорости потока в заменяемом участке трубы находится в оптимальном диапазоне.

Для определения коэффициента местного сопротивления сначала рассчитывается критерий Рейнольдса для различных диаметров труб и соотношения площадей поперечного сечения этих труб.Критерий Рейнольдса для трубы диаметром 300 мм (динамическая вязкость воды при 20 ° C составляет 1 · 10 -3 Па · с, а плотность — 998 кг / м 3 ):

e = (w · d Э · ρ) / μ = (1,5 · 0,3 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 450000

Критерий Рейнольдса для трубы диаметром 215 мм (динамическая вязкость воды при 20 ° C составляет 1 · 10 -3 Па · с, а плотность — 998 кг / м 3 ):

Re = (w · d Э · ρ) / μ = (1,5 · 0,215 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 322500

Соотношение площадей поперечного сечения трубы равно:

((π · d 1 ²) / 4) / ((π · d 2 ²) / 4) = 0,215² / 0,3² = 5,1

По таблицам найдем значения коэффициентов местных сопротивлений, округленные до отношения площадей до 5.Для внезапного расширения он будет равен 0,25, а для внезапного сжатия также будет равен 0,25.

Потери напора на местные сопротивления будут равны:

∑ζ МС · [w² / (2g)] = 0,25 · [1,5² / (2 · 9,81)] + 0,25 · [2,92² / (2 · 9,81)] = 0,137 м

Теперь рассчитаем потери на трение в заменяемом участке трубопровода для начального и нового участков трубопровода. Для трубы диаметром 300 мм они будут равны:

H Т = (λ · l) / d э · [w² / (2g)] = (0,01 · 10) / 0,3 · [1,5² / (2 · 9,81)] = 0,038 м

Для трубы диаметром 215 мм:

H Т = (λ · l) / d э · [w² / (2g)] = (0,012 · 10) / 0,215 · 2,92² / (2 · 9,81) = 0,243 м

Отсюда делаем вывод, что потери на трение в трубопроводе увеличатся на:

0,243-0,038 = 0,205 м

Суммарный прирост потерь на трение в трубопроводе составит:

0,205 + 0,137 = 0,342 м

Инженеры

всегда готовы оказать консультационные услуги или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемому нами насосному оборудованию и трубопроводной арматуре.

Запросы на трубопроводы просим направлять в технический отдел нашей компании на e-mail: [email protected], телефон +7 (495) 225 57 86

Центральный офис ENCE GmbH
Наша сервисная компания Intekh GmbH

Головные представительства в странах СНГ:

Россия
Казахстан
Украина
Туркменистан
Узбекистан
Латвия
Литва

примеров задач расчета и выбора трубопроводов с решениями

Постановка задачи: При ремонте магистрального трубопровода, имеющего внутренний диаметр d 1 = 0.5 м и используется для переноса воды со скоростью v 1 = 2 м / с, стало ясно, что участок трубы длиной L = 25 м необходимо заменить. Поскольку на складе не было трубы того же диаметра для замены вышедшего из строя участка трубопровода, была установлена ​​труба с внутренним диаметром d 2 = 0,45 м. Абсолютная шероховатость составляет Δ 1 = 0,45 мм для трубы диаметром 0,5 м и Δ 2 = 0,2 мм для трубы диаметром 0,45 м. В расчетах принимайте плотность воды как ρ = 1000 кг / м 3 и динамическую вязкость как μ = 1 · 10 -3 Па · с.

Исходные данные: d 1 = 0,5 м; d 2 = 0,45 м; L = 25 м; v 1 = 2 м / с; Δ 1 = 0,45 мм; Δ 2 = 0,2 мм; ρ = 1000 кг / м 3 ; μ = 1 · 10 -3 Па · с.

Задача: Определите изменение гидравлического сопротивления для всего трубопровода.

Решение: Поскольку оставшаяся часть трубопровода не менялась, его гидравлическое сопротивление после ремонта также не изменилось; Таким образом, для решения проблемы достаточно будет сравнить гидравлическое сопротивление заменяемого и замененного участков трубы.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление замененного участка трубы (H 1 ). Поскольку труба не имеет источников местного сопротивления, достаточно найти потери на трение (H т1 ):

H т1 = [(λ 1 · л) / d 1 ] · [(v 1 ²) / (2 · g)]

где:
λ 1 — коэффициент гидравлического сопротивления заменяемого участка;
g — ускорение свободного падения.

Для определения λ необходимо предварительно определить относительную шероховатость (e 1 ) трубы и критерий Рейнольдса (Re 1 ):

e 1 = Δ 1 / d 1 = 0.45/500 = 0,0009

Re 1 = (v 1 · d 1 · ρ) / μ = (2 · 0,5 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 1000000

Выберем формулу расчета для λ 1 :

10 / е 1 = 10 / 0,0009 = 11111

560 / e 1 = 560 / 0,0009 = 622222

Поскольку вычисленное значение Re 1 > 560 / e 1 , то для нахождения λ 1 :

следует использовать следующую формулу.

λ 1 = 0.11 · e 1 0,25 = 0,11 · 0,0009 0,25 = 0,019

Теперь можно найти падение напора на заменяемом участке трубы:

H 1 = H τ1 = (λ 1 · л) / d 1 · [(v 1 ²) / (2 · g)] = (0,019 · 25) /0,5 · 2² /(2·9,81) = 0,194 м

Рассчитаем гидравлическое сопротивление заменяемого участка трубы (H 2 ). В этом случае, помимо падения напора на трение (H т2 ), возникает падение напора из-за локальных точек сопротивления (H мc2 ), т.е.е. резкое сужение трубопровода на входе замененной секции и резкое расширение на выходе замененной секции.

