Гидравлический расчет газопровода, Теоретические моменты расчетов газопровода, , Методы расчета

8.1. Движение подземных вод. Ключевые понятия движения подземных вод.

Решать
задачи по уравнениию
состояния настоящего газа, записанного
через сжимаемости газа.
Задача
по определению давлений в магистральном
газопроводе.
Задача
по определению температур в магистральном
газопроводе.
Методические
советы:
Посмотреть на то, что на практике
строительства используют магистрали из труб
равного напряжения (с переменной толщиной
стенки).

Главная
литература:
1 осн. [44-50],
3 осн. [39-53], 4 осн. [287-291]
Добавочная
литература:
3 доп. [42-43]
1. Что
относится к внутренним влияниям?
2. Что
относится к воздействиям внешней среды?
3. Что
такая магистрали из труб равного напряжения?

Решение дифференциальных
уравнений гидродинамики охва­тывает
узкий круг задач. Во многих случаях
аналитическое ре­ше­ние соединено
с существенными математическими
трудностями. В особенности, не всегда
можно получить неплохой
ре­зуль­тат и при помощи численных
методов. В подобных вариантах на помощь
приходят экспериментальные методы
исследования.
Цель таких исследований
заключается в том, чтобы получить информацию,
нужные для расчета иных процессов,
родственных изучаемо­му.
Эксперименты проводятся
на специально создаваемых модель­ных
установках, моделирующих некоторым
образом исследуе­мые устройства и
протекающие в них физические процессы.
Известны физический и
математический методы моделирования.
При физическом моделировании
исследуемая модель в большинстве случаев вы­пол­няется
в меньшем масштабе, чем оригинал (натура),
и вос­про­изводит изучаемое явление
со сбережением его физической природы.
Математическое
моделирование выполняется путем
изучения явлений, имеющих иное, чем
исследуемый процесс, физическое
со­дер­жание, но описываемых
подобными математическими урав­нениями.
Грунтовой
именуется вода, содержащаяся в порах
грунта. В основном, верховодка
находится в движении. Наука, занимающаяся
изучением движения подземных вод,
именуется подземной гидравликой.
Верховодки, появляются
за счёт гидрометеоров, которые
просачюются в поры грунта и двигаются
по очень мелким каналам.
Движение воды в порах того
или другого материала, в том числе и грунта,
именуется фильтровкой. Движение
почвенной воды происходит под действием
силы тяжести.
Движение фильтрационных
вод может быть установившимся и
неустановившемся, одинаковым и
неодинаковым, напорным и безнапорным.

Если параметры
потока зависят лишь от координат, то
поток именуется установившемся.
При равномерном движении
подземных вод, уклон свободной поверхности
равён уклону подстилающего устойчивого к влаге
слоя i.
При неравномерном движении
данное условие не делается, т.е. J?i
При безнапорном движении
подземных вод, давление на свободной
поверхности равно атмосферному.
Примером может быть
фильтрация через тело земляной плотины.
При напорной фильтрации
свободная поверхность отсутствует,
т.к. движение подземных вод ограничено
2-мя непроницаемыми пластами. К примеру,
движение воды под телом бетонной плотины.
где Vn– объем пор;
V– объем
грунта.
К примеру, пористость песка
m?0,4; глиныm?0,5
и т. д. Грунт именуется гомогенным, если
фильтрационные свойства его такие же
в самой разной точке объема.
Фильтрационным потоком
именуется поток подземных вод в порах
грунта.
Как всякий поток, он
отличается:
Фильтрационным
расходом Q– это кол-во
воды, проходящее через поперечное
сечение грунтового потока в единицу
времени. За поперечное сечение ?
принимается вся геометрическая площадь
потока, неважно, какую часть
данной площади занимают поры.
Скорость
потока фильтрации

именуют отношение расхода к полной
площади поперечного сечения потока:
Подлинная скорость движения
воды в порах грунта
будет побольше, чем скорость фильтрации.
Устойчивый к влаге слой,
размещенный снизу, именуется
водоупором, или подстилающим слоем.
Усредненный его уклон отмечается буквой
iи именуется
уклоном дна.
Депрессионной кривой
именуют свободную поверхность грунтового
потока.
Уклон свободной поверхности
вместе с тем считается на гидравлике
уклоном, так как скорость фильтрации
незначительна.
Водоносным слоем именуется
пористый грунтовый слой, заполненный водой.

