Гидравлический расчет холодного водоснабжения excel

Гидравлический расчет трубопроводов

Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 66 комментариев

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных…

… — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице «О блоге».

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода  t_вх в °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода  t_вых в °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода  d в мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода  L в м записываем

в ячейку D8: 100,000

6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб  ∆ в мм вносим

в ячейку D9:  1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других 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 местных сопротивлений  Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10:  1,89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

Результаты расчетов:

8. Среднюю температуру воды t_ср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

t_ср=(t_вх+t_вых)/2

9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм²/с при температуре t_ср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*t_ср+0,000221*t_ср²)

10. Среднюю плотность воды ρ в т/м³ при температуре t_ср вычисляем

в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970

ρ=(-0,003*t_ср²-0,1511*t_ср+1003, 1)/1000

11. Расход воды через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

12. Скорость воды в трубопроводе v в м/с вычисляем

в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640

v=4*G/(ρ*π*(d/1000)²*3600)

К ячейке D16 применено условное 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 Re определяем

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4

Re=v*d*10/n

14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17<=2320;64/D17;ЕСЛИ(D17<=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17+D9/D7)^0,25)) =0,035

λ=64/Re                              при Re≤2320

λ=0,0000147*Re                при 2320≤Re≤4000

λ=0,11*(68/Re+∆/d)^0,25  при Re≥4000

15. Удельные потери давления на трение R в кг/(см²*м) вычисляем

в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100 =0,004645

R=λ*v²*ρ*100/(2*9,81*d)

16. Потери давления на трение dP_тр в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485

dP_тр=R*L

и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9

dP_тр=dP_тр*9,81*10000

17. Потери давления в местных сопротивлениях dP_мс в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150

dP_мс=Σ(ξ)*v²*ρ/(2*9,81*10)

и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2

dP_тр=dP_мс*9,81*10000

18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634

dP=dP_тр+dP_мс

и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1

dP=dP*9,81*10000

19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч)² вычисляем

в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720

S=dP/G²

Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Исходные данные:

Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L, а также рассчитанное значение скорости движения воды v.

1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

Результаты расчетов:

По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

2. Коэффициент m извлекается

в ячейку D32: =ИНДЕКС(H31:H42;H29) =0,300

3. Коэффициент A₀ извлекается

в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

4. Коэффициент 1000A₁ извлекается

в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

5. Коэффициент 1000A₁/(2g) извлекается

в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

6. Коэффициент С извлекается

в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

7. Коэффициент  гидравлического сопротивления i  в м.вод.ст./м рассчитываем

в ячейке D37: =D35/1000*((D33+D36/D16)^D32)/((D7/1000)^(D32+1))*D16^2 =0,057

i=((1000A1/(2g))/1000)*(((A0+C/v)^m)/((d/1000)^(m+1)))*v²

8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

dP=dP/9,81/10000

и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

dP=i*9,81*1000*L

Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

Итоги.

Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2.04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.

В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.

При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см².

Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).

Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Гидравлический
расчёт водопровода должен быть оформлен
в виде таблицы, показанной на рис. 12.

Этот
расчёт может быть выполнен автоматизированно
с помощью известной программы Microsoft
Excel с использованием автономного файла
B1_tabl.xls,
Можно также гидравлический расчёт
водопровода В1 выполнить вручную в
таблице. Такой способ подробно описан
в предыдущем 1-м издании данных методических
указаний от 1988 года. Они хранятся в
библиотечном фонде СибАДИ. Результаты
автоматизированного и ручного расчёта
отличаются не более чем на 5%, что допустимо
с инженерной точки зрения.

Далее
рассмотрим пример расчёта с использованием
Microsoft Excel.

Целью
гидравлического расчёта водопровода
является определение внутренних
диаметров трубопроводной сети и величин
потерь напора при движении воды по этим
трубопроводам. Выбор материала труб
производят по указаниям СНиП 2.04.01-85. В
нашем примере выбраны трубы стальные
водогазопроводные оцинкованные по ГОСТ
3262-75*.