Сначала мы определяем падение напора на трение в заменяемом участке трубы. Поскольку диаметр стал меньше, а скорость потока осталась прежней, необходимо найти новую скорость потока v 2 . Искомое значение находится из равенства потоков, рассчитанных для заменяемого и замещающего участков:

v 1 · (π · d 1 ²) / 4 = v 2 · (π · d 2 ²) / 4

откуда:

v 2 = v 1 · (d 1 / d 2 ) ² = 2 · (500/450) ² = 2.47 м / с

Критерий Рейнольдса для расхода воды на заменяемом участке трубы:

Re 2 = (v 2 · d 2 · ρ) / μ = (2,47 · 0,45 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 1111500

Теперь давайте найдем относительную шероховатость для участка трубы диаметром 450 мм и выберем формулу для расчета коэффициента трения:

e 2 = Δ 2 / d 2 = 0,2 / 450 = 0,00044

10 / e 2 = 10/0.00044 = 22727

560 / e 2 = 560 / 0,00044 = 1272727

Полученное значение Re 2 лежит в интервале между 10 / e 1 и 560 / e 1 (22 727 <1 111 500 <1 272 727), поэтому для расчета λ будет использована следующая формула. 2 :

λ 2 = 0,11 · (e 2 + 68 / Re 2 ) 0,25 = 0,11 · (0,00044 + 68/1111500) 0,25 = 0,0165

Откуда появляется возможность рассчитать потери на трение в заменяемом участке трубы:

H т2 = [(λ 2 · л) / d 2 ] · [(v 2 ²) / (2 · g)] = [(0.0165 · 25) /0,45] · [2,47² / (2 · 9,81)] = 0,285 м

Потери напора в местах локальных сопротивлений складываются из потерь на входе заменяемого участка (резкое сужение канала) и на выходе (резкое расширение канала). Найдем отношение площади замененного участка трубы к площади исходного участка трубы:

F 2 / F 1 = (d 2 ²) / (d 1 ²) = (0,45 / 0,5) ² = 0,81

Из табличных значений выбираем коэффициенты местного сопротивления: ζ pc = 0.1 для резкого сужения и ζ ρρ = 0,04 для резкого расширения. Используя эти данные, рассчитаем полную потерю напора в локальных точках сопротивления:

H мс2 = ∑ζ мс · [v² / (2 · г)] = [ζ рс · (v 1 ²) / (2 · г)] + [ζ рр · ( v 2 ²) / (2 · g)] = [0,1 · 2 ² / (2 · 9,81)] + [0,04 · 2,47 ² / (2 · 9,81)] = 0,032 м

Из вышесказанного следует, что полное падение напора в секции замены составляет:

H 2 = H т2 + H мс2 = 0.285 + 0,032 = 0,317 м

Зная потерю напора в заменяемом участке трубы и на участке заменяемого трубопровода, мы можем определить изменение потери:

∆H = 0,317-0,194 = 0,123 м

Мы обнаружим, что после замены участка трубопровода его общая потеря напора увеличилась на 0,123 м.

Формула, теория и уравнения для расчета падения давления в трубе

Когда жидкость течет по трубе, возникает падение давления в результате сопротивления потоку.Также может наблюдаться прирост / потеря давления из-за изменения высоты между началом и концом трубы. Этот общий перепад давления в трубе зависит от ряда факторов:

  • Трение между жидкостью и стенкой трубы
  • Трение между соседними слоями самой жидкости
  • Потери на трение при прохождении жидкости через фитинги, изгибы, клапаны или компоненты
  • Потеря давления из-за изменения высоты жидкости (если труба не горизонтальна)
  • Прирост давления из-за любого напора жидкости, добавляемого насосом

Расчет падения давления в трубе

Чтобы рассчитать потерю давления в трубе, необходимо вычислить падение давления, обычно в напоре жидкости, для каждого из элементов, вызывающих изменение давления.Однако для расчета потерь на трение, например, в трубе, необходимо вычислить коэффициент трения, который будет использоваться в уравнении Дарси-Вайсбаха, которое определяет общие потери на трение.

Сам коэффициент трения зависит от внутреннего диаметра трубы, внутренней шероховатости трубы и числа Рейнольдса, которое, в свою очередь, рассчитывается на основе вязкости жидкости, плотности жидкости, скорости жидкости и внутреннего диаметра трубы.

Таким образом, для расчета общих потерь на трение необходимо выполнить ряд дополнительных расчетов.Работая в обратном направлении, мы должны знать плотность и вязкость жидкости, диаметр трубы и свойства шероховатости, вычислить число Рейнольдса, использовать его для расчета коэффициента трения с использованием уравнения Колебрука-Уайта и, наконец, ввести коэффициент трения в коэффициент Дарси. Уравнение Вайсбаха для расчета потерь на трение в трубе.

После расчета потерь на трение в трубе нам необходимо учесть возможные потери в фитингах, изменение высоты и любой добавленный напор насоса.Суммирование этих потерь / прибылей даст нам общее падение давления в трубе. В следующих разделах каждый расчет рассматривается по очереди.

Расчет потерь на трение труб

Теперь нам нужно рассчитать каждый из элементов, необходимых для определения потерь на трение в трубе. Ссылки в следующем списке предоставляют более подробную информацию о каждом конкретном расчете:

Наше программное обеспечение Pipe Flow автоматически рассчитывает потери на трение в трубах с использованием уравнения Дарси-Вайсбаха, поскольку это наиболее точный метод расчета для несжимаемых жидкостей, и он также признан в отрасли точным для сжимаемого потока при соблюдении определенных условий.

Расчет потерь в трубной арматуре

Потери энергии из-за клапанов, фитингов и изгибов вызваны некоторым локальным нарушением потока. Рассеяние потерянной энергии происходит на конечном, но не обязательно коротком участке трубопровода, однако для гидравлических расчетов принято учитывать всю сумму этих потерь в месте нахождения устройства.

Для трубопроводных систем с относительно длинными трубами часто бывает так, что потери в фитингах будут незначительными по сравнению с общей потерей давления в трубе.Однако некоторые местные потери, например, вызванные частично открытым клапаном, часто бывают очень значительными и никогда не могут быть названы незначительными потерями, и их всегда следует учитывать.