Автоматический гидравлический расчет отопительные системы Excel

–
уравнение Бернулли для
потока вязкой жидкости
– уравнение неразрывности
для установившегося потока жидкости
или
, (6.5)
где

–
критерий степени, у
= f ( n ,
R ).
Обозначим в формуле (6.5)
через
,
получаем
расходная характеристика
(модуль расхода), пред­став­ля­ю­щая
собой расход при гидравлическом
уклоне, равном едини­це;
Заменяя скорость ?на расходQ, из уравнения расходаполучим
Обозначим
– удельное сопротивление трубопровода,
получаем
Тогда
линейное сопротивление
трубопровода.
Подставляя значение i из
формулы (6.8), получаем
Тогда потери
по длине определяются по формуле
Если учесть, что
,
получаем
проводимость, выражающая
собой расход жидкости при h тр
= 1.
Сравнивая
выражения (6.9)?
и (6.13), найдем связь между P
и S.
Из выражения (6.9а) имеем
,
или
. (6.14)
Значения AиKприводятся в таблицах.
Общая задача гидравлического
расчета трубо-проводов заклю­ча­ется
в определении диаметров труб для пропуска
заданного водорасхода и напора,
нужного для водоподачи ко всем
точкам во­до­разбора при оптимальных
затратах.
Идеальные расходы
берут во внимание расход средств на строи­тельст­во
и эксплуатацию трубопровода.
К примеру, если принять при
расчете большие скорости дви­же­ния
воды, то благодаря этому становятся меньше
трубные диаметры, но увеличи­ваются
потери напора по длине, что приводит в
процессе эксплуа­та­ции к большим
расходам электрической энергии.
Советы по выбору
оптимальных скоростей движения жидкости
в трубопроводах приводятся в СНиПах.
При решении инженерных
задач 4-ре величины – расход Q,
скоростьv, диаметр
трубопроводаdи потери напораh– являются переменными и взаимозависимыми.
Их связывают между собой
уравнения Бернулли и неразрывнос­ти
(расхода), потери по длине трубопровода
и на здешних сопротив­ле­ниях,
которые берутся во внимание по формулам (6.3 и
6.4) соответст­вен­но.
1. Задается водный расход.
2. Принимаются идеальные
скорости движения воды.
1. Исследуется пропускная
способность трубопровода при задан­ных
значениях диаметров труб и напора.
2. Определяется напор при
заданных значениях диаметров труб и
водорасхода.
Рассмотрим обозначение
напора по схеме, представленной на рис.
6.1.

где

,
так как величина быстроходных напоров
городского водомерного узла мала и ею можно
пренебречь ( v 1? v 2)
(в действительности эта разница – около 5
см).
Тогда уравнение (6.15) примет
вид
где

–
величина пьезометрического
напора в сечении 1–1.Он расходуется
на подъем воды на высоту z и на пре­одоление гидравлических
сопротивлений в трубо­про­воде h 1-2;

–
свободный
напор, нужный для преодоления
мест­ного сопротивления клапана 1
и создания скорости излива воды в бак.
Свободный напор в местах
забора воды принимается в границах 1…4
м и отмечается Нсв.
– разница геометрических
отметок zмежду наиболее
высоко рас­положенным водоразбором
и данным сечением потока; если точ­ка
употребления расположена ниже заданного
сечения, тоzпри­ни­мается
со знаком минус;
– величину свободного
напора Нсвв высшей точке
забора воды;
– величину потерь напора
на гидравлических сопротивлениях по
пути движения воды от заданного сечения
до наиболее удалённой точки забора воды.
Так как разница отметок
zи свободный напор
в большинстве случаев задаются, то для определения
необходимого напора выполняется расчет
потерь напора, которые связаны с на гидравлике
сопротивлением трубопровода.
1. Готовит
последние информацию о подтверждённых
запасах газа в РК, о прогнозных запасах
природного
газа
в РК.
Добыча, экспорт и переработка природного
газа
в РК. Ключевые направления и объем
экспорта сетевого газа.
2.
Готовится к показу по карте действующих
газовых магистралей РК, к называнию их
приблизительных пропускных навыков
и года ввода и назначения.
3.
Готовится к перечислению газоперерабатывающих
заводов Казахстана.
Методические
советы:
Обратить собственное внимание на будущее
строительства новых газовых магистралей РК,
их связь с политической ситуацией в
мире, борьба соперников за выход на
рынки углеводородного
сырья РК.

