Расчет сопротивления трубопровода онлайн: Онлайн-калькулятор потерь напора в зависимости от расхода жидкости и сечения трубопровода

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 трубmA0A1С
Новые стальные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием0,22610.01590.684
Новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием0,28410.01442.360
Неновые стальные и неновые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытиемv < 1,2 м/с0,3010.01790.867
v ⩾ 1,2 м/с0,3010.0210.000
Асбестоцементные0,1910.0113.510
Железобетонные виброгидропрессованные0,1910.015743.510
Железобетонные центрифугированные0,1910.013853.510
Стальные и чугунные с внутренним пластмассовым или полимерцементным покрытием, нанесенным методом центрифугирования0,1910.0113.510
Стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом набрызга с последующим заглаживанием0,1910.015743.510
Стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесенным методом центрифугирования0,1910.013853.510
Пластмассовые0,22600.013441.000
Стеклянные0,22600.014611.000

 

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.

Программа «Гидравлический расчет напорных трубопроводов»

Программа позволяет рассчитать потери напора водопровода на единицу длины трубопровода (так называемый «гидравлический уклон»).

Определяет гидравлическое сопротивление стыковых соединений в напорных трубопроводах, учитывает из какого материала они изготовлены.

 

 

Функционал программы

  1. При вводе данных: Длина трубопровода L, м.,коэффициента, учитывающего потери напора на местные сопротивления — вычисляются Потери напора, м (в трубопроводе, на местные сопротивления, по длине, напор в начале трубопровода).
  2. При вводе данных: Расчетный расход q, л/с., наружный диаметр трубы D Толщина стенки трубы s, м — определяется Гидравлический уклон (внутренний диаметр, трубы D, скорость v, м/с, удельные потери 1000i).

 

Расчет выполняется для следующих типов трубопроводов:

  • новые стальные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием;
  • новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием;
  • не новые стальные и не новые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием;
  • асбестоцементные;
  • железобетонные виброгидропрессованные;
  • железобетонные центрифугированные;
  • стальные и чугунные с внутренним пластмассовым или полимерцементным покрытием, нанесённым методом центрифугирования;
  • стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесённым методом набрызга с последующим заглаживанием;
  • стальные и чугунные с внутренним цементно-песчаным покрытием, нанесённым методом центрифугирования;
  • стеклянные и пластмассовые.

 

Программа является свободно распространяемой.
Версия 5.1.0 от 22.06.2005
Автор: Таранов Владимир, НПФ «Водные технологии»

Калькулятор гидравлического расчета водопровода онлайн

Калькулятор для гидравлического расчета водопроводных труб позволяет вычислить такие параметры как: коэффициент гидравлического сопротивления, потери напора, расход и скорость воды. Для расчетов потребуется указать такие исходные параметры, как диаметр и длина труб, расход воды, материал трубопровода. Основы для вычислений – формулы, приведенные в СНиП 2.04.02-84 (СП 31.13330.2012). Оценить калькулятор:

Гидравлический расчет простого трубопровода регламентируется СНиП 2.04.02-84 (СП 31.13330.2012) «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле:

λ = A1 · (A0 + C/V)m / dm,

где коэффициенты m, А0, А1 и С зависят от материала трубопровода. Основные материалы трубопровода описаны в таблице:

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 при v < 1,2 м/с 0.30 1 0.0179 0.867
Неновые стальные и неновые чугунные без внутреннего защитного покрытия или с битумным защитным покрытием при 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

Гидравлический уклон или потеря напора на единицу длины насчитывается по формуле:

i = (λ / d) · (v2 / 2g),

где λ; – коэффициент гидравлического сопротивления, d – внутренний диаметр труб (в метрах), V – скорость воды (в м/с), g – ускорение свободного падения.

Расход воды рассчитывается по формуле:

Q = π · (d2 / 4) · V / 1000,

где d – внутренний диаметр труб (в мм), V – скорость воды (в м/с).

Комментарии к калькулятору

Количество комментариев: 1

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

Расчёт падения давления в трубопроводе

Потери давления на преодоление сил трения зависят от параметров и скорости движения жидкости, а также параметров трубопровода.