Потери, которые несет конкретный трубопроводный фитинг, измеряются с использованием реальных экспериментальных данных, а затем анализируются для определения K-фактора (местного коэффициента потерь), который можно использовать для расчета потерь фитинга, поскольку он изменяется в зависимости от скорости проходящей жидкости. через это.

Наши программы для измерения расхода в трубах позволяют легко автоматически включать потери в фитингах и другие локальные потери в расчет падения давления, поскольку они поставляются с предварительно загруженной базой данных фитингов, которая содержит множество отраслевых стандартных коэффициентов K для различных клапанов и фитингов различных размеров. .

Все, что нужно сделать пользователю, — это выбрать соответствующий фитинг или клапан, а затем выбрать «Сохранить», чтобы добавить его к трубе и включить его в расчет потери давления в трубе.

По этой ссылке можно получить дополнительную информацию о коэффициентах K фитинга и уравнении потерь в фитингах.

Расчет потерь компонентов труб

Часто существует множество различных типов компонентов, которые необходимо смоделировать в системе трубопроводов, например, теплообменник или чиллер.Некоторые компоненты могут вызывать известную фиксированную потерю давления, однако более вероятно, что падение давления будет изменяться в зависимости от скорости потока, проходящего через компонент.

Большинство производителей предоставляют кривую производительности компонентов, которая описывает характеристики потока по сравнению с потерями напора их продукта. Эти данные затем используются для расчета потери давления, вызванной компонентом для указанного расхода, но сама скорость потока также будет зависеть от потери давления после компонента, поэтому очень сложно смоделировать характеристики потери напора компонента без учета использование соответствующего программного обеспечения, такого как Pipe Flow Expert.

Потеря давления из-за изменения отметки

Поток в восходящей трубе

Если начальная отметка трубы ниже конечной отметки, то помимо трения и других потерь будет дополнительная потеря давления, вызванная повышением отметки, которая, измеренная в напоре жидкости, просто эквивалентна повышению отметки.

то есть на более высоком уровне жидкости добавляется меньшее давление из-за уменьшения глубины и веса жидкости выше этой точки.

Поток в падающей трубе

Если начальная отметка трубы выше конечной отметки, то, помимо трения и других потерь, будет дополнительный прирост давления, вызванный понижением отметки, которое, измеренное в напоре жидкости, просто эквивалентно понижению отметки.

то есть при более низкой отметке жидкости добавляется большее давление из-за увеличения глубины и веса жидкости выше этой точки.

Энергетические и гидравлические марки

Высота жидкости в трубе вместе с давлением в трубе в определенной точке и скоростным напором жидкости может быть суммирована для расчета так называемой линии оценки энергии.

График гидравлического уклона может быть рассчитан путем вычитания скоростного напора жидкости из EGL (линия энергетического уклона) или просто путем суммирования только подъема жидкости и давления в трубе в этой точке.

Расчет напора насоса

Внутри трубопроводной системы часто находится насос, который создает дополнительное давление (известное как «напор насоса») для преодоления потерь на трение и других сопротивлений. Производительность насоса обычно предоставляется производителем в виде кривой производительности насоса, которая представляет собой график зависимости расхода от напора, создаваемого насосом для диапазона значений расхода.

Поскольку напор, создаваемый насосом, зависит от расхода, определение рабочей точки на кривой производительности насоса не всегда является легкой задачей. Если вы угадываете скорость потока, а затем рассчитываете добавленный напор насоса, это, в свою очередь, повлияет на разницу давления в трубе, которая сама по себе фактически влияет на скорость потока, которая может возникнуть.

Конечно, если вы используете наше программное обеспечение Pipe Flow Expert, оно найдет для вас точную рабочую точку на кривой насоса, гарантируя, что потоки и давления сбалансированы по всей вашей системе, чтобы дать точное решение для вашей конструкции трубопровода.

Как бы вы ни рассчитали напор насоса, добавленный в трубу, этот дополнительный напор жидкости необходимо добавить обратно к любому перепаду давления, которое произошло в трубе.

Расчет общего падения давления в трубе

Следовательно, давление на конце рассматриваемой трубы определяется следующим уравнением (где все значения указаны в м напора жидкости):

P [конец] = P [начало] — Потери на трение — Потери в фитингах — Потери в компонентах + Высота [начало-конец] + Напор насоса

где


P [end] = Давление на конце трубы

P [start] = Давление в начале трубы

Отметка [начало-конец] = (Отметка в начале трубы) — (Отметка в конце трубы)

Напор насоса = 0, если насос отсутствует

Таким образом, перепад давления или, скорее, перепад давления dP (это может быть прирост) между началом и концом трубы определяется следующим уравнением:

dP = Потери на трение + Потери в фитингах + Потери в компонентах — Высота [начало-конец] — Напор насоса

где


P [end] = Давление на конце трубы

P [start] = Давление в начале трубы

Отметка [начало-конец] = (Отметка в начале трубы) — (Высота в конце трубы)

Напор насоса = 0, если насос отсутствует

Примечание. DP обычно указывается как положительное значение, относящееся к падению давления .Отрицательное значение указывает на усиление давления.

Сжатый воздух — потеря давления в трубопроводе

Падение давления в линиях сжатого воздуха можно рассчитать по эмпирической формуле

dp = 7,57 q 1,85 L 10 4 / (d 5 p) (1 )

где

dp = падение давления (кг / см 2 )

q = объемный расход воздуха при атмосферных условиях (FAD) 3 3 мин)

L = длина трубы (м)

d = внутренний диаметр трубы (мм)

p = начальное давление — манометр (кг / см 2 )

  • 1 кг / см 2 = 98068 Па = 0.98 бар = 0,97 атмосферы = 736 мм Hg = 10000 мм H 2 O = 10 м H 2 O = 2050 фунтов на кв. O

Примечание! — давление — это «сила на единицу площади», и обычно используемые единицы давления, такие как кг / см 2 и аналогичные, в принципе неверны, поскольку кг — это единица массы. Массу нужно умножить на силу тяжести г , чтобы получить силу (вес).