Главная
литература:
1 осн. [3-8],
2 осн. [3-8], 3 осн. [11-18]
Добавочная
литература:
2 доп. [18-33], 3 доп. [8-10], 4 доп. [9-11]

1.
Приведите последние информацию о добыче,
экспорте и переработке газа
в РК.
2. Назовите
ключевые газопроводы Казахстана.
3. Назовите
ключевые газоперерабатывающие заводы
Казахстана.
4. Какой
газопровод в ближайшем будущем предполагается
построить в Казахстане?
Готовится
к перечислению групп сетевых газов.
Решение
задач по вычислению плотности газа в
разных условиях.
Готовится
к перечислению характерности транспорта
сетевого газа.
Методические
советы:
Посмотреть на то, что задача
благоприятного вида транспорта природного
газа не так важен, как задача
благоприятного вида транспорта нефти.
Главная
литература:
1 осн. [136-140]
, 2 осн. [8-16, 23-29], 3
осн. [146-151],

4 осн.
[213-221, 225-239], 5 осн. [5-12]
Добавочная
литература:
1 доп. [105-114],
2 доп. [409-410],
3 доп. [10-13]

1. Какие
формулы используются для нахождения
плотности газа?
2. В каких
условиях в большинстве случаев рассматривают природных
газов?
3. Какими
параметрами отличаются натуральные
газы?
Данное равноправие правильно для определенного участка. Расшифровывается это уравнение так:

• ?P — линейные потери давления.
• R — удельные потери давления в трубе.
• l — длина труб.
• z — потери давления в отводах, арматуре для трубопроводных систем.

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

• ? — показатель, зависящий от характера движения трубы.
• d — диаметр внутри трубы.
• v — скорость движения жидкости.
• ? — плотность жидкости.

?Pарматура = ?*(v??/2)

• ? — показатель местного сопротивления (дальше КМС).
• v — скорость движения жидкости.
• ? — плотность жидкости.

Из этого уравнения также видно, что падение давления увеличивается с увеличением скорости жидкости. Также, нужно заявить, что в случае использования низкозамерзающего носителя тепла тоже будет играть непереоценимую роль его плотность — чем она больше тем тяжелее циркулярному насосу. По этому при переходе на «незамерзайку» возможно понадобится поменять насос циркуляционный.

Теперь предлагаю разобраться в том, как применяя эти формулы проссчитать гидравлическое сопротивление.
Часто инженерам приходится рассчитывать отопительные системы на больших объектах. В них огромное количество отопительных систем и много сотен метров труб, но считать все равно необходимо. Ведь без ГР не выйдет правильно выбрать насос циркуляционный. Более того ГР дает возможность установить еще до монтажа будет ли работать все это.
Для упрощения жизни проектировщикам разработаны разные численные и программные методы определения сопротивления в плане гидравлики. Начинаем от ручного к автоматизированному.
R = 5104 v1.9 /d1,32 Па/м;
Тут сберегается фактически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в водопроводе. Эта формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

7.2. Законы механического подобия

Полученные на модели
результаты опытных исследований
об­общаются и потом переносятся на
натуру. Выполнение этой про­цедуры
просит знаний законов, связывающих
между собой вели­чины, полученные при
исследованиях на модели, и подходящие
им величины в натуре.

Эти законы называются
законами подобия. Они устанавливают
конкретные соотношения между
геометрическими размерами, ки­не­матическими
и динамическими свойствами
потоков в мо­дели и натуре.
Законы
подобия детально изучаются в специализированных
курсах теории подобия и моделирования.

Нужно сказать, что доктрина
подобия имеет большое теорети­чес­кое
и фактическое значение не только для
моделирования раз­лич­ных
явлений и процессов, но и прежде всего
для научного обос­нования экспериментальных
исследований, обработки их ре­зуль­та­тов
и построения на их основе рациональных
эмпирических формул.
Нужно понимать, что
динамическое или вообще физическое
подобие считается обобщением геометрического
подобия.
Рассмотрим
способы получения масштабных коэффициентов
для геометрического, кинематического
и динамического подобия.
Пускай
имеем натурный объект (поток) (рис. 7.1),
подлежащий гидродинамическому
исследованию, и его модель.
Обозначим геометрические
размеры объекта (натурного потока)
индексом 1, а модельного – индексом 2.
Линейные размеры, связанные
соотношением (7.1), именуют соответственными,
или сходственными.
Точки, координаты которых
удовлетворяют этому соотношению,
именуют сходственными.
Безразмерные координаты
сходственных точек такие же.
Понятно, что для геометрических
аналогичных потоков необходи­ма
пропорциональность надлежащих
площадей и объемов.

3. Расчет смеси газа (2 часов).

Решение
задач по расчету молярную массу газовой
смеси.
Решение
задач по расчету псевдокритических
показателей смеси газа.
Решение
задач по расчету теплоемкости при
регулярном давлении и динамической
вязкости смеси газа.
Методические
советы:
Нужно обратить собственное внимание на небольшие
отличия результатов при решении задачи
различными методами.
Главная
литература:
1 осн. [137-140],
2 осн. [32-35] , 3 осн. [146-151],
4 осн.
[221-225], 5 осн. [12-14]
Добавочная
литература:
1 доп. [105-124], 2 доп. [301-307], 4 доп. [22-29]
1. Каких
показателей включают нужные
физико-химические свойства газовой
смеси?
2. Как
определяются
разные
параметры
смеси?

