파이프 저항 계수의 의존성. 국부 저항 계수 결정

모든 유압 에너지 손실은 두 가지 유형으로 나뉩니다. 파이프라인 길이에 따른 마찰 손실(4.3 및 4.4절에서 논의)과 채널의 크기 또는 구성 변경으로 인해 파이프라인 요소로 인한 국지적 손실입니다. 유속이 발생하면 벽 채널에서 흐름이 분리되고 소용돌이 형성이 발생합니다.

가장 단순한 국지적 수압 저항은 수로의 팽창, 수축 및 회전으로 나눌 수 있으며, 각각은 갑작스럽거나 점진적일 수 있습니다. 국부적 저항의 더 복잡한 사례는 나열된 가장 간단한 저항의 화합물 또는 조합입니다.

파이프의 난류 흐름 영역에서 가장 간단한 국부 저항을 고려해 보겠습니다.

1. 갑작스러운 채널 확장. 채널이 갑자기 팽창하는 동안 압력(에너지) 손실은 벽에서 흐름이 분리되는 것과 관련된 소용돌이 형성에 소비됩니다. 지속적인 갱신으로 액체 덩어리의 회전 연속 이동을 유지합니다.

쌀. 4.9. 파이프의 갑작스러운 팽창

채널(파이프)이 갑자기 확장되면(그림 4.9) 흐름이 모서리에서 벗어나 채널처럼 갑자기 확장되지 않고 점차적으로 확장되며 흐름과 파이프 벽 사이의 환형 공간에 소용돌이가 형성됩니다. , 이는 에너지 손실의 원인입니다. 두 가지 흐름 섹션을 고려해 보겠습니다. 1-1 - 파이프 확장 평면에서 2-2 - 흐름이 확장되어 넓은 파이프의 전체 단면을 채우는 장소. 고려중인 섹션 사이의 흐름이 확장되므로 속도가 감소하고 압력이 증가합니다. 따라서 두 번째 피에조미터는 높이를 Δ로 표시합니다. 시간처음보다 크다; 그러나 이 장소에 압력 손실이 없다면 두 번째 피에조미터는 다른 것보다 더 큰 높이를 나타낼 것입니다. 시간 내선. 이 높이는 다음 공식에 의해 결정되는 국부 팽창 압력 손실입니다.

어디 S1, S2- 단면적 1-1 그리고 2-2 .

이 표현은 결과입니다 Borda의 정리, 이는 수로의 급격한 팽창 동안의 압력 손실은 속도 차이로부터 결정되는 속도 압력과 동일하다는 것을 나타냅니다.

식 (1 - 에스 1 /에스 2) 2는 그리스 문자 ζ(제타)로 표시되며 손실 인자라고 불립니다.

2. 채널의 점진적인 확장. 점차 확장되는 파이프를 디퓨저라고 합니다(그림 4.10). 디퓨저의 속도 흐름은 압력의 감소 및 증가를 동반하며 결과적으로 액체의 운동 에너지가 압력 에너지로 변환됩니다. 디퓨저에서는 채널의 급격한 확장과 마찬가지로 주 흐름이 벽에서 분리되고 와류가 발생합니다. 이러한 현상의 강도는 디퓨저 확장 각도 α가 증가함에 따라 증가합니다.

쌀. 4.10. 파이프의 점진적 확장

또한 디퓨저에는 단면이 일정한 파이프에서 발생하는 것과 유사한 일반적인 가시 손실이 있습니다. 디퓨저의 총 압력 손실은 다음 두 항의 합으로 간주됩니다.

어디 시간그리고 시간 내선- 마찰과 팽창으로 인한 압력 손실(와류 형성)

여기서 n = 에스 2 /에스 1 = (아르 자형 2 /아르 자형 1) 2 - 디퓨저의 팽창 정도. 팽창 압력 손실 시간 내선채널이 갑자기 확장될 때와 동일한 성격을 가집니다.

어디 케이- 연화 계수, α= 5…20°에서, 케이= 죄α.

이를 고려하면 총 압력 손실은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

디퓨저 저항 계수는 공식으로 표현될 수 있습니다.

쌀. 4.11. 각도에 따른 ζ 차이의 의존성

함수 ζ = 에프(α)는 각도 α의 가장 유리한 최적 값에서 최소값을 가지며, 최적 값은 다음 식에 의해 결정됩니다.

이 공식에 λ를 대입하면 티=0.015…0.025 및 N= 2…4 우리는 α를 얻습니다. 모조리= 6 (그림 4.11).

3. 갑자기 채널이 좁아짐. 이 경우, 압력 손실은 좁은 파이프 입구에서의 흐름 마찰과 흐름의 좁은 부분 주변의 환형 공간에 형성되는 와류 형성으로 인한 손실로 인해 발생합니다(그림 4.12).

쌀. 4.12. 파이프가 갑자기 좁아짐

4.13. 혼란스러운

총 압력 손실은 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 좁아짐의 저항 계수는 I.E.의 반경험적 공식에 의해 결정됩니다. 이델치카:

여기서 n = S1 /S2- 좁아지는 정도.