Сжатый воздух — Номограмма падения давления

Номограмма ниже может использоваться для оценки падения давления в трубопроводах сжатого воздуха с давлением 7 бар (100 фунтов на кв. Дюйм).

Онлайн-калькулятор падения давления в трубопроводе сжатого воздуха — метрические единицы

Калькулятор ниже можно использовать для расчета падения давления в трубопроводах сжатого воздуха.

Онлайн-калькулятор падения давления в трубопроводе сжатого воздуха — британские единицы

Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для расчета падения давления в трубопроводах сжатого воздуха.

ВНИМАНИЕ! — перепад давления выше 1 кг / см 2 (14-15 фунтов на кв. Дюйм) в общем случае не имеет значения, а приведенные выше формулы и калькуляторы могут быть недействительными.

Для более точного расчета — или для более длинных трубопроводов с большими перепадами давления — разделите линию на части и рассчитайте падение давления и конечное давление для каждой части. Используйте конечное давление в качестве начального давления для следующих частей. Конечное давление после последней части — это конечное давление в конце трубопровода. Падение давления для всего трубопровода также может быть рассчитано путем суммирования падений давления для каждой части.

Таблица падения давления в трубопроводе сжатого воздуха

С помощью этой таблицы Excel (в метрических единицах) можно выполнить расчеты для других значений давления и / или длины труб.

Одна и та же таблица, включая разные типы труб (британские единицы).

Или, как вариант — Трубопроводы сжатого воздуха — расчеты падения давления — в Google Docs. Вы можете открывать, сохранять и изменять свою собственную копию электронной таблицы Google, если вы вошли в свою учетную запись Google.

Таблица падения давления в трубопроводе сжатого воздуха — начальное манометрическое давление

7 кг / см 2 (100 фунтов на кв. Дюйм)

Падение давления в 100 м (330 футов) График сжатого воздуха 40 стальных трубопроводов указаны в таблицах ниже:

Уравнение Хазена-Вильямса — расчет потери напора в водопроводных трубах

Уравнение Дарси-Вайсбаха с диаграммой Муди считается наиболее точной моделью для оценки потери напора на трение при установившемся потоке в трубе.Поскольку уравнение Дарси-Вейсбаха требует итеративного расчета, может быть предпочтительным альтернативный эмпирический расчет потерь напора, такой как уравнение Хазена-Вильямса:

h 100 футов = 0,2083 (100 / c) 1,852 q 1,852 / d h 4.8655 (1)

где

h 100 футов = потеря напора на трение в футах водяного столба на 100 футов трубы ( футов h30 /100 футов трубы)

c = постоянная шероховатости Хазена-Вильямса

q = объемный расход (галлон / мин)

d h = внутренний гидравлический диаметр (дюймы)

Обратите внимание, что формула Хазена-Вильямса является эмпирической и в ней отсутствует теоретическая база.Имейте в виду, что константы шероховатости основаны на «нормальных» условиях и составляют примерно 1 м / с (3 фута / с) .

Пример — потеря напора на трение в водопроводной трубе

Расход воды 200 галлонов / мин в 3-дюймовой полиэтиленовой трубе DR 15 с внутренним диаметром 3,048 дюйма. Коэффициент шероховатости для трубы PEH составляет 140, а длина трубы — 30 футов. Потеря напора для 100-футовой трубы может быть рассчитана как

ч 100 футов = 0,2083 (100/140) 1,852 (200 галлонов / мин) 1.852 / (3,048 дюйма) 4,8655

= высота 9 футов 2 O / труба 100 футов

Потери напора для трубы 30 футов можно рассчитать

h 30 футов = h 100 футов (30 футов) / (100 футов)

= 9 (30 футов) / (100 футов)

= 2,7 футов H 2 O
9000

Связанное мобильное приложение из Engineering ToolBox

— бесплатные приложения для автономного использования на мобильных устройствах.

Онлайн-калькулятор Хазенса-Вильямса

Имперские единицы

Приведенные ниже калькуляторы можно использовать для расчета удельной потери напора (потери напора на 1 00 футов (м) трубы) и фактических потерь напора для фактической длины трубы. Значения по умолчанию взяты из приведенного выше примера.

Единицы СИ

Уравнение Хазена-Вильямса — не единственная доступная эмпирическая формула. Формула Мэннинга обычно используется для расчета гравитационных потоков в открытых каналах.

Скорость потока можно рассчитать как

v = 0,408709 q / d h 2 (2)

где

v = скорость потока (фут / с)

90 Ограничения

Уравнение Хазена-Вильямса считается относительно точным для расхода воды в трубопроводных системах, когда

Для более горячей воды с более низкой кинематической вязкостью (например, 0,55 сСт при 130 o F (54.4 o C)) ошибка будет значительной.

Поскольку метод Хазена-Вильямса действителен только для расхода воды , метод Дарси Вайсбаха следует использовать для других жидкостей или газов.

  • 1 фут (фут) = 0,3048 м
  • 1 дюйм (дюйм) = 25,4 мм
  • 1 галлон (США) / мин = 6,30888×10 -5 м 3 / с = 0,227 м 3 / ч = 0,0631 дм 3 (литр) / с = 2,228×10 -3 футов 3 / с = 0.1337 футов. водовод или трубу ( Рис. 1 ).

    • Рис. 1 — Система потока жидкости (любезно предоставлено AMEC Paragon).

    Конструкция трубопровода

    Минимальные базовые параметры, необходимые для проектирования системы трубопроводов, включают, помимо прочего, следующее.