3. Какие
формулы используются для расчета газовой
смеси?

Расчет в Excel трубо-проводов по формулам теоретической гидравлики.

Располагаемый напор равён потерям.
Потери складываются из потерь по длине
и потерь в здешних сопротивлениях.
Потери по длине определяются по формуле
Дарси-Вейсбаха (первая водопроводная
формула). Потери в здешних сопротивлениях
суммируются по всем здешним сопротивлениям
и зависят от коэффициента потерь в
каждом из них
.
Приобретаем формулу, которая связует
среднюю скорость и располагаемый напор.
При расчитывании трубопровода «с применением
таблиц»
,
где расходная характеристикаберется из таблиц.
По определению средняя быстрота потока
.
Понятно
Число Рейнольдса
или.
Значения динамической вязкости и
плотности или кинематической вязкости
жидкости при этой температуре известны.
Показатель сопротивления трения (
показатель Дарси ) определяется по
эмпирическим формулам и зависит от Reи полной равноценной шероховатости,
которая для этого вида труб (материала,
выполнения) известна (задается в
справочниках, для новых труб из стали=0,2
мм, для старых водопроводных=1,5
мм).
Использование тех либо других эмпирических
формул определяется режимом движения
жидкости (числом Re), а при
турбулентном режиме областью сопротивления.
I – ламинарный режим движения
II – переходной режим движения
III – область гладких труб
Границы:.
Формула Блазиуса
IV – область доквадратичного сопротивления
(или переходная)
Границы :
.
Формула Альтшуля
V- область квадратичного сопротивления
(или шероховатых труб)
Границы:
.
Формула Шифринсона
Приведите
классификацию газовых магистралей.
Перечислите
состав
строений магистральных газовых магистралей.
Перечислите
состав
линейных
строений магистральных
газовых магистралей.
Методические
советы:
Просить студентов искать материалы по
составу
строений настоящего
магистрального
газопровода
РК.
Главная
литература:
1 осн. [9-14],
2 осн. [133-135], 3 осн. [144-146],

Добавочная
литература:
2 доп. [410-414],
3 доп. [17-20]
1. Какие
газопроводы
бывают?
2. Какие
бывают натуральные
и искусственные преграды
на трассе магистрального газопровода?
3. Что
относятся к сооружениям линейного типа
магистрального газопровода?
Решать
задачи
определения перегонов между КС.
Решать
задачи по расчету коммерческого расхода.
Решать
задачи по формулам практического
расчета
магистрального
газопровода.
Методические
советы:
Обратить собственное внимание на отличие уравнению
состояния безупречного газа с уравнением
состояния настоящего газа, записанного
через сжимаемости газа, не путать газовую
постоянную определенного газа с многофункциональной
газовой постоянной. Брать в расчет, что
бывают обычное и стандартное условий,
глобальная и объемная доли газа неодинаковы.
Главная
литература:
1 осн. [140-149],
2 осн. [140-146] , 3 осн. [151-164],

4 осн.
[271-282] , 5 осн. [24-34]
Добавочная
литература:
1 доп. [114-124], 3 доп. [13-17]

1. Почему
меняются параметры перекачиваемого
газа по магистральному
газопроводу?
2. В чем
заключается разница между на гидравлике
и практическим формулами расчета
магистрального
газопровода?
3. Как
запишутся формулы практического расчета
газопровода?
Решение
задач по нахождению оптимальных
пара­метров газопровода методом
сравнение конкурирующих вариантов.
Решение
задач по выбору диаметр
трубы газопровода.
Решение
задач по выбору ГПА.
Методические
советы:
Думаете над тем, что означает
понятие оптимальности для газопровода.

Главная
литература:
1 осн. [171-179,
123-125], 2 осн. [168-173],
4 осн.
[283-286], 5 осн. [70-72]
1. Что
за метод
сравнение конкурирующих вариантов?
2. Как
определяются приведенные
затраты для газопровода?
3. Как
определяются капитальные
и рабочие затраты для
газовых магистралей?