파이프가 대형 탱크에서 나올 때 다음과 같이 가정할 수 있습니다. S2/S1= 0, 또한 입력 각도의 반올림이 없는 경우 저항 계수 ζ 좁아짐 = 0,5.

4. 채널의 점진적인 축소. 이 국부 저항은 다음과 같은 원뿔형 수렴 파이프입니다. 혼란스러운 사람(그림 4.13). 컨퓨저 내 액체의 흐름은 속도 증가와 압력 감소를 동반합니다. 혼란기에는 마찰손실만 존재

여기서 혼란기의 저항 계수는 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 n = S1 /S2- 좁아지는 정도.

약간의 소용돌이 형성과 흐름의 동시 압축과 함께 벽에서 흐름의 분리는 원통형 파이프와 원뿔형 파이프의 교차점에 있는 혼란기 출구에서만 발생합니다. 입구 모서리를 둥글게 함으로써 파이프 입구에서의 압력 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 원통형과 원추형 부분이 원활하게 결합되는 혼란 장치를 호출합니다. 대통 주둥이(그림 4.14).

쌀. 4.14. 대통 주둥이

5. 파이프의 갑작스런 회전(팔꿈치). 이러한 유형의 국부 저항(그림 4.15)은 상당한 에너지 손실을 초래합니다. 유동 분리 및 와류 형성이 발생하며 각도 δ가 클수록 손실이 커집니다. 압력 손실은 공식을 사용하여 계산됩니다.

여기서 ζ 세다- 굽힘 각도 δ에 따른 그래프에서 결정되는 원형 굽힘의 저항 계수 (그림 4.16).

6. 파이프의 점진적 회전(둥근 엘보우 또는 벤드). 회전의 매끄러움은 소용돌이 형성의 강도를 크게 감소시켜 팔꿈치에 비해 배출구의 저항을 감소시킵니다. 이 감소가 클수록 굽힘의 상대 곡률 반경이 커집니다. 연구/일그림 4.17). 분기 저항 계수 ζ otv태도에 달려있다 연구/일, 각도 δ 및 파이프의 단면 형상.

각도 δ= 90인 둥근 굴곡의 경우 연구/일 1 난류 흐름에서는 경험식을 사용할 수 있습니다.

각도 δ 70°의 항력 계수

그리고 δ 100°에서

무릎의 압력 손실은 다음과 같이 결정됩니다.

위의 모든 내용은 난류 유체 운동에 적용됩니다. 층류 흐름의 경우 국부 저항은 파이프라인의 전체 저항을 결정하는 데 작은 역할을 합니다. 또한, 층류 모드의 저항 법칙은 더 복잡하고 연구도 덜 이루어졌습니다.

국부 저항은 파이프나 탭의 굽힘, 흐름의 팽창 또는 수축 등과 같이 액체의 자유로운 흐름에 대한 일부 국지적 장애물로 인해 발생하는 저항입니다. 이러한 저항은 이 섹션의 짧은 거리에 걸쳐 흐름의 특정 위치에서만 발생합니다.

국부적 저항을 극복한 액체는 에너지의 일부를 잃으며 국부적 에너지(압력) 손실이 발생합니다.

국부적 저항으로 인한 압력 손실 h는 속도 압력의 분수로 표시되며 Weisbach 공식에 의해 결정됩니다.

어디 ζ – 국부 저항 계수; V– 평균 유속.

국부 저항 계수는 국부 저항의 설계(유형)와 레이놀즈 수에 따라 달라집니다. 격동적인 정권이 개발됨에 따라 (대략 답장> 10000) 계수 ζ 숫자에서 답장실제로는 의존하지 않지만 국부적 저항의 설계에 따라 달라집니다.

Weisbach 공식에서는 저항 전후의 속도를 V로 취할 수 있으며 계수의 값은 변경됩니다. ζ. 따라서 계수가 결정되는 속도를 기준으로 항상 나타냅니다. ζ .

다양한 유형의 저항에 대해 실험적으로 얻은 국부 저항 계수의 값은 수력학 참고서에 포함되어 있습니다. 국부 저항의 유체 흐름은 매우 복잡하며 계수 결정은 ζ 분석적으로는 사실상 불가능하므로 실험을 통해 결정됩니다. 실험적으로 계수를 결정할 때 ζ 주요 방정식은 연속방정식(5), 베르누이 방정식(7), 식(21)이다.

주요 업무는 다음과 같습니다. 국부 저항 계수의 독립적인 결정 ζ 경험적으로. 이 문제를 해결한 후 값을 비교합니다. ζ 분석적 의존성이나 참고서에서 결정될 수 있는 경험을 통해 얻은 것입니다.

베르누이 방정식은 국부 저항을 포함하는 모든 흐름에 적용될 수 있습니다(그림 8).