    • Характеристики и физические свойства жидкости.
    • Требуемый массовый расход (или объем) транспортируемой жидкости.
    • Давление, температура и высота в точке А.
    • Давление, температура и высота в точке Б.
    • Расстояние между точками A и B (или длина, которую должна пройти жидкость) и эквивалентная длина (потери давления), вносимые клапанами и фитингами.

    Эти основные параметры необходимы для проектирования системы трубопроводов.Предполагая установившийся поток, существует ряд уравнений, основанных на общем уравнении энергии, которые можно использовать для проектирования системы трубопроводов. Переменные, связанные с флюидом (например, жидкость, газ или многофазность), влияют на поток. Это приводит к выводу и развитию уравнений, применимых к конкретной жидкости. Хотя конструкция трубопроводов и трубопроводов может быть сложной, подавляющее большинство проектных проблем, с которыми сталкивается инженер, можно решить с помощью стандартных уравнений потока.

    Уравнение Бернулли

    Основным уравнением, разработанным для представления установившегося потока жидкости, является уравнение Бернулли, которое предполагает, что полная механическая энергия сохраняется для установившегося, несжимаемого, невязкого, изотермического потока без теплопередачи или работы. Эти ограничительные условия могут быть характерны для многих физических систем.

    Уравнение записано как
    (уравнение 1)
    где

    Z = перепад высот, фут,
    п. = давление, фунт / кв. Дюйм,
    ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
    В = скорость, фут / сек,
    г = гравитационная постоянная, фут / сек 2 ,
    и
    H L = потеря напора, фут.

    На рис. 2 представлена ​​упрощенная графическая иллюстрация уравнения Бернулли.

    • Рис. 2 — Набросок четырех уравнений Бернулли (любезно предоставлено AMEC Paragon).

    Уравнение Дарси дополнительно выражает потерю напора как
    (уравнение 2)
    и
    (уравнение 3)
    где

    H L = потеря напора, фут,
    f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
    л = длина трубы, фут,
    D = диаметр трубы, фут,
    В = скорость, фут / сек,
    г = гравитационная постоянная фут / сек 2 ,
    Δ P = перепад давления, psi,
    ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
    и
    д = внутренний диаметр трубы, дюйм

    Число Рейнольдса и коэффициент трения Муди

    Число Рейнольдса — это безразмерный параметр, который полезен для характеристики степени турбулентности в режиме потока и необходим для определения коэффициента трения Муди. Он выражается как
    (уравнение 4)
    , где

    Вязкость

    ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
    D = внутренний диаметр трубы, фут,
    В = скорость потока, фут / сек,
    и
    мкм = , фунт / фут-сек.

    Число Рейнольдса для жидкостей может быть выражено как
    (уравнение 5)
    где

    мкм = вязкость, сП,
    д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
    SG = удельный вес жидкости по отношению к воде (вода = 1),
    Q л = Расход жидкости, B / D,
    и
    В = скорость, фут / сек.

    Число Рейнольдса для газов может быть выражено как
    (уравнение 6)
    где

    мкм = вязкость, сП,
    д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
    S = удельный вес газа при стандартных условиях относительно воздуха (молекулярный вес, деленный на 29),
    и
    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут.

    Коэффициент трения Муди, f , выраженный в предыдущих уравнениях, является функцией числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубы и определяется как Рис. 3 . На коэффициент трения Moody влияет характеристика потока в трубе. Для ламинарного потока, где Re <2000, протекающая жидкость перемешивается незначительно, а скорость потока параболическая; Коэффициент трения Муди выражается как f = 64 / Re.Для турбулентного потока, где Re> 4000, происходит полное перемешивание потока, и скорость потока имеет однородный профиль; f зависит от Re и относительной шероховатости (/ D ). Относительная шероховатость — это отношение абсолютной шероховатости,, меры поверхностных дефектов к внутреннему диаметру трубы, D . Таблица 9.1 перечисляет абсолютную шероховатость для нескольких типов материалов труб.

    • Рис. 3 — Таблица коэффициента трения (любезно предоставлено AMEC Paragon).

    Если вязкость жидкости неизвестна, Фиг.4 может использоваться для вязкости сырой нефти, Фиг.5 для эффективной вязкости смесей сырая нефть / вода и Фиг.6 для вязкость природного газа. При использовании некоторых из этих цифр необходимо использовать соотношение между вязкостью в сантистоксах и вязкостью в сантипуазах
    (уравнение 7)
    где

    γ = вязкость кинематическая, сантистокс,
    ϕ = абсолютная вязкость, сП,
    и
    SG = удельный вес.
    • Рис. 4 — Стандартные графики вязкости / температуры для жидких нефтепродуктов (любезно предоставлены ASTM).

    • Рис. 5 — Эффективная вязкость смеси масло / вода (любезно предоставлено AMEC Paragon).

    • Рис. 6 — Вязкость углеводородного газа в зависимости от температуры (любезно предоставлено Western Supply Co.).

    Падение давления для потока жидкости

    Общее уравнение

    Ур.3 можно выразить через внутренний диаметр трубы (ID), как указано ниже.
    (уравнение 8)
    где

    д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
    f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
    л = длина трубы, фут,
    Q л = Расход жидкости, B / D,
    SG = удельный вес жидкости по отношению к воде,
    и
    Δ P = Падение давления, фунт / кв. Дюйм (полное падение давления).

    Уравнение Хазена Вильямса

    Уравнение Хазена-Вильямса, которое применимо только для воды в турбулентном потоке при 60 ° F, выражает потерю напора как
    (уравнение 9)
    где

    H L = потеря напора из-за трения, фут,
    л = длина трубы, фут,
    К = коэффициент трения постоянный, безразмерный ( таблица 2 ),
    д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
    Q л = Расход жидкости, B / D,
    и
    галлонов в минуту = Расход жидкости, гал / мин.