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы o108 мм с толщиной стенки 4 мм.
1. Водный расход через трубопровод G в т/час вводим
в ячейку D4: 45,000
2. Водную температуру при входе в расчетный участок трубопровода tвхв °C заносим
3. Водную температуру на выходе из расчетного участка трубопровода tвыхв °C записываем
в ячейку D6: 70,0
4. Диаметр внутри трубопровода dв мм вписываем
в ячейку D7: 100,0
5. Длину трубопровода Lв м записываем
в ячейку D8: 100,000
6. Равноценную шероховатость поверхностей находящихся внутри труб ? в мм вносим
Подобранное значение равноценной шероховатости отвечает стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в работе несколько лет.
Равноценные шероховатости для остальных 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 здешних сопротивлений ?(?) вписываем
в ячейку D10: 1,89
Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых швов сварки (9 труб, 8 стыков).
Для ряда ключевых типов здешних сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».
8. Среднюю водную температуру tср в °C вычисляем
tср=(tвх tвых)/2

9. Кинематический показатель вязкости воды n в cм2/с при температуреtср 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. Среднюю плотность воды ? в т/м3 при температуреtср вычисляем
в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12 1003,1)/1000=0,970

?=(-0,003*tср2-0,1511*tср 1003, 1)/1000
11. Водный расход через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем
в ячейке D15: =D4/D14/60*1000=773,024
Такой параметр пересчитан нами в иных единицах измерения для облегчения понимания величины расхода.
12. Скорость воды в водопроводе vв м/с вычисляем
К ячейкеD16 применено относительное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.
Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».
13. Число Рейнольдса Reопределяем
в ячейке D17: =D16*D7/D13*10=487001,4

14. Показатель гидравлического трения ?рассчитываем
в ячейке D18: =Если(D17lt;=2320;64/D17;Если(D17lt;=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17 D9/D7)^0,25))=0,035

?=64/Re при Re?2320
?=0,0000147*Re при 2320?Re?4000
?=0,11*(68/Re ?/d)0,25 при Re?4000
15. Удельные потери давления на трение Rв кг/(см2*м)вычисляем
в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100=0,004645
16. Потери давления на трение dPтрв кг/см2 и Па находим исходя из этого
в ячейке D20: =D19*D8=0,464485
17. Потери давления в здешних сопротивлениях dPмсв кг/см2 и Па находим исходя из этого
в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000=0,025150
и в ячейке D23: =D22*9,81*10000=2467,2
18. Расчетные потери давления в водопроводе dPв кг/см2 и Па находим исходя из этого

и в ячейке D25: =D24*9,81*10000=48033,1
19. Характеристику сопротивления в плане гидравлики трубопровода Sв Па/(т/ч)2 вычисляем
в ячейке D26: =D25/D4^2=23,720
Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики сделан!
Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов здешних сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.
На длинных трубопроводах, какими считаются водомерные узлы и теплотрассы, влияние здешних сопротивлений мало в сравнении с шершавостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами здешних сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Этот расчет применяет прежде введенные в предыдущем расчете значения диаметра внутри трубопровода d и длины трубопровода L, а еще рассчитанное значение скорости движения воды v.
Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v gt; 1,2м/c
Нахождение связи
– одна из важных задач анализа двухфазных
течений.
В отсутствие локального
скольжения фаз (),
т.е. в однородном потоке, отличие
истинного и расходного объемных
паросодержаний связано с настоящей
неоднократностью потока, с изменением
скорости и паросодержания по сечению
канала.

где С0–
параметр распределения.
Для пузырькового и
эмульсионного режимов направления можно
принять С0?1,2.
Формулы (8.44) и (8.45) справедливы
для эмульсионного и пузырькового режимов
направления в горизонтальных трубах.
Тут
– параметр, учитывающий обоюдное влияние
паровых пузырьков; а еще движение паровой
фазы в виде очень очень маленьких пузырьков со
скоростью,
т.е. без скольжения;

–скорость всплытия
одиночного пузыря в спокойной жидкости.
при значении
=1,5.

8.4. Ламинарная и турбулентная фильтрация

Показатель фильтрации
численно равён скорости, при уклоне,
равном единице:приJ=1;k=.
Мерная единица коэффициента
фильтрации см/с или м/с. Размерность
[L/T].
Для определения коэффициента
фильтрации в условиях лаборатории
применяется установка Дарси (рис. 8.1).
Для определения коэффициента
фильтрации в условиях лаборатории
применяется установка Дарси (рис.8.1).
Рис. 8.1

где
,– показания пьезометров. Отсюда(8.10)
Расход фильтрата определяется
при помощи мерной емкости Б.
При помощи установки можно
определить только приближенное значение
коэффициента фильтрации грунта в его
естественном залегании.
В природных условиях
можно получить достоверное значение
коэффициента фильтрации путем бурения
2-ух скважин на расстоянии Lдруг от друга по направлению движения
подземных вод (рис.8.2).
ВпервуюIскважину
вводят солевой раствор или остальной
указатель. Во второй скважине при помощи
специализированного прибора формируют
возникновение индикатора. Зная расстояниеLмежду скважинами и
время движения индикатора, формируют
истинную быстрота потока фильтрации
–часть площади потока,
занимаемая площадью пор;