우리는 그것을 어디서 얻나요? 지 1 = 지 2 , α 1 = α 2 ≈ 1 (수평 파이프),

손실을 결정하기 위해 모든 실험값이 공식으로 대체됩니다. 흠.특히 첫 번째 압전계(첫 번째 섹션)의 판독값은 다음과 같습니다. p1/ρg=h1, 두 번째 피에조미터 판독 – p 2 /ρg=h 2, 그 차이는 눈금(자)에 의해 결정됩니다. 평균 속도 V 1그리고 뷔 2다음 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 Q는 유속입니다. 에스 1그리고 에스 2– 생활 구역 1과 2의 구역.

국부적 저항이 흐름 전후에 흐름의 단면적을 변경하지 않는 경우(그림 8에서와 같이) 공식은 다음과 같습니다. h M V 1 =V 2손실은 다음과 같이 정의됩니다.

(22)

이 유형의 저항에는 파이프 회전, 다양한 유형의 밸브 등이 포함됩니다.

주어진 국부 저항의 손실을 계산하고 이를 길이 단위로 표현한 후 국부 저항 계수는 다음 공식을 사용하여 결정됩니다.

이를 위해 다음 형식으로 변환됩니다.

국부 저항 전후의 속도가 동일하지 않은 경우 V1 ≠V2, 그런 다음 교사의 지시에 따라 그 중 하나를 선택합니다(또는 V 1, 또는 뷔 2).

국지적 손실을 결정하기 위한 몇 가지 이론적 종속성 중 하나는 흐름의 갑작스러운 확장에 대한 Borda 공식입니다(그림 3).

(24)

원형 파이프의 경우 Borda의 공식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

(25)

(25)로부터 급격한 팽창 중 국부 저항 계수는 다음과 같은 형태를 갖습니다.

이러한 저항에는 흐름 경계면 모양의 급격한 변화(팽창, 수축, 굽힘, 꼬임 등)가 포함됩니다. 국부 저항의 압력 손실을 결정하는 일반적인 관계식은 다음과 같습니다.

일반적으로 Re 수와 경계면의 구성에 따라 달라지는 국부 저항 계수는 어디에 있습니까?

여러 유형의 국부 저항에 대한 이러한 의존성의 일반적인 특성이 그림 6.8에 나와 있습니다. 이 곡선은 다음 형식의 공식으로 만족스럽게 설명됩니다.

(6.18)

여기서 는 국부 저항의 기하학적 모양에 따라 달라지는 상수입니다.

표 6.3

가치와 일부 지역 저항

* 배관의 단면적에 대한 밸브나 다이어프램의 개방에 의해 열리는 단면적의 비율을 나타냅니다.

표 6.3은 여러 유형의 국부 저항에 대한 상수를 보여줍니다. 이 양은 매우 큰 Re 수(2차 저항 영역)에서 국부 저항 계수로 작용합니다. 값은 국부 저항 이전의 속도 압력과 관련이 있습니다.

대부분의 경우 국부 저항은 큰 Re 수 또는 2차 모드 조건에서 작동합니다.

표 6.4

단면 관련 계수의 계산식

흐름이 면적이 있는 파이프에서 개방 면적이 있는 다이어프램을 통해 면적이 있는 파이프(표 6.4)로 통과할 때 저항 뒤의 속도 압력과 관련된 저항 계수에 대한 공식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

(6.19)

다이어프램 입구의 국부 저항 계수는 어디에 있습니까? 확장 손실에 대한 보정 계수(큰 손실의 경우 허용됨);

다이어프램 뒤의 압축 계수는 단면이 있는 파이프로 빠져나간 후 다이어프램 뒤의 제트의 단면적이며 다음 값을 갖습니다.

계수를 결정하는 공식은 표 6.4에 나와 있습니다.

점진적 팽창(디퓨저)도 일종의 국지적 저항으로 간주될 수 있습니다. 디퓨저의 손실은 급격한 팽창으로 인한 손실의 비율로 표현될 수 있습니다.

(6.20)

(6.21)

(6.22)

계수는 항력 계수를 공식으로 속도로 나눈 값과 관련됩니다.

(6.23)

고정된 입력 조건(Re 수 포함)에서는 주로 디퓨저 개방 각도에 따라 달라집니다(그림 6.9).

파이프라인에 균일한 움직임 섹션으로 구분된 여러 국부 저항이 있는 경우 총 압력 손실은 손실 추가 원리에 따라 결정될 수 있습니다.

(6.24)

균일 흐름 섹션 수는 어디에 있습니까?

지역 저항의 수.

그림 6.9. 원형 디퓨저의 손실계수 의존성

확장 정도의 세 가지 값으로 개구부 각도에서

이 경우 국부 저항의 손실 합산은 저항을 통과하는 흐름의 통과로 인해 발생하는 안정화된 속도 다이어그램의 왜곡이 다음 저항에 접근할 때 중요하지 않게 서로 멀리 떨어져 있는 조건에서만 허용됩니다. 하나. 국부 저항 사이에 필요한 최소 거리는 다음 조건에 따라 결정됩니다.