    Падение давления можно рассчитать по
    (уравнение 10)

    Падение давления для потока газа

    Общее уравнение

    Общее уравнение для расчета расхода газа указано как
    (Ур.11)
    где

    w = расход, фунт / сек,
    г = ускорение свободного падения, 32,2 фут / сек 2 ,
    А = Площадь поперечного сечения трубы, фут 2 ,
    V 1 = удельный объем газа на входе, фут 3 / фунт,
    f = коэффициент трения, безразмерный,
    л = длина, фут,
    D = диаметр трубы, фут,
    пол. 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
    и
    п. 2 = Давление на выходе, фунт / кв.

    Допущения: работа не выполняется, поток установившийся и f = постоянный как функция длины.

    Упрощенное уравнение

    Для практических целей трубопровода, Ур. 11 можно упростить до
    (уравнение 12)
    , где

    пол. 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
    п. 2 = давление на выходе, фунт / кв. Дюйм,
    S = удельный вес газа,
    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
    Z = коэффициент сжимаемости газа безразмерный,
    т = температура протока, ° Р,
    f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
    д = ID трубы, дюйм.,
    и
    л = длина, фут.

    Коэффициент сжимаемости Z для природного газа можно найти в рис. 7 .

    • Рис. 7 — Сжимаемость низкомолекулярных природных газов (любезно предоставлено Natl. Gas Processors Suppliers Assn.).

    Для расчета расхода газа в трубопроводах можно использовать три упрощенных производных уравнения:

    • Уравнение Веймута
    • Уравнение Панхандла
    • Уравнение Шпицгласа

    Все три эффективны, но точность и применимость каждого уравнения находятся в определенных диапазонах расхода и диаметра трубы.Далее формулируются уравнения.

    Уравнение Веймута

    Это уравнение используется для потоков с высоким числом Рейнольдса, где коэффициент трения Муди является просто функцией относительной шероховатости.
    (уравнение 13)
    где

    Коэффициент сжимаемости для газа

    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
    д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
    пол. 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
    п. 2 = давление на выходе, фунт / кв. Дюйм,
    л = длина, фут,
    Т 1 = Температура газа на входе, ° Р,
    S = удельный вес газа,
    и
    Z = , безразмерный.
    Уравнение Panhandle

    Это уравнение используется для потоков с умеренным числом Рейнольдса, где коэффициент трения Муди не зависит от относительной шероховатости и является функцией числа Рейнольдса в отрицательной степени.
    (уравнение 14)
    где

    КПД

    Коэффициент сжимаемости для газа

    E = (новая труба: 1,0; хорошие условия эксплуатации: 0,95; средние условия эксплуатации: 0,85),
    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
    д = ID трубы, дюйм.,
    пол. 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
    п. 2 = давление на выходе, фунт / кв. Дюйм,
    L м = длина, миль,
    Т 1 = Температура газа на входе, ° Р,
    S = удельный вес газа,
    и
    Z = , безразмерный.
    Уравнение шпицгласа

    (уравнение 15)
    где

    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
    Δ h W = потеря давления, дюймы водяного столба,
    и
    д = ID трубы, дюйм.

    Допущения:

    f = (1+ 3,6 / д + 0,03 г) (1/100),
    т = 520 ° R,
    пол. 1 = 15 фунтов / кв. Дюйм,
    Z = 1.0,
    и
    Δ P = <10% от P 1.

    Применение формул

    Как обсуждалось ранее, существуют определенные условия, при которых различные формулы более применимы. Далее дается общее руководство по применению формул.

    Упрощенная формула газа

    Эта формула рекомендуется для большинства расходных приложений общего назначения.

    Уравнение Веймута

    Уравнение Веймута рекомендуется для труб меньшего диаметра (обычно 12 дюймов.и менее). Он также рекомендуется для сегментов меньшей длины (<20 миль) в производственных батареях и для ответвлений сборных линий, приложений среднего и высокого давления (от +/– 100 фунтов на кв. Дюйм до> 1000 фунтов на квадратный дюйм) и высокого числа Рейнольдса.

    Уравнение Panhandle

    Это уравнение рекомендуется для труб большего диаметра (12 дюймов и больше). Он также рекомендуется для протяженных участков трубопровода (> 20 миль), таких как магистральные трубопроводы, и для умеренных чисел Рейнольдса.

    Уравнение шпицгласа

    Уравнение Spitzglass рекомендуется для вентиляционных линий низкого давления диаметром <12 дюймов (Δ P <10% от P 1 ).

    Инженер-нефтяник обнаружит, что общее уравнение газа и уравнение Веймута очень полезны. Уравнение Веймута идеально подходит для проектирования ответвлений и магистральных трубопроводов в промысловых системах сбора газа.

    Многофазный поток

    Режимы потока

    Жидкость из ствола скважины в первую часть производственного оборудования (сепаратор) обычно представляет собой двухфазный поток жидкость / газ.

    Характеристики горизонтальных многофазных режимов потока показаны на Рис. 8 . Их можно описать следующим образом:

    • Пузырь: Возникает при очень низком соотношении газ / жидкость, когда газ образует пузырьки, поднимающиеся к верху трубы.
    • Пробка: Возникает при более высоком соотношении газ / жидкость, когда пузырьки газа образуют пробки среднего размера.
    • Стратифицированный: По мере увеличения соотношения газ / жидкость пробки становятся длиннее, пока газ и жидкость не потекут в отдельные слои.
    • Волнистый: По мере дальнейшего увеличения соотношения газ / жидкость энергия текущего газового потока вызывает волны в текущей жидкости.
    • Пробка: По мере того, как соотношение газ / жидкость продолжает увеличиваться, высота волны жидкости увеличивается до тех пор, пока гребни не соприкасаются с верхней частью трубы, создавая пробки жидкости.
    • Распылитель: При чрезвычайно высоком соотношении газ / жидкость жидкость диспергируется в потоке текущего газа.
    • Фиг.8 — Двухфазный поток в горизонтальном потоке (любезно предоставлен AMEC Paragon).