 

Расчёт падения давления в трубопроводе

 

Расход жидкости (куб/час):

Коэффициент кинематической вязкости (м2/с x 10-6):

Диаметр трубопровода Dy (мм):

Длина трубопровода (м):

Плотность жидкости (кг/м3):

Коэффициент шероховатости:

Цельносварные стальные (0,07)Цельнотянутые стальные (0,05)Цельнотянутые стальные б/у (0,12)»Оцинкованые стальные (0,09)Из нержавеющей стали (0,0025)Цельнотянутые медь (0,005)Пластмассовые (0,002)Стеклянные (0,001)Чугунные новые (0,3)Чугунные водопроводные (1,4)Железобетонные новые (0,3)Железобетонные (3,0)Асбестоцементные (0,1)

 

Режим течения:

Скорость движения жидкости в трубопроводе (м/c):

Число Рейнольдса (Re):

Коэффициент трения (λ):

 

Коэффициент гидравлического сопротивления (ξ):

Потеря давления, (кг/см/ Па):

 

*Формат ввода — х.хх (разделитель — точка)

 

Зависимость свойств воды от температуры

Температура,°С Кинематическая вязкость, (м2/с) x 10-6 Плотность, кг/м3
0 1,787 999,9
5 1,519 1000
10 1,307 999,7
20 1,004 998,2
30 0,801 995,7
40 0,658 992,2
50 0,658 988,1
60 0,475 983,2
70 0,413 977,8
80 0,365 971,8
90 0,326 965,3
100 0,294 958,4

 

Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте [email protected]

Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.

 

ВСЕ РАСЧЁТЫ

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.

Следовательно, необходимо выполнить ряд дополнительных расчетов для расчета общих потерь на трение.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, создаваемые конкретным трубопроводным фитингом, 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, таких как 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 потерь давления, вызванных компонентом для заданного расхода, но сам расход также будет зависеть от потерь давления на выходе из 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

Расход 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, чем конечная отметка, то, наряду с трением и другими потерями, 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, что само 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
Высота [начало-конец] = (Высота в начале трубы) — (Высота в конце трубы)
Напор насоса = 0, если насос отсутствует

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

dP = потери на трение + потери в фитингах + потери компонентов — 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

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

Уравнение Хазена-Вильямса — расчет потери напора в водопроводных трубах

Уравнение Дарси-Вейсбаха с диаграммой Муди считается наиболее точной моделью для оценки потери напора на трение при установившемся потоке в трубе. Поскольку уравнение Дарси-Вайсбаха требует итеративного расчета, может быть предпочтительным альтернативный эмпирический расчет потери 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 воды на 100 футов трубы (футы h30 /100 футов трубы)

c = постоянная шероховатости Хазена-Вильямса

q = объемный расход (гал / мин)

d h = внутренний гидравлический диаметр (дюймы )

Обратите внимание, что формула Хазена-Вильямса является эмпирической и не имеет теоретической основы.Имейте в виду, что константы шероховатости основаны на «нормальных» условиях с приблизительно 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 Труба на / 100 футов

Можно рассчитать потерю напора для трубы 30 футов

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

= 9 (30 футов) / (100 футов)

= 2,7 футов H 2 O

Связанное мобильное приложение от 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)

Ограничения

Уравнение Хазена-Вильямса считается относительно точным для расхода воды в системах трубопроводов, 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 3 / мин = 0,8327 британских галлонов / мин

Примеры задач расчета и выбора трубопровода с решениями

Постановка задачи: При ремонте магистрального трубопровода, имеющего внутренний диаметр d 1 = 0,5 м и используемого для передачи воды со скоростью v 1 = 2 м / с, выяснилось, что Заменить участок трубы длиной L = 25 м. Поскольку на складе не было трубы того же диаметра для замены вышедшего из строя участка трубопровода, труба с внутренним диаметром d 2 = 0.Установлено 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 · г)]

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 / e 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 в 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 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 / е 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 · l) / d 2 ] · [(v 2 ²) / (2 · g)] = [(0.0165 · 25) / 0,45] · [2,47² / (2 · 9,81)] = 0,285 м

Падение напора в локальных точках сопротивления складывается из потерь на входе замененной секции (резкое сужение канала) и на выходе (резкое расширение канала). Найдем отношение площади замененного сечения трубы к площади исходного сечения 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.

