Используемые в гидравлических расчетах трубопроводов

Введение

Гидравлика – наука, занимающаяся изучением законов равновесия и движения жидкостей.

Практика строительства трубопроводов, каналов, плотин в Египте, Китае, Греции, Риме и т.д. положила начало возникновению гидравлики как прикладной науки. Родоначальниками этой науки были Архимед, написавший свой трактат «О плавающих телах» за 250 лет до н. э., Леонардо Да Винчи, Галилей, Паскаль, Ньютон, работы которых появились в XV-XVII веках н. э.

Теоретические основы гидравлики, как учения о движении и равновесии жидкостей, были разработаны в Российской Академии наук (создана Екатериной II в 1728 г.), где в это время М. В. Ломоносов (1711-1765 г.г.) формулирует свои законы о сохранении массы и энергии, и куда были приглашены швейцарские ученые Д. И. Бернулли (Даниил – сын музыканта Иоганна Бернулли, 1700-1783 г.г.) и Л. П. Эйлер (Леонард – сын пастора Пауля Эйлера, 1707-1793 г.г.).

Дальнейшее развитие гидравлики связано с работами Н. Е. Жуковского (1847-1920 г.г.), С.А. Чаплыгина (1869-1945 г.г.), которые заложили основы развития аэродинамики, с работами русского ученого, инженера В. Г. Шухова – автора методики расчета нефтепроводов (1853-1939 г.г.).

Эти работы, работы других ученых, инженеров, научных коллективов обеспечили проектные организации методами расчета гидравлических процессов, позволили иметь отечественные заводы, оснащенные современной техникой и выпускающие первоклассные насосы, компрессоры, газомоторные установки.

Курс «Гидравлика потока в трубопроводах» является прикладным вступительным курсом, который позволяет лучше усваивать специальные курсы, связанные с проектированием и эксплуатацией МТП.

Курс включает следующие разделы: свойства газов и жидкостей, расчеты трубопроводов, центробежные насосы, основные параметры их работы, гидравлические расчеты МТП, диаграммы состояния газов, компрессорные циклы, гидравлический расчет МГП.

Тема 1

Свойства и параметры состояния жидкостей,

используемые в гидравлических расчетах трубопроводов

К свойствам и параметрам состояния жидкостей относятся: плотность, масса, сила тяжести, вязкость, коэффициенты объемного сжатия (или сжимаемости) и температурного расширения, давление, температура.

Плотность – это масса единицы объема, зависит от природы вещества и является справочной величиной (формула 1.1):

r = , (1.1)

где r – плотность, кг/м³;

m – масса, кг;

V – объем, м³.

Существует понятие относительной плотности вещества. Для нефти и нефтепродуктов относительная плотность есть отношение плотности жидкости при температуре t °C к плотности воды при 4 °С или при 15 °С.

Например, r₄²⁰, r₁₅¹⁵

r₄²⁰ = r₁₅¹⁵ = .

Относительная плотность величина безразмерная.

Плотность вещества есть функция температуры и давления.

Зависимость плотности нефти и нефтепродуктов от температуры выражается уравнением 1.2 [1]:

r₄^t = r₄²⁰ – a(t - 20) , (1.2)

Зависимость плотности нефти и нефтепродуктов от давления можно выразить уравнением 1.3 [1]:

r_р = r₂₀[1+β(P – P_атм)], (1.3)

где Р – рабочее давление, Па;

r_р – плотность нефтепродукта при давлении Р, кг/м³;

β – коэффициент объёмного сжатия, Па^-1;

P_атм – атмосферное давление, Па;

r₂₀ – плотность жидкости при t=20°С и атмосферном давлении, кг/м³;

а – коэффициент температурного расширения, град^-1;

t – рабочая температура, °С.

Зависимость плотности для нефти и нефтепродуктов от температуры и давления одновременно определяется уравнением 1.4:

r_р,t = r₂₀[1+α(20-t)+β(P – P_атм)], (1.4)

Таким образом, чем выше температура и ниже давление, тем ниже плотность.

Пересчет от 4 °C к 15 °C по воде записывается следующим образом

r₁₅¹⁵ » r₄²⁰ + 5a ,

где a – коэффициент температурного расширения, град^-1.