    Рис. 9 [1] показывает различные режимы потока, которые можно ожидать при горизонтальном потоке, в зависимости от приведенных скоростей потока газа и жидкости. Поверхностная скорость — это скорость, которая существовала бы, если бы другая фаза отсутствовала.

    • Рис. 9 — Карта горизонтального многофазного потока (по Гриффиту). [1]

    Многофазный поток в вертикальной и наклонной трубе ведет себя несколько иначе, чем многофазный поток в горизонтальной трубе.Характеристики режимов вертикального потока показаны на Рис. 10 и описаны ниже.

    • Рис. 10 — Схема двухфазного потока в вертикальном потоке (любезно предоставлено AMEC Paragon).

    Пузырь

    Если соотношение газ / жидкость небольшое, газ присутствует в жидкости в виде небольших случайно распределенных пузырьков переменного диаметра. Жидкость движется с довольно равномерной скоростью, в то время как пузырьки движутся вверх через жидкость с разными скоростями, которые определяются размером пузырьков.За исключением общей плотности композитной жидкости, пузырьки мало влияют на градиент давления.

    Пробковый поток

    По мере увеличения соотношения газ / жидкость высота волны жидкости увеличивается до тех пор, пока гребни не соприкасаются с верхней частью трубы, создавая пробки жидкости.

    Переходный поток

    Текучая среда переходит из непрерывной жидкой фазы в непрерывную газовую фазу. Жидкие пробки практически исчезают и уносятся в газовую фазу.Влияние жидкости по-прежнему значимо, но преобладает влияние газовой фазы.

    Кольцевой поток тумана

    Газовая фаза является непрерывной, и основная часть жидкости увлекается газом. Жидкость смачивает стенку трубы, но влияние жидкости минимально, поскольку газовая фаза становится регулирующим фактором. Рис. 11 [2] показывает различные режимы потока, которые можно ожидать при вертикальном потоке, в зависимости от приведенных скоростей потока газа и жидкости.

    • Рис. 11 — Карта вертикального многофазного потока (по Taitel и др. ). [2]

    Двухфазный перепад давления

    Расчет падения давления в двухфазном потоке очень сложен и основан на эмпирических соотношениях для учета фазовых изменений, которые происходят из-за изменений давления и температуры вдоль потока, относительных скоростей фаз и сложных эффектов возвышения. изменения. Таблица 3 перечисляет несколько коммерческих программ, которые доступны для моделирования перепада давления. Поскольку все они в некоторой степени основаны на эмпирических отношениях, их точность ограничена наборами данных, на основе которых были построены отношения. Нет ничего необычного в том, что измеренные перепады давления в поле отличаются на ± 20% от рассчитанных по любой из этих моделей.

    Упрощенная аппроксимация падения давления на трение для двухфазного потока

    Ур.16 предоставляет приблизительное решение проблемы падения давления на трение в задачах с двухфазным потоком, которое соответствует заявленным допущениям.
    (уравнение 16)
    где

    Δ P = Падение давления на трение, psi,
    f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
    л = длина, фут,
    Вт = расход смеси, фунт / час,
    ρ M = Плотность смеси, фунт / фут 3 ,
    и
    д = ID трубы, дюйм.

    Формула скорости потока смеси:
    (уравнение 17)
    где

    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
    Q L = Расход жидкости, B / D,
    S = удельный вес газа при стандартных условиях, фунт / фут 3 (воздух = 1),
    и
    SG = удельный вес жидкости по отношению к воде, фунт / фут 3 .

    Плотность смеси определяется по формуле
    (уравнение 18)
    , где

    п. = рабочее давление, фунт / кв. Дюйм,
    R = Соотношение газ / жидкость, футы 3 / баррель,
    т = рабочая температура, ° Р,
    SG = удельный вес жидкости относительно воды, фунт / фут 3 ,
    S = удельный вес газа при стандартных условиях, фунт / фут 3 (воздух = 1),
    и
    Z = Коэффициент сжимаемости газа, безразмерный.

    Формула применима, если выполняются следующие условия:

    • Δ P меньше 10% входного давления.
    • Пузырь или туман.
    • Нет перепадов высот.
    • Нет необратимой передачи энергии между фазами.

    Падение давления из-за изменения высоты

    Есть несколько примечательных характеристик, связанных с падением давления из-за перепада давления в двухфазном потоке.Характеристики потока, связанные с изменениями высоты, включают:

    • В нисходящих трубопроводах поток становится расслоенным, поскольку жидкость течет быстрее, чем газ.
    • Глубина жидкого слоя регулируется в зависимости от статического напора и равна падению давления на трение.
    • Нет восстановления давления в нисходящей линии.
    • При низком расходе газа / жидкости поток на участках подъема может быть «полным» жидкостью при малых расходах. Таким образом, при низких расходах полное падение давления представляет собой сумму падений давления для всех подъемов.
    • При увеличении расхода газа общий перепад давления может уменьшиться, поскольку жидкость удаляется с участков подъема.

    Падение давления при низких расходах, связанное с изменением высоты подъема, можно аппроксимировать с помощью Eq. 19 .
    (уравнение 19)
    где

    Δ P Z = Падение давления из-за увеличения высоты сегмента, фунт / кв. Дюйм,
    SG = удельный вес жидкости в сегменте по отношению к воде,
    и
    Δ Z = увеличение высоты сегмента, фут.

    Затем общий перепад давления можно приблизительно определить как сумму перепадов давления для каждого участка подъема.

    Падение давления из-за клапанов и фитингов

    Одним из наиболее важных параметров, влияющих на падение давления в трубопроводных системах, является потеря давления в фитингах и клапанах, встроенных в систему. Для трубопроводных систем на производственных объектах падение давления через фитинги и клапаны может быть намного больше, чем на прямом участке трубы.В длинных трубопроводных системах падение давления через арматуру и клапаны часто можно не учитывать.