–вся площадь грунтового
потока.
Отношение
именуется показателем пористостиm, тогда
Потери напора определяются
по разности отметок ?1и?2между
скважинами.
Усредненный гидравлический
уклон на этом месте
.
Из уравнения Дарси находится показатель
фильтрации
Есть и иные методы
определения коэффициента фильтрации
в полевых условиях, к примеру, метод
изотопов.
Движение подземных вод
происходит, в основном, в условиях
ламинарного направления. Для расчета подобных
фильтрационных потоков используются
формулы (8.4) и (8.7).
Случай, когда фильтрационный
поток имеет существенную скорость,
движение будет турбулентным, формулы
(8.4) и (8.7) не приемлемы.
Случай, когда скорости
фильтрации настолько малы, что решающими
силами будет не сила тяжести, а молекулярное
взаимное действие частиц жидкости с
частичками грунта формулы (8.4) и (8.7) также
не приемлемы.

Аналогичным образом, для формул
Дарси есть верхний и нижний предел
их применимости.
Ключевой закон фильтрации
теряет силу, если скорость фильтрации
превосходит критическое значение, см/с
где
– диаметр частиц грунта.
Нижний предел применимости
формулы Дарси отвечает условию,
когда начинает превалировать действие
межмолекулярных сил.
Турбулентная фильтрация
появляется при относительно больших
поперечных сечениях паровых каналов.
Между ламинарной и квадратичной областью
фильтрации лежит широкая область
переходных режимов.
где
– действительная скорость в порах;
–гидравлический радиус
порового канала;

–кинематическая вязкость
жидкости.
Значение числа Рейнольдса
критического равно 2780.
В квадратичной области
фильтрации скорость фильтрации
определяется по формуле
Для определения скорости
фильтрации при турбулентном режиме
можно пользоваться формулой С.В. Избаша
где
– обобщенный показатель Шези, равный20–14/d
–диаметр шара в границах
от 1 до 2,5 см;
–пористость среды (грунта).
8.5.
Основное уравнение неравномерного
движения подземных вод
где
– глубина потока в рассматриваемом
сечении;
–расстояние от рассматриваемого
сечения до некоторого начального;
–глубина потока при
равномерном режиме;
–уклон свободной поверхности
в отношении к дну (рис.8.3)
Рис. 8.3
Если
=,
то=0
(нет приращения высот). Это
значит, что уклон свободной
поверхности равняется уклону дна, т.е.
поток находится в условиях одинакового
режима с глубиной
.
На рисунке 8.4. в потоке с
уклоном igt; 0
проведем линиюn–n,
лежащую выше подстилающего слоя на
высоте.
Линияn–nразобьет поток на зоныIиII.
Если
gt;,
то правая часть уравнения (8.19) больше
нуля итоже больше нуля, а уклон свободной
поверхности окажется меньшей уклона дна.
Если
gt;(рис.8.4), свободная поверхность будет
иметь кривую подпора, размещенную в
зонеI.