파이프의 반경은 어디에 있습니까?

대략적으로 Re 번호를 취할 수 있습니다.

6.5. 파이프라인 시스템의 유압 계산

파이프라인 시스템의 유압 계산은 유압 저항의 손실 결정을 기반으로 합니다. 국부 저항의 손실을 무시할 수 있는 경우 체적 유량에 대한 표현식이 작성됩니다.

여기서 유동 계수(유동 특성)는 파이프의 단면적입니다.

2차 모드의 경우 값은 파이프의 기하학적 매개변수(직경 및 거칠기)에 따라 달라지며, 다른 모드의 경우 레이놀즈 수에도 따라 달라집니다. 일부 계산(6.26)에서는 다음 형식으로 사용됩니다.

파이프라인의 총 저항은 어디에 있습니까?

수력 경사 또는 마찰 경사, 즉 파이프라인의 단위 길이당 압력 손실은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

(6.28)

어디 .

산업용 파이프의 유량 계수 값은 표로 작성되어 유압 참고서에 제공됩니다. 새 강관의 경우 Shifrinson 공식(표 6.2)을 사용하여 계산된 값이 표 6.6에 나와 있습니다.

긴 파이프라인에 국부적 저항이 있는 경우 등가 길이 방법을 사용하여 손실을 고려할 수 있습니다. 이는 계수를 사용하여 국부적 저항 대신 등가 파이프 길이를 도입하는 것으로 구성됩니다.

압력 손실은 국부 저항의 손실과 동일합니다. 이 길이는 원통형 단면의 길이()와 합산되고 그 합은 (6.26)으로 대체됩니다.

표 6.4

새로운 강관용 흐름 모듈

직경이 다른 파이프의 직렬 연결(그림 6.10, a). 이 경우 개별 영역의 압력 손실이 합산됩니다. 모든 구간의 소비량이 동일하므로

(6.30)

일정한 직경의 섹션 수는 어디에 있습니까?

개별 섹션에 대한 손실 공식과 함께 이러한 의존성은 방정식의 설계 시스템을 형성합니다. 이 의존성의 또 다른 형태는 다음과 같습니다.

(6.31)

메인 (설계) 섹션에서 파이프의 단면적은 어디에 있습니까? 시스템 흐름 계수,

(6.32)

그림 6.10. 파이프라인 시스템의 설계 다이어그램

파이프의 직렬(a) 및 병렬(b) 연결

여기에 국부 저항의 수, 즉 손실 계수가 있습니다.

평행 파이프 연결(그림 6.10, b). 각 가지의 압력 손실은 동일합니다. 번째 분기의 흐름

(6.33)

시스템의 총 유량은 어디에 있습니까?

(6.34)

이러한 방정식은 미지수를 결정할 수 있는 시스템을 형성합니다.

6.6. 비압축성 유체의 흐름

일정한 압력에서의 흐름. 구멍과 노즐을 통한 이러한 유출은 기체 환경이나 동일하거나 다른 액체 수준 아래에서 발생할 수 있습니다. 첫 번째 경우 구멍이나 노즐을 비침수라고 하고 두 번째 경우에는 침수라고 합니다. 최대 크기를 초과하지 않으면 구멍은 작은 것으로 간주됩니다(그림 6.11).

그림 6.11. 얇은 벽의 작은 구멍을 통한 비압축성 유체의 흐름

물에 잠기지 않은 작은 구멍을 통해 흐를 때 제트는 빠져나올 때 압축을 받고 단면적이 구멍의 면적보다 작아집니다. 비율을 압축비라고 합니다.

물에 잠기지 않은 작은 구멍을 통해 흐를 때 제트는 압축되어 구멍의 면적에 비해 단면적이 감소하는데, 이 비율을 압축비라고 합니다.

일정한 수준에서 대형 탱크의 작은 구멍을 통한 유출 속도

(6.35)

속도 계수는 어디에 있습니까? 구멍 입구의 손실 계수; 는 자유 표면과 외부 환경의 압력입니다.

파이프라인의 유압 저항

수력학적 저항의 계산은 유체역학에서 가장 중요한 문제 중 하나이며, 압력 손실과 이를 보상하기 위한 에너지 소비량을 결정하고 견인 자극기를 선택하는 것이 필요합니다.

파이프라인의 압력 손실은 저항으로 인해 발생합니다. 마찰그리고 현지의저항. 이는 실제 액체에 대한 베르누이 방정식에 포함됩니다.

ㅏ) 마찰 저항실제 유체가 움직일 때 존재합니다. 전체 길이에 걸쳐파이프라인이며 유체 흐름 체제에 따라 달라집니다.

비) 국지적 저항어떤 변화에도 발생 크기와 방향의 유속(파이프 입구 및 출구, 굽힘, 엘보우, 티, 피팅, 확장, 수축).

마찰로 인한 머리 손실

1) 층류 모드.

층류 모드에서는 Poiseuille 방정식을 사용하여 이론적으로 계산할 수 있습니다.

;

단면이 일정한 수평 파이프라인에 대한 Bernoulli의 방정식에 따르면 마찰로 인해 손실되는 압력은 다음과 같습니다.

;

이 값을 Poiseuille 방정식에 대입하고 바꾸면 다음과 같은 결과를 얻습니다.

;

따라서 직선 원형 파이프를 통한 층류 흐름의 경우:

;

크기 수압마찰계수라고 부른다.

Darcy-Weisbach 방정식:

;

이 방정식은 유사성 이론을 사용하여 다른 방법으로 얻을 수 있습니다.

다음과 같이 알려져 있습니다.

;

발견된 층류의 경우: .

;

Darcy-Weisbach 방정식:

;

압력 손실을 결정해 보겠습니다. .

Darcy-Weisbach 방정식:

층류 모드의 값을 대체하면 다음을 얻습니다.

;

따라서 층류 모드의 경우:

Hagen-Poiseuille 방정식:

;

이 방정식은 모세관 및 기공뿐만 아니라 작은 직경의 파이프에서 유체 흐름을 연구할 때 유효하며 특히 중요합니다.

따라서 안정된 층류 흐름의 경우:

비원형 단면의 경우: , 여기서 섹션의 모양에 따라 다릅니다.

;

이 표현을 저항 계수라고 합니다.

따라서:

;

2) 난류 모드.

난류 정권의 경우 Darcy-Weisbach 방정식도 유효합니다.

;

그러나 이 경우 난류 유동 구조의 복잡성으로 인해 마찰계수를 이론적으로 결정할 수 없습니다. 결정을 위한 계산 방정식은 유사성 이론 방법을 사용하여 실험 데이터를 일반화하여 얻습니다.

ㅏ) 매끄러운 파이프.

;

따라서 매끄러운 파이프의 난류 흐름의 경우:

Blasius 공식:

비) 거친 파이프.

거친 파이프의 경우 마찰 계수는 뿐만 아니라 벽의 거칠기에 따라 달라집니다.

거친 파이프의 특징은 상대적인 거칠기: 등가 파이프 직경에 대한 파이프 벽의 돌출부(결절) 평균 높이(절대 거칠기)의 비율:

예절대 거칠기의 대략적인 값:

· 신강관 ;

· 약간의 부식이 있는 강관;

· 유리 파이프;

· 콘크리트 파이프;

값에 대한 거칠기의 영향은 절대 거칠기와 층류 하위층의 두께 사이의 관계에 의해 결정됩니다.

1. 의 경우, 돌출부 주위로 액체가 원활하게 흐를 때 거칠기의 영향을 무시할 수 있으며 파이프는 다음과 같이 간주됩니다. 수력학적으로 부드러운(조건부) – 매끄러운 마찰 영역.

2. 값이 증가할수록 값은 감소하고, 거칠기 돌기 부근의 와류 형성으로 인해 마찰손실이 증가함 - 혼합마찰지대.

3. 큰 값에서 는 더 이상 의존하지 않고 벽의 거칠기에 의해서만 결정됩니다. 즉, 모드는 -에서 자체 유사합니다. 자동 모델 구역.

왜냐하면 파이프는 한 유체 유량에서는 거칠고 다른 유체 유량에서는 수력학적으로 매끄러울 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

특정 파이프의 경우 대략 다음과 같습니다.

;

난류 운동을 하는 거친 파이프의 경우 다음 방정식이 적용됩니다.

;

매끄러운 마찰영역을 위해– Blasius 방정식 또는 다음 방정식에 따라:

;

1.8로 나누면 Filonenko의 공식을 얻을 수 있습니다.

필로넨코 공식:

;

자동모델 영역의 경우:

;

거의계산은 노모그램에 따라 수행됩니다. 기준 및 거칠기 정도에 대한 마찰 계수의 의존성 - 그림 1.5, Pavlov, Romankov.

비등온 흐름의 경우액체의 점도는 파이프 단면, 속도 프로파일 및 .

결정을 위한 방정식에 특수 수정 계수가 도입됩니다(자기 유사 영역 제외)(Pavlov, Romankov)

국부적인 저항으로 인한 압력 손실

다양한 국부 저항에서 속도 측정이 발생합니다.

a) 크기 =>

b) 방향으로 =>

c) 크기와 방향 =>

마찰과 관련된 손실 외에도 추가적인 압력 손실이 발생합니다(관성력의 작용으로 인한 소용돌이 형성(방향 변경 시), 액체의 역류로 인한 소용돌이 형성 등(급격한 팽창 시)).

국부적 저항으로 인한 압력 손실은 속도 압력으로 표현됩니다. 주어진 국부 저항의 압력 손실 대 속도 압력의 비율을 국부 저항 계수라고 합니다.