Калькулятор толщины трубы согласно ASME B31.3 »Мир трубопроводной инженерии

Этот калькулятор толщины трубы рассчитывает требуемую толщину трубы для технологической трубы на основе ASME B31.3 Код. Подробная информация о расчетах за спиной приведена в конце этого калькулятора.

Этот калькулятор рассчитывает требуемую толщину трубы под внутренним давлением на основе критериев, указанных в разделах 302.1.1 и 302.2.2 Норм ASME B31.3 для напорных трубопроводов.

Требуемый ввод

  1. Материал конструкции трубы.
  2. Труба NPD.
  3. Тип конструкции трубы: Бесшовные, EFW, ERW и т. Д.
  4. Расчетная температура.
  5. Расчетное давление.
  6. Допуск на коррозию по материалам и условиям эксплуатации.
  7. Механический припуск.
  8. Допуск фрезерования.

Как известно, ASME B31.3 содержит формулы и инструкции для расчета трубы под давлением. Хотя формула довольно проста, иногда бывает сложно найти правильные значения отдельных факторов. Этот калькулятор толщины технологической трубы использует следующую формулу для расчета толщины стенки.

304.1.2 (a) уравнение 3a:

  1. Бесшовные трубы: расчетная толщина t = (PD) / 2 (SE + PY)
  2. Сварные трубы: расчетная толщина t = (PD) / 2 (SEW + PY)

Где:

P: Внутреннее расчетное манометрическое давление

D: Внешний диаметр трубы

В этом калькуляторе внешний диаметр взят из Американских стандартов на трубы для выбранного номинального диаметра трубы:

  1. ASME B36.10: Сварные и бесшовные трубы из кованой стали.
  2. ASME B36.19: Трубы из нержавеющей стали.

S: Допустимое значение напряжения для материала из таблицы A-1

Это допустимые значения напряжения для различных материалов при разных температурах. Приведено в таблице A-1 стандарта ASME B31.3. Я включил в этот калькулятор наиболее часто используемые материалы для труб. Если вы хотите, чтобы было включено больше материалов ASTM, укажите это в разделе комментариев ниже.

E: Коэффициент качества продольного сварного шва

  1. Применяется согласно ASME B31.3 Таблица A-1A или A-1B.
  2. 1 Для бесшовных труб.
  3. 0,60 для труб, сваренных встык.
  4. 0,85 для труб, сваренных методом контактной электросварки.

W: Коэффициент снижения прочности сварного соединения

  1. Применяется в соответствии с параграфом 302.3.5 (e) ASME B31.3
  2. Применяется только для сварных труб.
  3. Вт — принять за 1 для бесшовных труб.
  4. Значение W принимается равным 1,0 при температуре 510 ° C (950 ° F) и ниже и 0,5 при 815 ° C (1500 ° F) для всех материалов.
  5. Значение линейно интерполируется для промежуточных температур.

Y: коэффициент из таблицы 304.1.1,

Действительно для t

Добавление припусков

Расчетная расчетная толщина стенки должна быть добавлена ​​к припуску на коррозию, механическому припуску на нарезание канавок, резьб и т. Д. И производственному допуску, чтобы получить окончательное значение. Следующее более высокое значение стандартной толщины из Стандартов труб, таких как ASME B36.10 и ASME B36.19.

Требуемая толщина = Расчетная толщина + припуски.

Выбор толщины стенки

Проектировщик должен выбрать толщину из таблиц номинальных толщин, содержащихся в таблице 1, указанных в ASME B36.10 и B36.19, в соответствии со значением, вычисленным для выполнения условий, для которых требуется труба.

Пожалуйста, оставляйте свои комментарии / предложения в поле для комментариев ниже.