Если
lt;,
то кривая свободной поверхности будет
иметь больший Наклон к горизонту, чем
уклон дна и расположится в зонеII.
При
обратном уклоне подстилающего слояilt; 0 (рис.8.5)lt;0
и глубина потока вдоль движения будет
убывать (кривая спада).
Рис.8.5
При
нулевом уклоне подстилающего слояi= 0 будет тоже кривая спада, как показано
на рис. 8.6. При нулевом уклоне применяется
формула Дюпон для построенияcвободной
поверхности подземных вод при неравномерном
их движении
где
– расстояние между сечениями с глубинамии;
При прямом уклоне подстилающего
слоя igt; 0 (рис.
8.4) применима формула
где
и– действительный глубины потока в 2-ух
сечениях, взятых на расстоянииlдруг от друга;
–относительная глубина
в первом сечении;
–относительная глубина
в другом сечении.
При обратном уклоне дна
грунтового потока ilt; 0
где
– фиктивная глубина, равная глубине
одинакового движения это при том же расходе
и при положительном уклоне, численно
равном данному(вечное значение данного уклона);
Расход
можно определить по формуле В.С. Козлова
с точностью 2?5%
при
прямом уклоне дна ( i gt; 0)
при
нулевом уклоне дна ( i = 0) из формулы (8.20)
при
обратном уклоне дна ( i lt; 0)
Гидравлические расчеты газовых магистралей осуществляются на основании общих уравнений газовой динамики, устанавливающих связь между диаметром, расходом газа и перепадом давления для трубо-проводов популярной длины и конструкции. Из данных уравнений можно определить любой параметр по заданным значениям 2-ух других.
Применение общих уравнений газовой динамики для гидравлического расчета городских газовых магистралей выполняется с учетом эксплуатационных и экономических факторов, отражающих специфику систем распределения газа. Рабочие требования выражаются ограничением диапазона колебаний газового давления у потребителей.
Аналогичным образом, обеспечивается нормальная работа бытовых газовых приборов и горелок агрегатов коммунально-бытовых и предприятий промышленности в границах допускаемых отклонений от номинальной тепловой нагрузки. Выполнение требований эксплуатации выполняется путем ограничения величины измения давления между газорегуляторным пунктом и потребителем — за счёт благоприятного распределения её по индивидуальным участкам газопровода. Борисов С.Н., Даточный В.В. Гидравлические расчеты газовых магистралей. // М: Недра,1972. — с. 3.
Ключевыми вопросами проведения гидравлических расчетов трубо-проводов считается обозначение коэффициента гидравлического трения, который входит в исходное уравнение движения газа и определяет гидравлическую характеристику труб. Ламинарного режима направления этот показатель, как показывают все присущие исследования, очень точно может быть найден по популярной формуле Хагена-Пуазейля Уравнение или закон Пуазёйля (закон Хагена — Пуазёйля или закон Гагена — Пуазёйля) — закон, определяющий расход жидкости при установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубе круглого сечения.
Сформулирован первый раз Готтхильфом Хагеном (нем. Gotthilf Hagen, иногда Гаген) во второй половине 30-ых годов XIX века и вскоре еще раз выведен Ж. Л. Пуазёйлем (фр. J. L. Poiseuille) в первой половине 40-ых годов девятнадцатого века. По закону, секундный объёмный расход жидкости пропорционален перепаду давления на единицу длины трубки (градиенту давления в трубе) и четвёртой степени радиуса (диаметра) трубы.
Закон Пуазёйля работает исключительно при ламинарном течении и при условиях, что длина трубки превосходит говоря иначе длину начального участка, нужную для развития ламинарного направления в трубке.. Явления, происходящие в турбулентном потоке, из-за собственной трудности продолжительное время не поддавались теоретическому анализу.

По этому для вычисления коэффициента гидравлического трения были предложены эмпирические формулы, которые в своем большинстве не учитывали физических параметров транспортируемой среды и характер поверхности внутри труб. Более поздние формулы представляли математическое выражение опытных кривых, выстроенных в безразмерных координатах, без проникновения в механизм турбулентного движения Физическая модель механизма турбулентного движения была предложена Л.
Прандтлем в 1925 г. в следующем виде. В турбулентном течении появляются жидкие комочки, т. е. элементарные конечные объемы жидкости, или, как их именуют, моли, любой из них на протяжении определенного расстояния, называемого длиной пути смешивания, двигается в виде одного целого со своей скоростью, сохраняя кол-во движения, а пройдя это расстояние, перемешивается с находящейся вокруг’ жидкостью / Хзмалян Д.М. Доктрина горения и топочные устройства, 1976, с.93..
В результате теоретических и экспериментальных исследований XX в. получены формулы для определения коэффициента сопротивления трения л при турбулентном режиме движения для труб с равномерно-зернистой и нерегулярной шершавостью поверхности внутри. За счёт этого возникла возможность применения на практике уравнений движения газа и увеличилась степень точности расчетов.
Питание сетевым газом всех потребителей газифицированного города или жилого пункта выполняется через специализированную систему распределения газа, которая состоит из гидравлически между собой связанных газовых магистралей разного диаметра и газорегуляторных пунктов и установок. Газорегуляторные пункты и установки оснащают регуляторами, поддерживающими стабильное давление газа, и запорно-предохранительными устройствами, которые предотвращают увеличение давления сверх допустимого предела. Борисов С.Н., Даточный В.В. Гидравлические расчеты газовых магистралей. // М: Недра,1972. — с. 3
где
– площадь поперечного сечения канала;
–длина контрольного объема
смеси;
–
осредненные во времени площади сечений,
приходящиеся на жидкую и паровую фазы
исходя из этого.

Величины иназываются приведенными скоростями фаз.

Величины
во множестве задач являются заданными.
В общем случае не формируют
конкретно действительные скорости
фаз или действительное паросодержание
в канале. Практически основные свойства
потока
не входят в условия однозначности, а
являются функцией процесса и являются
искомыми величинами, по этому достаточно
знать одну из данных величин.
Потому как
(в отсутствии скольжения фаз, т.е. при?=?) скорость смеси равна настоящим
скоростям каждой из фаз.