모든 로컬 파이프라인 저항의 경우:

(최소 5d 길이의 직선 구간이 있는 경우 합산)

계수는 표에 나와 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

· 파이프 입구;

파이프에서 나가기

· 밸브 => ;

· 탭 , =>

· 밸브 =>

완전한 압력 상실

값은 액체 기둥의 미터로 표시됩니다. 의존하지 않는다액체의 종류, 압력손실량에 따라 다름 의존한다액체의 밀도에 대해.

장치의 유압 계산은 원칙적으로 파이프라인 계산과 다르지 않습니다.

파이프라인 직경 계산

파이프라인 비용은 자본 투자와 높은 운영 비용의 상당 부분을 차지합니다. 따라서 파이프라인 직경의 올바른 선택이 매우 중요합니다.

직경은 유체 속도에 의해 결정됩니다. 고속을 선택하면 파이프라인 직경이 감소하여 다음이 보장됩니다.

금속 소비 감소;

제조, 설치 및 수리 비용을 절감합니다.

그러나 동시에 액체를 이동시키는 데 필요한 압력 강하가 증가합니다. 이를 위해서는 많은 양의 유체 이동이 필요합니다.

최적의 직경최소한을 제공해야합니다 운영 비용. (에너지 비용, 감가상각비, 수리비의 합계)

연간 운영 비용 => M(문지름/년) = A+E;

A – 감가상각비(비용/년) 및 수리 비용;

E – 에너지 비용.

기술적, 경제적 고려 사항을 토대로 다음과 같은 속도 제한을 권장합니다.

드립 액체:

중력 = 0.2 – 1 m/s

펌핑 시 = 2 – 3 m/s

가스:

자연 통풍 = 2 – 4 m/s

저압(팬) = 4 – 15 m/s

고압(압축기) = 15 – 25 m/s

커플:

포화 수증기 = 20 – 30 m/s

과열 수증기 = 30 – 50 m/s.

일반적으로 압력 손실은 토출 압력의 5~15%를 넘지 않아야 합니다.

파이프라인의 최적 직경은 GOST를 준수해야 합니다. GOST는 개념을 확립합니다 공칭 직경다이. 이는 파이프라인의 공칭 내부 직경입니다. 이 직경에 따라 연결 부품(플랜지, 티, 플러그 등)과 피팅(탭, 밸브, 게이트 밸브 등)도 선택됩니다.

각 공칭 직경은 특정 외경에 해당하며 벽 두께는 다를 수 있습니다. 예: (mm)(이 표와 차이가 있을 수 있음).

파이프 재질

다양한 환경 온도 및 공격성과 관련된 다양한 재료가 사용됩니다.

가장 일반적으로 사용되는 강철 파이프는 다음과 같습니다.

최대 300 0C의 주철 파이프

기타 금속 파이프 => 구리, 알루미늄, 납, 티타늄 등도 사용됩니다. 그리고 비금속 파이프 => 폴리에틸렌, 불소수지, 세라믹, 석면-시멘트, 유리 등도 사용됩니다.

파이프라인 연결 방법

a) 일체형 – 용접

b) 분리 가능

플랜지형

스레드

종형(주철, 콘크리트, 세라믹 파이프에 사용)

파이프라인 피팅

1. 스팀트랩.

증기 및 가스 통신에서는 냉각으로 인해 증기 형태로 가스에 포함된 물, 타르 또는 기타 액체의 응축이 항상 발생할 수 있습니다. 응축수의 축적은 매우 위험합니다. 파이프를 통해 고속으로 이동하기 때문입니다( ), 관성이 높은 액체 플러그는 강한 수격. 그들은 파이프라인을 느슨하게 하고 파괴를 일으킬 수 있습니다.

따라서 가스배관은 약간 경사지게 설치하고, 응축수 배수관은 가장 낮은 곳에 설치한다.

유압 씰. 진공 라인의 경우 =>

기압관을 통해.

고압에서는 특별한 디자인의 스팀 트랩이 사용됩니다(아래에서 설명).

2. 밸브.

1 - 본체;

3 - 밸브;

4 - 스핀들;

5 - 오일 시일.

밸브는 시트에 접지되어 매체의 움직임을 단단히 차단합니다.

스핀들에는 나사산 부분이 있으며 플라이휠에 연결됩니다. 씰로 견고성이 보장됩니다.

밸브는 차단 및 제어 밸브입니다. 흐름을 원활하게 조절할 수 있습니다.

3. 크레인.

관통 구멍이 있는 접지 원추형 또는 볼 플러그가 본체에서 회전합니다. 크레인은 주로 차단 밸브로 사용됩니다. 흐름을 조절하기가 어렵습니다.

4. 밸브.

시베르나야

평면 평행 밸브와 웨지 밸브가 있습니다. 게이트는 파이프라인 축에 수직인 스핀들을 사용하여 이동되고 차단됩니다.

이 밸브는 차단 및 제어 밸브입니다. 자동화 목적을 위해 드라이브는 공압식, 전기식, 유압식 등이 될 수 있습니다.

5. 또 있다 안전 및 보호 피팅(안전 및 체크 밸브), 컨트롤 밸브(레벨 표시기, 테스트 탭 등)

모든 부속품이 색인화되어 있습니다.