Как это:

Нравится Загрузка …

Сопротивление трубы — обзор

12.4.3. Жидкостная аналогия

Одной из причин популярности аналогового моделирования является то, что оно аналогично интуитивным рассуждениям человека. Чтобы понять сложное понятие, мы часто используем метафоры, описывающие нечто подобное, которое легче понять. Некоторое интуитивное понимание характеристик электрических элементов можно сделать, используя аналогию, основанную на потоке жидкости, такой как вода. В этой аналогии объем потока воды был бы аналогичен потоку заряда в электрической цепи (т.е., ток), и давление за этим потоком будет аналогично напряжению. По этой аналогии резистор представляет собой сужение или трубу, вставленную на пути потока воды. Как и в случае резистора, поток через эту трубу будет линейно зависеть от давления (напряжения) и обратно пропорционально сопротивлению, создаваемому строительной трубой. Эквивалент закона Ома (т.е. v = i / R ) будет: давление = расход / сопротивление. Также, как и в случае с резистором, сопротивление потоку, создаваемое трубой, будет линейно увеличиваться с увеличением ее длины и уменьшаться с увеличением площади поперечного сечения, аналогично уравнению 12.11 (R = ρl / A) будет: сопротивление трубы = постоянное (длина / площадь).

Жидкая аналогия конденсатора — это емкость с заданной площадью поперечного сечения. Давление на дне контейнера будет аналогично напряжению на конденсаторе, а вода, текущая в контейнер или из него, будет аналогична току. Как и в случае с конденсатором, давление на дне будет пропорционально высоте воды. Это давление или высота воды будут линейно связаны с интегралом расхода воды и обратно пропорциональны площади контейнера, рис. 12.11.

Рисунок 12.11. Водная аналогия конденсатора. Давление воды внизу аналогично напряжению на конденсаторе, а поток воды аналогичен потоку заряда, тока. Количество воды, содержащейся в сосуде, аналогично заряду конденсатора.

Контейнер с большой площадью (т. Е. Большей емкостью) будет аналогичен большому конденсатору; он будет способен принимать большее количество воды (заряда) с небольшим изменением нижнего давления (напряжения).И наоборот, сосуд с небольшой площадью будет заполняться быстро, поэтому изменение давления на дне резко изменится при незначительных изменениях количества воды в сосуде. Как и в конденсаторе, невозможно мгновенно изменить высоту воды и, следовательно, давление на дне, если только у вас не будет бесконечного потока воды. При большом расходе вы можете быстро, но не мгновенно изменить высоту и соответствующее давление на дне.

Вода, вытекающая из дна сосуда, будет продолжать течь до тех пор, пока сосуд не опустеет.Это аналогично полной разрядке конденсатора. Фактически, даже ход выходящего потока во времени (постоянно убывающая экспонента) будет параллелен ходу разряжающегося конденсатора. Кроме того, чтобы давление на дне сосуда оставалось постоянным, поток в сосуд или из него должен быть равен нулю, так же как ток должен быть равен нулю для постоянного напряжения конденсатора.

Емкость для воды, как конденсатор, накапливает энергию. В контейнере энергия хранится как потенциальная энергия содержащейся в нем воды.Если взять в качестве примера плотину, то количество запасенной энергии пропорционально количеству воды, содержащейся за плотиной, и квадрату давления. Плотина или любой другой реальный резервуар будет иметь ограниченную высоту, и если приток воды будет продолжаться слишком долго, он выльется через край. Это аналогично превышению номинального напряжения конденсатора, когда приток заряда вызывает повышение напряжения до тех пор, пока не произойдет какой-либо тип отказа. Можно увеличить значение переполнения емкости за счет увеличения ее высоты, но это приведет к увеличению физических размеров, как и в случае конденсатора.Настоящий контейнер также может протекать, и в этом случае вода, хранящаяся в контейнере, будет потеряна, быстро или медленно, в зависимости от размера утечки. Это аналогично току утечки, который существует во всех реальных конденсаторах. Даже если не было явного утечки тока, в конечном итоге весь заряд на конденсаторе будет потерян из-за утечки и напряжение конденсатора упадет до нуля.

