Гидравлический расчет трубопроводов в системах кондиционирования
Использование трубопроводов в системах кондиционирования и вентиляции
В системах кондиционирования теплоноситель перемещается по трубопроводам. Необходимый диаметр труб зависит от расхода теплоносителя.
При движении теплоносителя по трубопроводу происходят потери давления из-за гидравлических сопротивлений: трения и местных сопротивлений. Поэтому для расчета трубопровода используют формулы гидравлики. Принципы гидравлического расчета не зависят от вида теплоносителя, которым может быть вода, пар, хладагенты и т.д.
Наиболее распространенный метод расчета трубопроводов - метод удельных потерь давления. Этот метод состоит в раздельном подсчете потерь давления на трение и на местные сопротивления в каждом участке системы труб.
Потери давления в трубопроводе на трение
Потери давления на преодоление сил трения зависят от плотности и скорости течения теплоносителя, а также параметров трубопровода. Потери на трение Pтр измеряются в кг на кв.м. и рассчитываются по формуле:
Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,
где x - безразмерный коэффициент трения, l - длина трубы в метрах, d - диаметр трубы в метрах, v - скорость течения перемещаемой среды в м/с, y - плотность теплоносителя в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2).
Коэффициент трения x определяется материалом и шероховатостью стенок трубы, а также режимом движения жидкости. Различают два режима течения: ламинарное и турбулентное.
Чтобы не рассчитывать каждый раз потери на трение в трубе, составлены таблицы гидравлических потерь в зависимости от диаметра труб и расхода жидкости. Они содержатся в справочниках проектировщика систем кондиционирования. Ниже приведена таблица гидравлического расчета для обыкновенных стальных водогазопроводных труб (ГОСТ 3262-62), по которым движется вода.
Режимы течения жидкости
- Ламинарное течение
Потоки жидкости перемещаются в направлении течения, без образования вихрей. Гидравлическое сопротивление трубопровода зависит только от скорости движения теплоносителя. При скоростях теплоносителя, не превышающих 1-2 м/с, можно для расчетов считать течение ламинарным. - Турбулентное течение
При повышении скорости течения теплоносителя возникает турбулентность течения. Кроме перемещения в направлении потока, струи жидкости завихряются. При этом гидравлическая шероховатость труб повышается, то есть сильно увеличивается сопротивление трения. Поэтому при перемещении теплоносителя по трубопроводу нужно избегать турбулентностей.
Потери давления в трубопроводе на местные сопротивления
При изменении направления и скорости движения теплоносителя в трубопроводе системы кондиционирования возникают дополнительные сопротивления. Они называются местными и происходят в клапанах, отводах и т.п.
Потери давления на местные сопротивления на участке трубопровода рассчитываются по формуле:
Рмест = W* (v*v*y)/2g,
где v - скорость течения перемещаемой среды в м/с, y - плотность теплоносителя в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2), W - суммарный коэффициент местных сопротивлений на данном участке. Он определяется опытным путем либо содержится в справочниках.
Потери давления на местные сопротивления Z ищут отдельно для каждого участка сети трубопровода.
- Сначала определяют суммарный коэффициент W для участка.
- Затем умножают на динамический напор теплоносителя (v*v*y)/2g.
Замечание: при расчете водяных систем можно воспользоваться упрощенной формулой: Рмест = 50W*v*v
Расчет общих потерь давления
Общие потери давления складываются из действия трения и местных сопротивлений: Р = Ртр + Рмест.
- Определяем потери давления на самом нагруженном участке. Обычно это самый удаленный от источника тепло-или холодоснабжения участок трубопровода.
- Затем приравниваем потери давления в последующих ответвлениях к потерям на самом нагруженном участке. Допустимо расхождение до 10-15%.
- Складывая потери давления частей трубопровода, получим общие потери давления в трубопроводе системы кондиционирования.