Формула (8.52) справедлива
для маловязких жидкостей.
Обозначение
представляет существенные трудности,
так снарядное течение никогда не бывает
полностью развитым течением, так как
всякий дальнейший пузырь стремится
догнать предыдущий и слиться с ним. В
первые приближении можно применять
формулу (8.48) для определения.
Значениедля снарядного режима направления двухфазного
потока.
где С0=1,2, аU0определяется по формуле (8.52).
Формулы (8.55) и (8.56) годятся
для расчета пузырькового и эмульсионного
режимов направления в вертикальных каналах
при В0?100, если ??0,7.
При расчитывании парогенераторов
используются номограммы ВТИ–ЦКТИ,
выстроенные по опытным данным.

11. Учет разности нивелирных высот между начальным и конечным пунктами газопровода (2 часов).

Отыскать
суточную
коммерческую способность пропуска
газопровода без учете рельефа.
Отыскать
суточную
коммерческую способность пропуска
газопровода при учете рельефа.
Отыскать
конечное
(практическое) значение давлений в конце
перегона при учете рельефа.
Методические
советы:
Задачи тут нужно решать в первую очередь без
учета рельефа и потом внести поправки,
учитывающие влияние рельефа магистрали
газопровода.
Главная
литература:
1 осн. [159-161],
2 осн. [146-149, 163-168],
3 осн.
[165-171, 199-201], 5 осн. [88-97]
Добавочная
литература:
1 доп. [114-124], 3 доп. [26-29]

1. В каких
случаях нужно брать во внимание влияние
рельефа во время проектирования газовых магистралей?
2. Как
определяет суточную
коммерческую способность пропуска
газопровода при учете рельефа?
3. Как
оказывает влияние рельеф магистрали на количества КС?

12. Расчет рабочего режима компрессорных станций (2 часов).

Решение
задач по нахождению приведенного
объем­ного расхода на всасывании Q пp
и приведенную относи­тельную частоту
вращения ( п/п н)пр.
Решение
задач по нахождению политропического
к. п. д. ? пол,
приведенную внутрен­нюю мощность
( N i /?в)пр
и степени сжатия ? ..
Решение
задач по нахождению мощности на муфте
привода.
Методические
советы:
Заранее отыскать характеристики
требуемых нагнета­телей, изданных
ВНИИГазом в виде специализированных альбомов.
Главная
литература:
1 осн. [161-181],
2 осн. [173-178]
Добавочная
литература:
1
доп. [133-143]
1. В каком
порядке ведутся расчет рабочих режимов
нагнетателя?
2. По
какой формуле можно подсчитать величину
температурное увеличение настоящего газа
при компримировании?

3. По
какой формуле можно подсчитать величину
увеличение давлении настоящего газа при
компримировании?

14. Расчет трудных газовых магистралей (2 часов).

Решить
задачу по замене сложного газопровода
равноценным газопроводом.
Решить
задачу по расчету однониточного
газопровода
с участками разных диаметров.
Решить
задачу по расчету параллельных
газовых магистралей.
Методические
советы:
Заострять на то внимание, что лупинг
и вставка тоже считается непростыми
газопроводами.
Главная
литература:
1 осн. [149-158],
2 осн. [154-163], 3 осн. [173-178],
1. Что
принято
именовать простым
газопроводом?
2. Что
принято
именовать сложным
газопроводом?
3. Какие
способы
используются
для расчета
трудных газотранспортных систем?

4.6. Вакуум в цилиндрическом насадке

Определим вакуум в сжатом
сечении по формуле
вечное давление в
этой точке.
Подставляя уравнение (4.29)
в выражение (4.28), получаем
Из этой формулы можно
определить максимальное значение на­по­ра
Н. Так как самый большой вакуум равён
при,
то
Если принять максимальное
значение вакуума равным 10 м, то
Но ведь на самом деле,
вследствие вскипания жидкости и нарушения
благодаря этому сплошности направления струйки
жидкости, нор­маль­ная работа насадка
нарушается до недавнего времени, а конкретно: при h= 7 м. Отсюда настоящим предельным
натиском будет напорм, а не 13,33.

Выбор диаметров труб

Решить
задачу по расчету газопровода
постоянного диаметра с путевыми
отбо­рами и подкачками газа.
Решить
задачу по определению давлений в узловых
точках.
Решить
задачу по нахождению расхода в
эквивалентном магистрали.

1. Дайте
обозначение газопровода
постоянного диаметра с путевыми отбо­рами
и подкачками газа.
2. Как
находится давления в узловых точках
эквивалентного газопровода?
3. Где
встречаются газопроводы
постоянного диаметра с путевыми отбо­рами
и подкачками газа?
Планы занятий в
рамках самостоятельной работы студентов
под управлением преподавателя (СРСП)
Методические
советы к выполнению СРСП