В аналогии с жидкостью элемент, аналогичный индуктору, будет большой трубой с незначительным сопротивлением потоку, но в которой любое изменение потока потребует некоторого давления только для преодоления инерции жидкости.Эта параллель с инерционными свойствами жидкости демонстрирует, почему индуктор иногда называют «инерционным элементом». Для воды, движущейся по этой большой трубе, изменение скорости потока ( d (расход) / dt ) будет пропорционально приложенному давлению. Константа пропорциональности будет связана с массой воды. Следовательно, соотношение между давлением и расходом в таком элементе будет следующим:

(12,27) p = kflowvelocity = kd (расход) dt

, что аналогично уравнению 12.15, определяющее уравнение для индуктора. Энергия будет храниться в этой трубе как кинетическая энергия движущейся воды.

Чем больше приложенное давление, тем быстрее будет изменяться скорость воды, но, как и в случае с индуктором, невозможно мгновенно изменить поток массы воды с использованием конечных давлений. Также, как и в случае с индуктором, было бы трудно построить трубу, удерживающую значительную массу воды, без некоторого сопутствующего сопротивления потоку, аналогичного паразитному сопротивлению, обнаруженному в индукторе.

В аналогии с жидкостью источником тока может быть идеальный насос с постоянным потоком. Он будет генерировать любое давление, необходимое для поддержания заданного потока. Источник напряжения был бы подобен судну очень большой вместимости, например, дамбе. Он будет обеспечивать одинаковый напорный поток, независимо от того, сколько воды вытекает из него, или даже если вода течет в него, или если поток вообще отсутствует.

Падение давления по длине трубы

Падение давления жидкости по длине трубы равномерного диаметра

Расход жидкости Содержание
Гидравлические и пневматические знания
Гидравлическое оборудование

Падение давления в трубопроводах вызвано:

  • Трение
  • Перепад или превышение вертикальной трубы
  • Изменения кинетической энергии
  • Расчет падения давления из-за трения в трубах круглого сечения

Чтобы определить перепад давления жидкости (жидкости или газа) вдоль трубы или компонента трубы, выполните следующие вычисления в следующем порядке.


Число Рейнольдса в уравнении:

Re = ω D / v

Re = ρ v l / µ

Re = ω l / v

Где:

Re = число Рейнольдса (без единицы измерения)
ω = скорость потока жидкости (м / с)
D = диаметр трубы (м)
v = кинематическая вязкость (м) 2 / с)
ρ = плотность жидкости (кг / м 3 )
l = Характерная длина, хорда профиля

Кинематическая вязкость

Примеры значений кинематической вязкости воздуха и воды при 1 атм и различных температурах.

Кинематическая вязкость воздуха м 2 / a

1.2462E-5

-10

14

1.3324E-5

0

32

1.4207E-5

10

50

1.5111E-5

20

68

Кинематическая вязкость воды м 2 / a

1.6438E-6

1

33,8

1.267E-6

10

50

9.7937E-7

20

6

Таблица кинематической вязкости жидкостей


Если число Рейнольдса <2320, то у вас ламинарный поток.

Ламинарный поток характеризуется упорядоченным скольжением концентрических цилиндрических слоев друг относительно друга. Скорость жидкости максимальна на оси трубы и резко снижается до нуля у стенки. Падение давления, вызванное трением ламинарного потока, не зависит от шероховатости трубы.

Если число Рейнольдса> 2320, у вас турбулентный поток.

Частицы жидкости движутся неравномерно в направлениях, поперечных направлению основного потока.Распределение скорости турбулентного потока более равномерно по диаметру трубы, чем в ламинарном потоке. Падение давления, вызванное трением турбулентного потока, зависит от шероховатости трубы.

Выбрать коэффициент трения трубы:

Коэффициент трения трубы — безразмерное число. Коэффициент трения для условий ламинарного потока является функцией только числа Рейнольдса, для турбулентного потока он также является функцией характеристик стенки трубы.

Определить коэффициент трения трубы при ламинарном потоке:

λ = 64 / Re

Где:

λ = коэффициент трения трубы
Re = число Рейнольдса
Примечание: идеально гладкие трубы будут иметь нулевую шероховатость.

Определение коэффициента трения трубы при турбулентном потоке (в большинстве случаев) Уравнение Колбрука:

или

Где:

= коэффициент трения трубы
г = ускорение свободного падения (9.8 м / с / с)
Re = Число Рейнольдса (без единиц измерения)
k = Абсолютная шероховатость (мм)
D = Диаметр трубы (м)
lg = Короткое обозначение для бревна

Решения этого расчета отображаются в зависимости от числа Рейнольдса для создания диаграммы Moody Chart.