예: 15kch 2br.

15=>밸브; kch => 가단성 주철(본체 재질); 2=>카탈로그 모델 번호; br=>청동으로 만들어진 밀봉 표면.

피팅은 파이프라인의 압력에 따라 선택됩니다.

다음이 있습니다:

1) 작동 압력– 밸브가 오랫동안 작동할 때 발생하는 최고 초과 압력 작동 온도에서.

2) 조건부 압력- 20℃에서 매체에 의해 생성된 최고 압력(g)

피팅이 제조되는 조건에 따라 여러 가지 조건부 압력이 있습니다.

P y =1;2.5;4;6;10;16;25;40;64;100;160;200;250;320;400…atm.

Py의 선택은 강철 등급, 매체의 최고 온도 및 작동 압력에 따라 표에 따라 수행됩니다.

예: 스틸 X12H10T

t 환경 = 400 0 C P 슬레이브 =20 atm: P y =25 atm

P 슬레이브 =80 atm: P y =100 atm

t 환경 = 660 0 C P 슬레이브 = 20 atm: P y = 64 atm

P 슬레이브 =80 atm: P y =250 atm

실험실 작업 4번

파이프라인의 국부 저항 계수 결정.

작업의 목표:

1. 파이프의 급격한 팽창(수축) 및 채널의 급격한 회전 중 압력 손실을 실험적으로 결정하고 이를 이론 공식을 사용하여 계산된 손실 값과 비교합니다.

2. 실험 결과와 이론식을 바탕으로 국부 저항 계수를 결정하고 값을 비교합니다.

장비 및 장치 : 국부적 압력 손실 연구를 위한 설치, 온도계, 측정 눈금자, 측정 용기, 스톱워치.

4.1. 이론적 소개

수력 저항은 파이프 길이에 따른 점성 마찰력의 저항과 국부 저항으로 구분됩니다.

균일한 유체 운동의 경우 마찰 압력 손실이 고려됩니다. 즉, 파이프를 따른 유효 단면적이 일정하게 유지됩니다. 유체가 국부적인 저항을 받아 이동하면 흐름이 변형되어 생활부의 형태나 크기 등이 변화됩니다. 결과적으로 액체의 움직임이 고르지 않게 되어 유속이 변화하게 됩니다. 열린 단면이나 흐름 방향이 바뀌는 곳에서는 벽과 분리되어 소위 소용돌이 또는 정체 구역이 형성됩니다. 주 흐름과 와류 영역 사이에는 유체 입자의 강렬한 교환이 있으며, 이는 국지적 에너지 손실의 주요 원인입니다.

대부분의 경우 압력관의 국부적 저항(급격한 수축 및 팽창, 급격한 흐름 전환 등)을 극복하는 데 소비되는 에너지(압력)의 양은 실험적으로 얻은 계수를 사용하여 결정됩니다.

난류 조건에서 국부 저항의 압력 손실은 Weisbach 공식을 사용하여 계산됩니다.

따라서 국부 수두 손실은 속도 수두에 비례합니다.

국부 저항 계수의 값은 식(4.1)으로부터 실험적으로 얻어집니다.

국부 저항(예: 밸브, 다이어프램, 엘보우 등)이 단면이 일정한 수평 파이프라인에 있는 경우 압력 손실은 국부 저항 양쪽에 설치된 피에조미터 판독값의 차이와 같습니다. 저항.

그런 다음 이 값을 공식 4.2에 대입하면 실험적으로 저항 계수를 결정하는 공식을 얻습니다.

저항 전 파이프라인의 단면적은 어디에 있습니까?

– 저항을 통한 유체 흐름.

국부적 저항을 통해 유체가 이동할 때 발생하는 현상의 복잡성으로 인해 급팽창 및 수축, 부드러운 팽창 또는 수축, 격막 등과 같은 가장 간단한 유형에 대해서만 압력 손실 및 국부 저항 계수를 결정하는 이론적 공식을 얻었습니다. .

갑작스러운 확장.

섹션 1에서 섹션 2로 튜브의 흐름이 갑자기 확장되면 액체는 벽의 전체 윤곽을 따라 흐르지 않고 부드러운 흐름 선을 따라 이동합니다. 파이프의 직경이 갑자기 커지는 벽 근처에는 액체가 강렬한 회전 운동을 하는 공간이 형성됩니다. 이러한 강렬한 혼합으로 인해 파이프의 단단한 벽에 대한 액체의 매우 활발한 마찰이 발생하고 회전 흐름 내부의 마찰이 발생하여 상당한 에너지 손실이 발생합니다. 움직이는 유체의 흐름에 대한 관성력의 작용으로 인해 와류 형성은 유체가 더 큰 부분으로 빠져나가는 구역으로부터 충분히 먼 거리에서 멈춥니다. 결과적으로 압력은 점차 증가합니다.

