О расчетах для трубопроводов некруглого поперечного сечения

Жидкости и газы нередко транспортируются в трубах некруг­лого поперечного сечения (квадратного, прямоугольного, эллипти­ческого и др.) Сопротивление движению связано с формой попе­речных сечений трубопроводов. Коэффициент гидравлического трения λ в общем случае зависит от числа Рейнольдса, шероховато­сти стенок, а также формы сечения трубы. При турбулентном ре­жиме и прямолинейном установившемся движении путевые поте­ри напора h_f, как и потери давления p, в трубопроводах с раз­личной формой поперечных сечений вычисляются по основной формуле (11), в соответствии с которой следует записать (16)

где введен d_э — эквивалентный диаметр, а другие обозначения прежние.

В расчетной практике влиянием формы поперечного сечения трубы на значения λ пренебрегают, а учет формы живого сече­ния производят через посредство эквивалентного диаметра. Коэф­фициент λ вычисляется как для круглого трубопровода, но в ка­честве характерного размера поперечного сечения потока прини­мается d_э = 4R, где R — гидравлический радиус (R = ω/χ). Число Рейнольдса вычисляется через эквивалентный диаметр по форму­ле Re = vd_э/. Значения эквивалентных диаметров d_э для трубо­проводов различных поперечных сечений приведены в приложе­нии 3 (табл. П.7).

В целом сопротивление в трубопроводах связано с видом по­перечных сечений, форма которых характеризуется гидравличе­скими радиусами (R = ω/χ). Круглая форма поперечного сечения при заданной площади ω живого сечения имеет наименьший смо­ченный периметр χ, а следовательно, наибольший гидравлический радиус R. Поэтому круглая форма является гидравлически наи­выгоднейшей. В трубопроводах с отличной от круглой формой по­перечных сечений сопротивление движению жидкости больше. В некруглых трубопроводах возникают обусловленные формой се­чений дополнительные поперечные циркуляционные течения. Вто­ричные течения в поперечных сечениях влияют на продольное те­чение жидкости, в связи с чем расходуется дополнительная энергия. В общем приведенная методика определения потерь энергии в трубопроводах некруглого поперечного сечения является прибли­женной.

(

Учет неизотермичности движения жидкости в трубах

В приведенных в настоящем параграфе рекомендациях по оп­ределению потерь энергии предполагается, что движение жидко­сти происходит при постоянной температуре, т. е. потоки изотермические. В условиях перепадов температур происходит теплооб­мен, изменяются температура жидкости потока, плотность, вяз­кость, а следовательно, и значения коэффициента гидравлического трения λ. Для неизотермических потоков для определения потерь напора также используются приведенные выше расчетные зави­симости, но вводятся при этом те или другие поправки. Часто учет неизотермичности процесса движения жидкости производится через посредство введения поправки на значение коэффициента λ. Обозначим: λ_Т — коэффициент гидравлического трения при не­изотермическом, а λ — при изотермическом движении жидкости; nu cт— динамический коэффициент вязкости жидкости при темпе­ратуре стенки трубы, а η — при средней температуре жидкости. Тогда одна из приближенных рекомендаций имеет вид [4]

λτ = λ(ηcτ/η)^0,14.

Из этой формулы следует, что если температура стенки трубы меньше температуры жидкости, то ηcτ>η, а следовательно, зна­чения λ_τ увеличиваются по отношению к λ. Если температура стенки трубы больше температуры жидкости, то nu_СT<nu, и, сле­довательно, значения λ_τ уменьшаются по отношению к λ.

Потери давления в трактах котельных установок при разви­тых турбулентных режимах определяются с учетом поправочного коэффициента k_т на температуру, так что

Здесь Тст, T — абсолютные средние температуры стенок тракта и движущейся среды, d_э — эквивалентный диаметр. Газоходы рас­считываются по участкам, на каждом из которых принимаются средние температуры и скорости.