В следующей таблице приведены типичные значения шероховатости в миллиметрах для обычно используемых материалов трубопроводов.

Материал поверхности

Абсолютный коэффициент шероховатости — k (мм)

Алюминий, свинец

0.001 — 0,002

Тянутая латунь, Тянутая медь

0,0015

Алюминий, свинец

0,001 — 0,002

ПВХ, пластиковые трубы

0,0015

Стекловолокно

0.005

Нержавеющая сталь

0,015

Труба стальная товарная

0,045 — 0,09

Сталь стальная

0,015

Сварная сталь

0.045

Оцинкованная сталь

0,15

Ржавая сталь

0,15 — 4

Клепанная сталь

0,9 — 9

Новый чугун

0.25 — 0,8

Изношенный чугун

0,8 — 1,5

Корродирующий чугун

1,5 — 2,5

Асфальтированный чугун

0,012

Оцинкованное железо

0.015

Цемент гладкий

0,3

Бетон обыкновенный

0,3 — 3

Строганная древесина

0,18 — 0,9

Обычная древесина

5


Определение падения давления в круглых трубах:

Где:

Δp = падение давления (Па или кг / мс 2 )
λ = коэффициент трения трубы
L = длина трубы (м)
D = диаметр трубы (м)
p = плотность (кг / м 3 )
ω = скорость потока (м / с)


Если у вас есть клапаны, колена и другие элементы вдоль вашей трубы, вы рассчитываете падение давления с коэффициентами сопротивления специально для элемента.Коэффициенты сопротивления в большинстве случаев определяются путем практических испытаний и из документации производителя. Если коэффициент сопротивления известен, мы можем рассчитать падение давления для элемента.

Где:

= падение давления (кг / м 2 )
= коэффициент сопротивления (определяется тестом или спецификацией поставщика)
p = плотность (кг / м 3 )
ω = скорость потока


Падение давления под действием силы тяжести или вертикального подъема

Где:

Δp = падение давления (кг / м 2 )
p = плотность (кг / м 3 )
г = ускорение свободного падения (9.8 м / с / с)
ΔH = вертикальное превышение или падение (м)


Падение давления газов и пара

Сжимаемая жидкость расширяется из-за падения давления (трение), и скорость увеличивается. Следовательно, перепад давления в трубе непостоянен.

Где:

p 1 = давление на входе (кг / м 2 )
T 1 = температура на входе (° C)
p 2 = давление на выходе (кг / м 2 )
T 2 = Температура на выходе (° C)

Мы устанавливаем число трения трубы как постоянное и вычисляем его с исходными данными.Температура, которая используется в уравнении, представляет собой среднее значение на входе и выходе из трубы.

Примечание. Вы можете рассчитывать газы как жидкости, если относительное изменение плотности небольшое (изменение плотности / плотности = 0,02).

Оценка падения давления вдоль трубопроводов

Простейший способ перекачки жидкости в замкнутой системе из точки A в точку B — это трубопровод или труба ( Рис.1 ).

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

Конструкция трубопровода

Минимальные основные 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 жидкостью (т.е. жидкость, газ или многофазный) 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.


Рис. 2 представляет собой упрощенную графическую иллюстрацию 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

ρ = плотность, фунт / фут 3 ,
D = внутренний диаметр трубы, фут,
В = скорость потока, фут / сек,
и
мкм = вязкость, 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 (молекулярная масса деленная 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 задается формулой (рис. 3) . На коэффициент трения Moody влияет характеристика потока в трубе. Для ламинарного потока, где Re <2000, происходит небольшое перемешивание текущей жидкости, и 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 (Є / 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. вязкость природного газа. При использовании некоторых из этих цифр необходимо использовать соотношение между вязкостью в сантистоксах и вязкостью в сантипуазах
(уравнение 7)
где

γ = кинематическая вязкость, 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,
С = постоянный коэффициент трения, 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 ,
A = 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,
П 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
и
П 2 = давление на выходе, фунт / кв.