그림은 두 번째 섹션의 피에조미터 판독값이 첫 번째 섹션보다 크다는 것을 보여줍니다. 이 경우 피에조미터 판독값은 에너지 손실뿐만 아니라 압력 값에도 영향을 받습니다. 두 번째 구간의 압력은 흐름의 팽창과 속도 저하로 인한 속도 압력의 감소로 인해 더 커집니다. 이 경우 국부적 저항으로 인한 압력 손실이 없다면 두 번째 피에조미터의 액체 높이는 훨씬 더 높아질 것입니다. 국부 저항의 이론적 계수 갑작스런 확장 흐름은 다음과 같습니다:

(4.4)

속도로 결정되는 경우.

압력 손실의 이론적 결정을 위한 공식 갑작스런 확장 형식은 다음과 같습니다.

프랑스 엔지니어 Borda는 원형 파이프와 관련된 압력 손실의 이론적 결정을 위한 계산 공식도 얻었습니다.

즉, 급격한 팽창으로 인한 수두 손실은 손실된 속도의 속도 수두와 같습니다.

갑작스러운 흐름 수축

급격하게 좁아지고 흐름이 급격하게 팽창하면 파이프의 넓은 부분의 벽 공간에 형성되는 회전하는 유체의 소용돌이로 공간이 생성됩니다. 파이프의 좁은 부분(좁은 부분)에 들어갈 때 액체가 관성에 의해 파이프 중앙을 향해 일정 시간 동안 계속 이동하고 메인 채널이 시작되기 때문에 동일한 소용돌이가 파이프의 좁은 부분의 시작 부분에 형성됩니다. 한동안 흐름이 계속 좁아졌습니다. 결과적으로 흐름이 갑자기 좁아지면서 두 개의 연속적인 국지적 저항이 나타납니다. 위에서 이미 논의한 바와 같이, 주 채널의 협소화와 그 바로 뒤에 있는 국지적 확장으로 인한 국지적 저항.

갑자기 흐름이 좁아짐

변환을 수행하고 특정 값을 Borda 공식(4.6)으로 대체함으로써 다음에서 저항 계수의 이론적 결정을 위한 또 다른 공식을 얻을 수 있습니다. 흐름이 갑자기 좁아짐:

압력 손실의 이론적 결정을 위한 일반 공식 갑자기 흐름이 좁아짐 두 경우 모두 다음과 같습니다.

국부 저항의 무차원 계수는 어디에 있습니까?

국부 저항 뒤의 평균 유속.

흐름을 바꿔라

흐름을 바꾸면(편향 또는 둥근 엘보우) 소용돌이 형성이 크게 증가하고 결과적으로 에너지 손실이 증가합니다. 손실량은 비율과 각도에 따라 크게 달라집니다.

선회 시 이론적 항력 계수는 실험 공식을 사용하여 결정할 수 있습니다. 900도 회전의 경우 다음과 같습니다.

(4.10)

이론적 저항 계수 흐름을 바꾸다 또한 제안된 경험적 관계에 의해 결정될 수도 있습니다.

경험적 계수는 어디에 있습니까? ㅏ표 4.1에서 가져온 것입니다.

흐름을 바꾸다 형식은 다음과 같습니다.

표 4.1.

추가 요소 계산 표

원활한 흐름 확장

채널의 원활한 확장을 호출합니다. 디퓨저. 디퓨저의 유체 흐름은 복잡합니다. 흐름의 유효 단면적이 점차 증가하므로 유체 이동 속도는 그에 따라 감소하고 압력은 증가합니다. 이 경우 디퓨저 벽 근처의 액체 층에서 운동 에너지가 최소(저속)이므로 액체가 멈출 수 있으며 집중적인 소용돌이 형성이 가능합니다. 이러한 이유로 디퓨저의 압력 에너지 손실은 마찰로 인한 압력 손실과 팽창 중 손실로 인해 달라집니다.

이론적 저항 계수 흐름의 원활한 확장 제안된 경험적 관계에 의해 결정될 수 있습니다.

(4.14)

여기서: 는 디퓨저 입구의 개방 단면적입니다.

- 디퓨저 출구의 자유 단면적,

- 디퓨저 콘 각도,

- 디퓨저의 흐름 확장 조건에 따른 보정 계수.

각도는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

컨퓨저 또는 디퓨저의 길이는 어디입니까?

이론적 수두 손실을 계산하는 공식 흐름의 원활한 확장 형식은 다음과 같습니다.

흐름의 원활한 축소

이 저항은 원뿔형 수렴 튜브입니다. 당황. 혼란기의 흐름은 속도의 점진적인 증가와 동시에 압력의 감소를 동반합니다. 이러한 이유로 원추형 표면에는 와류 형성 조건이 없습니다. 이 국부 저항 부분의 손실은 마찰로 인해 발생합니다. 소용돌이 형성은 파이프의 좁은 부분에서만 발생할 수 있습니다. 그 성질은 흐름이 갑자기 좁아지는 동안 유사한 소용돌이의 성질과 유사하지만 크기는 상당히 작습니다.