Гідравлічний опір у трубопроводі (англ. hydraulic resistance in pipeline; нім. hydraulischer Widerstand) — опір рухові рідини (гідросуміші або газів), що чиниться трубопроводом, обумовлює відповідні втрати напору (hв), визначення яких є одним з головних питань будь-якого гідравлічного розрахунку.
Загальний опис
Гідравлічний опір може виникати внаслідок різних факторів, і виділяють дві основні групи: опори тертя та місцеві опори.
Опір тертю обумовлено різного роду нерівностями і шорсткістю на поверхні трубопроводу, що стикається з середовищем, що перекачується. При течії рідини між нею та стінками трубопроводу виникає тертя, що спричиняє гальмуючий ефект і потребує додаткових витрат енергії на своє подолання. Створюваний опір багато в чому залежить від режиму течії середовища, що перекачується.
При ламінарному русі та відповідних йому низьких значеннях числа Рейнольдса (Re), що характеризується рівномірністю та відсутністю перемішування сусідніх шарів рідини або газу, вплив шорсткості незначний. Це пов'язано з тим, що крайній в'язкий підшар середовища, що перекачується, часто виявляється товщим, ніж шар, утворений нерівностями і виступами на поверхні трубопроводу. За таких умов трубопровід вважається гідравлічно гладким.
При збільшенні числа Рейнольдса товщина в'язкого підшару зменшується, внаслідок чого переривається перекриття нерівностей в'язким підшаром і вплив шорсткості на гідравлічний опір зростає та стає залежним як від числа Рейнольдса, так і від середньої висоти виступів на поверхні трубопроводу.
Подальше збільшення числа Рейнольдса переводить середовище, що перекачується, в режим турбулентного руху (течії), при якому в'язкий підшар повністю руйнується, а створюване тертя залежить тільки від величини шорсткості.
Розрізняють гідравлічний опір по довжині — втрати на тертя (hт), які залежать від довжини та перерізу трубопроводів, їх шорсткості, в'язкості рідини та швидкості руху, та місцеві гідравлічні опори (hм), де відбувається зміна швидкості за напрямком та величиною: .
За одиницю вимірювання напору і, відповідно, втрат напору (гідравлічних опорів) у гідравліці прийнято метри водяного стовпа (м. вод. ст.). Для круглих труб сталого перерізу втрати напору на тертя визначають за формулою Дарсі-Вейсбаха
- ,
де l і d — відповідно довжина та діаметр трубопроводу; u — середня швидкість руху рідини; λ — коефіцієнт гідравлічного тертя, який залежить від в'язкості, яка входить до числа Рейнольдса та відносної шорсткості стінок труби (Δ — абсолютна висота шорсткості) тобто
- .
Вплив обох чинників на величину λ є різним для різних режимів руху. Для труб некруглого перерізу у формулах замість діаметра d застосовують значення гідравлічного діаметра
- ,
де S і П — площа та периметр перерізу труби.
Втрати напору у місцевих опорах визначають за формулою
- ,
де u2 — середня швидкість потоку після місцевого опору; ξ — коефіцієнт місцевого опору, який визначають за довідковими даними по результатах експериментів.
Питомі втрати напору
У практиці гідравлічного транспортування різних твердих матеріалів найчастіше застосовують параметр питомі втрати напору
- ,
одиницею вимірювання якого є м вод. ст./м.
У процесі експлуатації трубопроводів гідравлічний опір збільшується внаслідок відкладання парафіну (нафтопроводи), скупчення води, конденсату або утворення гідратів вуглеводневих газів (газопроводи). Для зниження гідравлічного опору проводять періодичне очищення внутрішньої порожнини трубопроводів спеціальними шкребками або роздільниками.
Питомі втрати напору, як правило, збільшуються зі збільшенням концентрації суспензії (гідросуміші), яка піддається гідротранспортуванню. Виключення складає випадок, коли змінюються характеристики рідкого середовища. Так, при певній швидкості V руху вуглемасляного грануляту в трубопроводі питомі втрати напору стають меншими ніж для води внаслідок утворення емульсії «масло у воді», яка стає несучим середовищем ( при гідротранспорті).
При транспортуванні газу
Найбільше впливає на гідравлічний опір газу наявність в потоці газу рідкої фази, яка конденсується і накопичується в понижених місцях траси. Утворення при цьому гідратів і гідравлічні пробки на внутрішній поверхні труби локалізуються по довжині траси в природних пастках рідини (в понижених місцях газопроводу).
Див. також
Примітки
- Білецький В. С., Світлий Ю. Г., Воробйов А. П. Дослідження гідравлічного транспортування вугілля, вугільно-масляного грануляту та вугільно-гранулятних сумішей // Матеріали міжнародної конференції «Форум гірників −2012» 3-6 жовтня 2012 р. Дніпропетровськ: Національний гірничий універси-тет. 2012. Т. 4. С. 180–185.
Джерела
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — .
- Світлий Ю. Г., Білецький В. С. Гідравлічний транспорт (монографія). — Донецьк: Східний видавничий дім, Донецьке відділення НТШ, «Редакція гірничої енциклопедії», 2009,. — 436 с. [ 24 вересня 2015 у Wayback Machine.]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Gidravlichnij opir u truboprovodi angl hydraulic resistance in pipeline nim hydraulischer Widerstand opir ruhovi ridini gidrosumishi abo gaziv sho chinitsya truboprovodom obumovlyuye vidpovidni vtrati naporu hv viznachennya yakih ye odnim z golovnih pitan bud yakogo gidravlichnogo rozrahunku Zagalnij opisGidravlichnij opir mozhe vinikati vnaslidok riznih faktoriv i vidilyayut dvi osnovni grupi opori tertya ta miscevi opori Opir tertyu obumovleno riznogo rodu nerivnostyami i shorstkistyu na poverhni truboprovodu sho stikayetsya z seredovishem sho perekachuyetsya Pri techiyi ridini mizh neyu ta stinkami truboprovodu vinikaye tertya sho sprichinyaye galmuyuchij efekt i potrebuye dodatkovih vitrat energiyi na svoye podolannya Stvoryuvanij opir bagato v chomu zalezhit vid rezhimu techiyi seredovisha sho perekachuyetsya Pri laminarnomu rusi ta vidpovidnih jomu nizkih znachennyah chisla Rejnoldsa Re sho harakterizuyetsya rivnomirnistyu ta vidsutnistyu peremishuvannya susidnih shariv ridini abo gazu vpliv shorstkosti neznachnij Ce pov yazano z tim sho krajnij v yazkij pidshar seredovisha sho perekachuyetsya chasto viyavlyayetsya tovshim nizh shar utvorenij nerivnostyami i vistupami na poverhni truboprovodu Za takih umov truboprovid vvazhayetsya gidravlichno gladkim Pri zbilshenni chisla Rejnoldsa tovshina v yazkogo pidsharu zmenshuyetsya vnaslidok chogo pererivayetsya perekrittya nerivnostej v yazkim pidsharom i vpliv shorstkosti na gidravlichnij opir zrostaye ta staye zalezhnim yak vid chisla Rejnoldsa tak i vid serednoyi visoti vistupiv na poverhni truboprovodu Podalshe zbilshennya chisla Rejnoldsa perevodit seredovishe sho perekachuyetsya v rezhim turbulentnogo ruhu techiyi pri yakomu v yazkij pidshar povnistyu rujnuyetsya a stvoryuvane tertya zalezhit tilki vid velichini shorstkosti Rozriznyayut gidravlichnij opir po dovzhini vtrati na tertya ht yaki zalezhat vid dovzhini ta pererizu truboprovodiv yih shorstkosti v yazkosti ridini ta shvidkosti ruhu ta miscevi gidravlichni opori hm de vidbuvayetsya zmina shvidkosti za napryamkom ta velichinoyu h B h T S h M displaystyle h B h T Sigma h M Za odinicyu vimiryuvannya naporu i vidpovidno vtrat naporu gidravlichnih oporiv u gidravlici prijnyato metri vodyanogo stovpa m vod st Dlya kruglih trub stalogo pererizu vtrati naporu na tertya viznachayut za formuloyu Darsi Vejsbaha h T l l d u 2 2 g displaystyle h T lambda cdot frac l d cdot frac u 2 2g de l i d vidpovidno dovzhina ta diametr truboprovodu u serednya shvidkist ruhu ridini l koeficiyent gidravlichnogo tertya yakij zalezhit vid v yazkosti yaka vhodit do chisla Rejnoldsa ta vidnosnoyi shorstkosti stinok trubi D d displaystyle frac Delta d D absolyutna visota shorstkosti tobto l f Re D d displaystyle lambda f left operatorname Re frac Delta d right Vpliv oboh chinnikiv na velichinu l ye riznim dlya riznih rezhimiv ruhu Dlya trub nekruglogo pererizu u formulah zamist diametra d zastosovuyut znachennya gidravlichnogo diametra d G 4 S P displaystyle d Gamma frac 4S Pi de S i P plosha ta perimetr pererizu trubi Vtrati naporu u miscevih oporah viznachayut za formuloyu h M z u 2 2 2 g displaystyle h M zeta cdot frac u 2 2 2g de u2 serednya shvidkist potoku pislya miscevogo oporu 3 koeficiyent miscevogo oporu yakij viznachayut za dovidkovimi danimi po rezultatah eksperimentiv Pitomi vtrati naporuU praktici gidravlichnogo transportuvannya riznih tverdih materialiv najchastishe zastosovuyut parametr pitomi vtrati naporu i l u 2 2 g d displaystyle i lambda frac u 2 2gd odiniceyu vimiryuvannya yakogo ye m vod st m U procesi ekspluataciyi truboprovodiv gidravlichnij opir zbilshuyetsya vnaslidok vidkladannya parafinu naftoprovodi skupchennya vodi kondensatu abo utvorennya gidrativ vuglevodnevih gaziv gazoprovodi Dlya znizhennya gidravlichnogo oporu provodyat periodichne ochishennya vnutrishnoyi porozhnini truboprovodiv specialnimi shkrebkami abo rozdilnikami Pitomi vtrati naporu yak pravilo zbilshuyutsya zi zbilshennyam koncentraciyi suspenziyi gidrosumishi yaka piddayetsya gidrotransportuvannyu Viklyuchennya skladaye vipadok koli zminyuyutsya harakteristiki ridkogo seredovisha Tak pri pevnij shvidkosti V ruhu vuglemaslyanogo granulyatu v truboprovodi pitomi vtrati naporu stayut menshimi nizh dlya vodi vnaslidok utvorennya emulsiyi maslo u vodi yaka staye nesuchim seredovishem pri gidrotransporti Pri transportuvanni gazuNajbilshe vplivaye na gidravlichnij opir gazu nayavnist v potoci gazu ridkoyi fazi yaka kondensuyetsya i nakopichuyetsya v ponizhenih miscyah trasi Utvorennya pri comu gidrativ i gidravlichni probki na vnutrishnij poverhni trubi lokalizuyutsya po dovzhini trasi v prirodnih pastkah ridini v ponizhenih miscyah gazoprovodu Div takozhGidravlichnij transportPrimitkiBileckij V S Svitlij Yu G Vorobjov A P Doslidzhennya gidravlichnogo transportuvannya vugillya vugilno maslyanogo granulyatu ta vugilno granulyatnih sumishej Materiali mizhnarodnoyi konferenciyi Forum girnikiv 2012 3 6 zhovtnya 2012 r Dnipropetrovsk Nacionalnij girnichij universi tet 2012 T 4 S 180 185 DzherelaMala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2004 T 1 A K 640 s ISBN 966 7804 14 3 Svitlij Yu G Bileckij V S Gidravlichnij transport monografiya Doneck Shidnij vidavnichij dim Donecke viddilennya NTSh Redakciya girnichoyi enciklopediyi 2009 436 s 24 veresnya 2015 u Wayback Machine