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

Упрощенное уравнение

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

П 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. Футов / сут,
Z = коэффициент сжимаемости для газа, безразмерный,
Т = температура протока, ° R,
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
д = внутренний диаметр 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

Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
П 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
П 2 = давление на выходе, фунт / кв. Дюйм,
л = длина, фут,
Т 1 = температура газа на входе, ° R,
S = удельный вес газа,
и
Z = Коэффициент сжимаемости для газа, 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
E = (новая труба: 1,0; хорошие условия эксплуатации: 0,95; средние условия эксплуатации: 0,85),
Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
д = внутренний диаметр трубы, дюйм,
П 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм,
П 2 = давление на выходе, фунт / кв. Дюйм,
длина м = длина, миль,
Т 1 = температура газа на входе, ° R,
S = удельный вес газа,
и
Z = Коэффициент сжимаемости для газа, безразмерный.
Уравнение шпицгласа


(уравнение 15)
где

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


Допущения:

f = (1+ 3,6 / д + 0,03 г) (1/100),
Т = 520 ° R,
П 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 кв. Дюйм) и высокого числа Рейнольдса.

Уравнение Panhandle

Это уравнение рекомендуется для труб большего диаметра (12 дюймов и более). Он также рекомендуется для протяженных трубопроводов (> 20 миль), таких как магистральные трубопроводы по пересеченной местности, 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 очень высоком соотношении газ / жидкость жидкость диспергируется в потоке 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 течения 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 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.

Переходный поток

Текучая среда переходит из непрерывной жидкой фазы в непрерывную газовую фазу. Жидкие пробки практически исчезают и уносятся в газовую фазу.Влияние жидкости все еще 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 определяющим 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 дает приблизительное решение проблемы падения давления на трение в двухфазных задачах потока, 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 = внутренний диаметр 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 существует.
  • Нет перепадов высот.
  • Нет необратимой передачи энергии между фазами.

Падение давления из-за изменения отметки

Есть несколько примечательных характеристик, связанных с падением давления из-за перепадов высоты 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.
  • В нисходящей линии нет восстановления давления.
  • При низком расходе газа / жидкости поток на участках подъема может быть «полным» жидкостью при малых расходах. Таким образом, при малых 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, может быть аппроксимировано уравнением Eq. 19 .
(уравнение 19)
где

Δ P Z = перепад давления из-за увеличения высоты сегмента, psi,
SG = удельный вес жидкости в сегменте относительно воды,
и
Δ Z = увеличение высоты сегмента, фут.


Общее падение давления можно затем приблизительно рассчитать как сумму падений 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. Один из лучших источников данных — это Crane Flow of Fluids , технический документ No.410. [3] Ассоциация поставщиков переработчиков природного газа. (NGPSA) Engineering Data Book [4] и Ingersoll-Rand Cameron Hydraulic Data Book [5] также являются хорошими источниками справочной информации. Некоторые примеры коэффициентов сопротивления приведены в Таблицах 4 и 5 .

Коэффициенты расхода

Коэффициент расхода жидкости, 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 его можно найти в Crane Flow of Fluids, [3] Engineering Data Book, [4] Cameron Hydraulic Data Book, [5] , а также технические данные производителя.

Эквивалентные длины

Потеря напора, связанная с клапанами и фитингами, также может быть рассчитана путем учета эквивалентных «длин» 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 = внутренний диаметр трубы, дюйм,
и
С В = Коэффициент расхода жидкостей, безразмерный.


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

Номенклатура

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 = вязкость, 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 (молекулярная масса деленная на 29),
Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут.
γ = кинематическая вязкость, сантистокс,
ϕ = абсолютная вязкость, сП
Q л = Расход жидкости, B / D,
w = расход, фунт / с
П 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 = перепад давления из-за увеличения высоты сегмента, psi,
Δ Z = увеличение высоты сегмента, фут.
H L = потеря напора, фут,
К r = коэффициент сопротивления, безразмерный
С В = Коэффициент расхода жидкостей, безразмерный.
К r = коэффициент сопротивления, безразмерный,

Список литературы

  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 Тайтель, Ю., Борнеа, Д., и Дуклер, А.Э. 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

Учет и стандарты проектирования трубопроводов

PEH: Трубопроводы и трубопроводы

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*