Расчёт
выполняют в строгом соответствии со
СНиП 2.04.01-85. Разберём его на примере
схемы водопровода на рис. 11. Все
неоговоренные ниже буквенные обозначения
см. в приложении 1 СНиП 2.04.01-85.

Расчёт
начинают с определения расчётной линии
сети 
пути
движения воды во внутреннем водопроводе
от узла подключения (колодца на наружной
сети) по вводу, далее по трубопроводу
разводящей сети к наиболее удалённому
стояку и вверх по нему до самой удалённой
и высокой водоразборной точки, на которой
ставят номер 1 в кружке (см. рис. 11).

Расчётную
линию на аксонометрической схеме В1
разбивают на участки, которые нумеруют
против движения воды в местах ответвлений
труб от расчётной линии, то есть там,
где происходит изменение расхода воды
из-за разделения потоков. Тогда при
таком разбиении на каждом расчётном
участке между двумя соседними
точками-ответвлениями по трубе протекает
постоянный расход воды. Последний номер
проставляют в узле подключения ввода
водопровода к наружной сети (см. рис. 11

это номер 10).

Гидравлический
расчёт водопровода В1 выполняют в
табличной форме. На рис. 12 приведена
такая таблица для рассматриваемого
примера трёхэтажного двухсекционного
жилого дома. Таблицу можно рассчитать
в среде пакета Microsoft Excel на компьютере
в файле B1_tabl.xls,
немного его отредактировав. После
введения своих исходных данных в таблицу
надо для её пересчёта нажать функциональную
клавишу F9. Рекомендуется свой файл
сохранять под другим именем, а исходный
файл B1_tabl.xls
оставить как образец.

Рис.
12

Первый
столбец таблицы содержит нумерацию
расчётных участков (см. рис. 11).

Во
2-й столбец таблицы вносят длины расчётных
участков трубопроводов с точностью до
дециметров.

Столбец
3 таблицы содержит число водоразборных
приборов N, обслуживаемых расчётным
участком.

В
4-м столбце задают вероятность совместного
действия приборов P, вычисленную для
данного здания по формуле (3) п. 3.4 СНиП
2.04.01-85.

В
5-м столбце Excel автоматически рассчитывает
расчётный расход холодной воды на
участке q^c
в л/с.

В
6-м столбце задают подбором
внутренний диаметр трубопровода так,
чтобы скорость движения воды в трубе V
в 7-м столбце получалась в интервале
0,9-1,2 м/с. Возможны небольшие отклонения
V от указанного интервала наиболее
экономичных скоростей. Данная рекомендация
заимствована у В.С. Кедрова (1980 г.).
Например, в последней строке вместо
диаметра 
25 мм принят 
32 мм, так как существенно уменьшаются
потери напора на вводе водопровода
(проверьте это самостоятельно расчётом
в электронной таблице).

В
8-м столбце автоматически рассчитывается
гидравлический уклон i,
то есть отношение линейных потерь напора
к длине трубопровода (удельные потери
напора).

9-й
столбец надо заполнять самому с учётом
п. 7.7 СНиП 2.04.01-85.

В
10-м столбце автоматически рассчитываются
общие потери напора на расчётных
участках, а в итоге внизу данного столбца
программа выдаёт суммарные потери
напора на всей расчётной линии сети.

Таблицу
можно расширять или сжимать по количеству
строк в зависимости от числа расчётных
участков. Для этого используется простая
операция копирования мышью в Excel.
Подробности таких действий с пакетом
Excel можно найти в руководствах пользователя.

На
этом гидравлический расчёт внутреннего
водопровода закончен, таблицу выносят
на лист чертежей В1, а на плане подвала
(см. рис. 7), аксонометрической схеме В1
(см. рис. 11), генплане (см. рис. 5), узле
подключения (см. рис. 6), водомерном узле
(см. рис. 8), насосной установке (см. рис.
9) проставляют рассчитанные значения
внутренних диаметров трубопроводов.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Комментарии

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные
участники
Авторизоваться

• Чтобы скачать этот файл зарегистрируйтесь и/или войдите на сайт используя форму сверху.
• Регистрация

• Узнайте сколько стоит уникальная работа конкретно по Вашей теме:
• Сколько стоит заказать работу?