    Коэффициенты сопротивления

    Потери напора в клапанах и фитингах могут быть рассчитаны с помощью коэффициентов сопротивления как
    (уравнение 20)
    где

    H L = потеря напора, фут,
    К r = коэффициент сопротивления, безразмерный,
    D = Внутренний диаметр трубы, фут,
    и
    В = скорость, фут / сек.

    Общая потеря напора представляет собой сумму всех K r V 2 /2 g .

    Коэффициенты сопротивления K r для отдельных клапанов и фитингов приведены в табличной форме в ряде отраслевых публикаций. Большинство производителей публикуют табличные данные для всех размеров и конфигураций своей продукции. Одним из лучших источников данных является Crane Flow of Fluids , технический документ No.410. [3] Ассоциация поставщиков переработчиков природного газа. (NGPSA) Технические данные [4] и Cameron Hydraulic Data Book [5] компании Ingersoll-Rand также являются хорошими источниками справочной информации. Некоторые примеры коэффициентов сопротивления перечислены в таблицах 4 и 5 .

    Коэффициенты расхода

    Коэффициент расхода для жидкостей, C V , определяется экспериментально для каждого клапана или фитинга как расход воды в галлонах / мин при 60 ° F для перепада давления через фитинг на 1 фунт / кв. Дюйм.Взаимосвязь между коэффициентами расхода и сопротивления может быть выражена как
    (уравнение 21)
    В любом фитинге или клапане с известным C V падение давления может быть рассчитано для различных условий потока и жидкости. свойства с Eq. 22 .
    (уравнение 22)
    где

    Q L = Расход жидкости, B / D,
    и
    SG = плотность жидкости относительно воды.

    Опять же, CV опубликован для большинства клапанов и фитингов и может быть найден в Crane Flow of Fluids, [3] Engineering Data Book, [4] Cameron Hydraulic Data Book, [5] , а также технические данные производителя.

    Эквивалентная длина

    Потери напора, связанные с клапанами и фитингами, также можно рассчитать, рассматривая эквивалентные «длины» сегментов трубы для каждого клапана и фитинга. Другими словами, рассчитанная потеря напора, вызванная прохождением жидкости через задвижку, выражается как дополнительная длина трубы, которая добавляется к фактической длине трубы при расчете падения давления.

    Все эквивалентные длины, обусловленные клапанами и фитингами в пределах сегмента трубы, должны быть сложены вместе, чтобы вычислить падение давления для сегмента трубы. Эквивалентная длина, L e , может быть определена из коэффициента сопротивления K r и коэффициента расхода C V , используя следующие формулы.
    (уравнение 23)

    (уравнение 24)
    и
    (уравнение.25)
    где

    К r = коэффициент сопротивления, безразмерный,
    D = диаметр трубы, фут,
    f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
    д = ID трубы, дюйм.,
    и
    C V = Коэффициент расхода жидкостей, безразмерный.

    В таблице 6 показаны эквивалентные длины труб для различных клапанов и фитингов для ряда стандартных размеров труб.

    Номенклатура

    Вязкость

    Абсолютная вязкость

    Z = перепад высот, фут,
    п. = давление, фунт / кв. Дюйм,
    ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
    В = скорость, фут / сек,
    г = гравитационная постоянная, фут / сек 2 ,
    H L = потеря напора, фут.
    f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
    л = длина трубы, фут,
    D = диаметр трубы, фут,
    Δ P = перепад давления, psi,
    мкм = , фунт / фут-сек.
    SG = удельный вес жидкости по отношению к воде (вода = 1),
    Q л = Расход жидкости, B / D,
    S = удельный вес газа при стандартных условиях относительно воздуха (молекулярный вес, деленный на 29),
    Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут.
    γ = вязкость кинематическая, сантистокс,
    ϕ = , сП
    Q л = Расход жидкости, B / D,
    w = расход, фунт / с
    пол. 1 = Давление на входе, фунт / кв. Дюйм
    п. 2 = Давление на выходе, фунт / кв.
    Δ h W = потеря давления, дюймы водяного столба,
    Вт = расход смеси, фунт / час,
    ρ M = Плотность смеси, фунт / фут 3
    P = рабочее давление, фунт / кв. Дюйм,
    R = Соотношение газ / жидкость, футы 3 / баррель,
    т = рабочая температура, ° Р,
    Δ P Z = Падение давления из-за увеличения высоты сегмента, фунт / кв. Дюйм,
    Δ Z = увеличение высоты сегмента, фут.
    H L = потеря напора, фут,
    К r = коэффициент сопротивления, безразмерный
    C V = Коэффициент расхода жидкостей, безразмерный.
    К r = коэффициент сопротивления, безразмерный,

    Ссылки

    1. 1.0 1,1 Гриффит П. 1984. Многофазный поток в трубах. J Pet Technol 36 (3): 361-367. SPE-12895-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12895-PA.
    2. 2,0 2,1 Taitel, Y., Bornea, D., and Dukler, A.E. 1980. Моделирование переходов режимов течения для установившегося восходящего газожидкостного потока в вертикальных трубах. Айше Дж. 26 (3): 345-354. http://dx.doi.org/10.1002/aic.6

      304.

    3. 3,0 3,1 Крановый поток жидкостей, Технический документ № 410.1976 г. Нью-Йорк: Crane Manufacturing Co.
    4. 4,0 4,1 Сборник технических данных, девятое издание. 1972. Талса, Оклахома: Ассоциация поставщиков переработчиков природного газа.
    5. 5,0 5,1 Westway, C.R. and Loomis, A.W. изд. 1979. Cameron Hydraulic Data Book, шестнадцатое издание. Озеро Вудклифф, Нью-Джерси: Ингерсолл-Рэнд.

    Интересные статьи в OnePetro

    Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

    Внешние ссылки

    Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

    См. Также

    Трубопроводы и трубопроводные системы

    Трубопроводы

    Очистка трубопровода

    Соображения и стандарты проектирования трубопроводов

    PEH: Трубопроводы и трубопроводы

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *