Modele hydrauliki elementów SW
Download
1 / 41

Modele hydrauliki elementów SW - PowerPoint PPT Presentation


  • 132 Views
  • Uploaded on

Modele hydrauliki elementów SW. Zagadnienia ważne dla poprawnego zbudowania modeli sieci:  przepływ wody w rurociągach i straty energii z tym związane,  wpływ zaworów (w tym: zaworów regulacyjnych), pomp i zbiorników na przepływy i rozkład ciśnień w sieci. Rurociągi:.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Modele hydrauliki elementów SW' - kara


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Modele hydrauliki elementów SW

Zagadnienia ważne dla poprawnego zbudowania modeli sieci:

 przepływ wody w rurociągach i straty energii z tym związane,

 wpływ zaworów (w tym: zaworów regulacyjnych), pomp i zbiorników na przepływy i rozkład ciśnień w sieci


Rurociągi:

Rodzaje przepływów wody (płynów) w rurociągach

 przepływ laminarny,

 przepływ turbulentny

Liczba Reynolds’a

prędkość przepływu

v – prędkość przepływu

Wartość graniczna:

D – średnica rurociągu

 – lepkość kinematyczna

lepkość kinematyczna


W większości typowych stanów operacyjnych w SW – przepływy turbulentne

Profile prędkości wody dla różnych przepływów

v punktowa

Turbulentny

v średnia

Laminarny

v punktowa


Główne straty naporu w rurociągach = straty tarcia w rurociągach

Ogólny wzór na obliczenie strat tarcia – równanie Darcy – Weisbach’a (D-W):

L – długość rurociągu, [L]

D – średnica rurociągu, [L]

v – prędkość przepływu, [L/T]

lub:

Q – natężenie przepływu, [L3/T]

f – współczynnik tarcia Darcy – Weisbach’a; ogólnie wartość zależna od rodzaju przepływu i chropowatości rurociągu, [-]


Dla przepływu laminarnego: rurociągach

lepkość kinematyczna

Brak zależności od chropowatości rurociągu

Dla przepływu turbulentnego:

prędkość przepływu

Zależności empiryczne dla rożnych przedziałów wartości liczby Reynolds’a – zauważalna prawidłowość: im bardziej turbulentny przepływ tym mniejsza zależność od Re a większa od chropowatości rurociągu

Podsumowanie prac eksperymentalnych – diagram Moody’iego


Diagram Moody’iego rurociągach

Brak zależności od Re, zależność tylko od chropowatości względnej, e/D


Przykładowe wartości współczynnika chropowatości e (nowe rurociągi):

Stal nitowa

Beton

Drewno klepkowe

Żeliwo

Żelazo ocynkowane

Stal techniczna

Niepokryty cement azbestowy, rury PCV faliste, wstępnie sprężany beton

Rury ciągnione


Wniosek: (nowe rurociągi):

Dla przepływu odpowiadającego dużym wartościom liczby Reynolds’a (Re > 4000) i rurociągów o dużej chropowatości względnej (duże e/D) współczynnik tarcia D-W nie zależy od wartości Re (m.in. prędkości przepływu)

Jeżeli napiszemy równanie D-W w ogólniejszej postaci:

W ogólności: RD-W – zależne od parametrów rurociągu i warunków przepływu

to dla wymienionych warunków RD-W = const

Pomimo tego, że równanie D-W posiada najbardziej racjonalne podstawy do stosowania dla przepływów w rurociągach, w praktyce stosowane są często dwa inne równania empiryczne dla wyznaczenia strat naporu wynikających z tarcia:

• równanie Hazen’a-Williams’a • równanie Manning’a


Stała K (nowe rurociągi):u w równaniu Hazen’a – Williams,a

I. empiryczny wzór na obliczenie strat tarcia – równanie Hazen’a – Williams’a (H-W):

Ku – stała zależna od stosowanych jednostek

CH-W – stała Hazen’a – Williams’a [-]


Dla jednostek układu SI z D-L-Q w m-m-m (nowe rurociągi):3/s stała Ku = 10.68

Wprowadzimy tą stałą i zapiszemy równanie H-W w postaci:

Układ jednostek SI

Równanie H-W zostało pierwotnie opracowane dla przepływów turbulentnych w rurociągach

Stała H-W zależy od wymiarów rurociągu oraz warunków przepływu


Przykładowe wartości współczynnika H-W dla różnych materiałów i średnic rurociągów (nowe rurociągi) – dla v = 0.9m3/s


Współczynniki korekcyjne współczynników H-W z poprzedniej tablicy dla prędkości przepływu rożnej od 0.9m3/s


Możemy napisać równanie H-W w ogólniejszej postaci: poprzedniej tablicy dla prędkości przepływu rożnej od 0.9m

W ogólności: RH-W – zależne od parametrów rurociągu i warunków przepływu


II. empiryczny wzór na obliczenie strat tarcia – równanie Manning’a (M):

Kum – stała zależna od stosowanych jednostek

Nm – współczynnik chropowatości Manning’a [-]

Przykładowe wartości współczynnika chropowatości M dla różnych materiałów


Dla jednostek układu SI z D-L-Q w m-m-m równanie Manning’a (M):3/s stała Kum = 10.29

Wprowadzimy tą stałą i zapiszemy równanie M w postaci:

Układ jednostek SI

Równanie M zostało pierwotnie opracowane dla przepływów w otwartych kanałach, lecz może być stosowane dla całkowicie turbulentnych przepływów w rurociągach

Tym nie mniej wskazanie: równanie M stosować dla chropowatych rurociągów


Podsumowanie: ogólny wzór na zasadnicze straty naporu w rurociągach wynikające z tarcia:

R – rezystancja rurociągu

n – wykładnik


Porównanie: rurociągach wynikające z tarcia:


Wiek rurociągów i parametry chropowatości rurociągach wynikające z tarcia:

Z czasem ścianki rurociągu pokrywają się osadami, co prowadzi do:

• zmniejszenia średnicy rurociągu,

• zwiększenia chropowatości rurociągu


Istnieją opracowania podające zamiany odpowiednich współczynników z wiekiem rurociągu – przykład niżej

Jednak

Zasada: Dla określenia aktualnych wartości parametrów rurociągów w SW sieć powinna być skalibrowana w oparciu o pomiary na obiekcie


Rurociąg – połączenie: umiejscowienie zależności na zasadnicze straty naporu – straty tarcia w modelu rurociągu wynikającym z prawa zachowania energii

i – indeks węzła w którym woda wpływa do rurociągu

j – indeks węzła w którym woda wypływa z rurociągu

Założenie: rurociąg bez pompy


Elementy strat pomniejszych: zasadnicze straty naporu – straty tarcia w modelu rurociągu wynikającym z prawa zachowania energii

Pomniejsze straty naporu w rurociągach = straty zaburzeń przepływu w rurociągach

Powody zaburzeń – zmiany profilu strumienia spowodowane:

• nagłą lub stopniową zmianą przekroju ograniczającego przepływ strumienia,

• zmianą kierunku przepływu,

• występowaniem lokalnych przeszkód

Pomniejsze straty naporu są zwykle w SDiDW małe w porównaniu do strat tarcia i zwykle są pomijane w modelowaniu


Pomniejsze straty modelowane są za pomocą równania: zasadnicze straty naporu – straty tarcia w modelu rurociągu wynikającym z prawa zachowania energii

M – współczynnik pomniejszych strat



Jeżeli źródłem pomniejszych strat jest zawór, wówczas często jego charakterystyka hydrauliczna dana jest wzorem:

Cd – współczynnik przepływu

A – pole przekroju przepływu przez zawór

H – spadek naporu na zaworze

Porównując z ogólnym wzorem na pomniejsze straty naporu, otrzymać można równość:


oraz: często jego charakterystyka hydrauliczna dana jest wzorem:

zmienne


Elementy strat pomniejszych – połączenie: umiejscowienie zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

i – indeks węzła w którym woda wpływa do elelmentu

j – indeks węzła w którym woda wypływa z elementu


Linia profilu naporu, kiedy zawór końcowy zamknięty zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

Nachylenie spadku naporu

Zbiornik

Ciśnienie na końcu układu

PRV

Rodzaje zaworów modelowanych w SDiDW:

• zawór redukcji ciśnienia (Pressure Reducing Valve – PRV)

Ogranicza ciśnienie po swojej wylotowej stronie do nastawionej wartości

Stosowany, np.:

 w systemie dostarczania grawitacyjnego wody, gdy występują obszary o dużych różnicach wyniesień – spadek naporu na zaworze zmienia się w rytmie zmian naporu na wlocie

System przesyłu grawitacyjnego - zastosowanie PRV


Nachylenie spadku naporu zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

Dostarczanie wody

Zbiornik

Dystrybucja wody

Ciśnienie na końcu układu

Wysokość podnoszenia pomp

Zasilanie pod ciśnieniem

PRV

 w systemie dostarczania pompowego wody, gdy woda podawana/pobierana jest jednocześnie do/z zbiornika

Stany pracy PRV:

 częściowo otwarty (czyli: aktywny) – dla utrzymania nastawionego ciśnienia na wylocie, kiedy ciśnienie na wlocie jest większe od nastawionego

 całkowicie otwarty (czyli: nie aktywny) – kiedy ciśnienie na wlocie jest mniejsze od nastawionego

 zamknięty – kiedy ciśnienie na wylocie jest większe od ciśnienia na wlocie – tzn. nie dopuszcza się przepływu powrotnego


Linia profilu hydraulicznego zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

Zbiornik „wysoki”

z PSV

Zbiornik „niski”

bez PSV

Strefa „górna”

PSV

Strefa „dolna”

• zawór podtrzymania ciśnienia (Pressure Sustaining Valve – PSV)

Zapewnia utrzymanie minimalnego nastawionego ciśnienia po stronie swego wlotu

Stosowany, np.:

 w systemie dostarczania grawitacyjnego wody, gdy występują obszary o dużych różnicach wyniesień – spadek naporu na zaworze zmienia się w rytmie zmian naporu na wylocie


Stany pracy PSV: zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

 częściowo otwarty (czyli: aktywny) – dla utrzymania nastawionego ciśnienia na wlocie, kiedy ciśnienie na wylocie jest mniejsze od nastawionego

 całkowicie otwarty (czyli: nie aktywny) – kiedy ciśnienie na wylocie jest większe od nastawionego

 zamknięty – kiedy ciśnienie na wylocie jest większe od ciśnienia na wlocie – tzn. nie dopuszcza się przepływu powrotnego


Pompy: zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

Pompy:

- stało i zmienno prędkościowe

- stacje pomp


kwadratowego zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii

potęgowego


Charakterystyki pompy zmienno prędkościowej: zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii


Koniec części 2 zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii


ad