Гидравлический расчет трубопроводов в Excel
Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 56 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».
Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.
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
в ячейку D4: 45,000
2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода tвх в °C заносим
в ячейку D5: 95,0
3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода tвых 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 tср в °C вычисляем
в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5
tср=(tвх+tвых)/2
9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуре tср рассчитываем
в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368
n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)
10. Среднюю плотность воды ρ в т/м3 при температуре tср вычисляем
в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970
ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+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 dPтр в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485
dPтр=R*L
и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9
dPтр=dPтр*9,81*10000
17. Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150
dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)
и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2
dPтр=dPмс*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=dPтр+dPмс
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(h41:h52;h39) =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!
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»)!!!
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
al-vo.ru
| № п/п | Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Значение |
| Исходные данные | ||||
| 1 | Теплоноситель | среда | — | вода |
| 2 | Температура теплоносителя (подача) | t1 | oC | |
| 3 | Температура теплоносителя (обратка) | t2 | oC | |
| 4 | Тепловая мощность | Q | кВт | |
| 5 | Длина участка (подача + обратка) | L | м | |
| 6 | Сумма местных сопротивлений | ξ | — | |
| 7 | Диаметр трубопровода | Dn | мм | 1012152025324050658090100125150 |
| 8 | Тип трубопровода | Бесшовные стальные трубыСтальные сварные трубыЧугунные трубыАсбестоцементныеЖелезобетонныеПластиковыеСтеклянныеАлюминиевые | ||
| Результаты вычислений | ||||
| 1 | Средняя температура теплоносителя | tср | oC | |
| 2 | Плотность теплоносителя при средней температуре | ρ | кг/м3 | |
| 3 | Кинематический коэффициент вязкости | ν | м2/с х 10-6 | |
| 4 | Расход теплоносителя | G | кг/ч | |
| 5 | Скорость теплоносителя в трубопроводе | v | м/с | |
| 6 | Критерий Рейнольдса | Re | ||
| 7 | Гидродинамическое давление | ρϑ2/2 | Па | |
| 8 | Коэффициент гидравлического трения | λ | ||
| 9 | Линейные потери давления на трение | RL | Па | |
| 10 | Потери давления на местные сопротивления | Z | Па | |
| 11 | Суммарные потери давления | ΔP | Па | |
| 12 | Объем системы | V | л | |
helpeng.ru
Гидравлический расчет напорных трубопроводов — бесплатная программа
С помощью специальной программы, предназначенной для гидравлического расчета напорных трубопроводов можно легко определить расчетным путем потери напора водопровода на единицу длины трубы. Этот показатель специалисты называют гидравлическим уклоном.
Также программа, учитывая материал, из которого изготовлены трубы, определяет величину гидравлического сопротивления на стыковых соединениях в трубопроводах напорного типа.
При разработке программы гидравлического расчета напорных трубопроводов за основ было взято приложение 10 СНиП 2.04.02-84. Для работы программы потребуется ввод следующих исходных данных:
- q — расчетного расхода воды (л/с),
- D — наружного диаметра трубы,
- s — толщины стенки трубы.
Для определения гидравлического уклона потребуется также ввести данные о длине трубопровода — l (м) и коэффициент потерь напора на местные сопротивления. Именно по этим данным и производится расчет потерь напора по таким параметрам: по всей длине трубопровода, в начале трубопровода, на местные сопротивления).
Выполнить гидравлический расчет трубопровода можно для таких типов трубопроводов:
- новых стальных, имеющих битумное защитное покрытие и без внутреннего покрытия,
- новых чугунных, имеющих битумное защитное покрытие и без внутреннего покрытия,
- не новых чугунных и стальных, имеющих битумное защитное покрытие и без внутреннего покрытия,
- асбестоцементных,
- виброгидропрессованных железобетонных,
- центрифугированных железобетонных,
- стальных и чугунных с внутренним полимерцементным и пластмассовым покрытием, выполненным методом центрифугирования,
- чугунных и стальных, имеющих внутреннее цементно-песчаное покрытие, нанесенное методом набрызга и последующего разглаживания,
- чугунных и стальных, имеющих цементно-песчаное покрытие, нанесенное методом центрифугирования,
- пластмассовые и стеклянные.
Воспользоваться программой «Гидравлический расчет трубопровода» может каждый желающий, версия программы 5.1.0 распространяется свободно.
Скачать программу
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
udobnovdome.ru
| Материал труб | Стальные новыеЧугунные новыеАсбестоцементныеПластмассовыеЖелезобетонные СтеклопластиковыеСтеклянные | ||||||||||||||||
| Расход, л/с | |||||||||||||||||
| Диаметр внутр, мм | |||||||||||||||||
| Скорость, м/с | 15.67 | ||||||||||||||||
| Потери, мм/м | 0 | ||||||||||||||||
| Длина участка, м | |||||||||||||||||
| Потери по длине, м | 0 | ||||||||||||||||
1 | |||||||||||||||||
| Стальные новые | 3382.435488102387 | ||||||||||||||||
| Чугунные новые | 3610.335860129624 | ||||||||||||||||
| Асбестоцементные | 2217.067825296405 | ||||||||||||||||
| Пластмассовые | 1519.647889389516 | ||||||||||||||||
| Железобетонные | 3169.498031885413 | ||||||||||||||||
| Стеклопластиковые | 1652.529359830697 | ||||||||||||||||
| Стеклянные | 1652.755733715605 | ||||||||||||||||
slpl.ru
Гидравлические расчеты тепловых сетей 1.0
Гидравлические расчеты тепловых сетей (ГРТС) — это программа, которая выполняет гидравлические расчеты одно- или двухтрубных тепловых сетей с тупиковой (не кольцевой) конфигурацией. Главной особенностью программы является поддержка языка формул, который позволяет:
— определить состав показателей расчета;
— определить формулы для расчета показателей.
Существует две версии программы ГРТС.
Полное наименование программы: Гидравлические расчеты тепловых сетей 1.0
В программу следует ввести расчетные формулы и параметры теплосети, которые являются исходными данными. Потом необходимо выполнить расчет. После выполнения расчета программа ГРТС 1.0 позволяет:
— сформировать текстовый документ, в котором подробно описана методика расчета;
— сформировать отчет в виде таблицы;
— выгрузить отчет в Microsoft Excel;
— сформировать пьезометрический график;
— сформировать примерный график температуры воды в теплосети.
В настоящее время программа бесплатна и доступна для скачивания на сайте программы ГРТС.
Полное наименование программы: Гидравлические расчеты тепловых сетей 1.1
Программа ГРТС 1.1 является более мощной версией программы ГРТС 1.0 и поддерживает новые возможности:
— рисование схемы теплосети;
— определение диаметров трубопроводов по заданным напорам в конечных узлах теплосети;
— улучшена справочная система.
Программа доступна для скачивания на сайте программы ГРТС.
В процессе разработки программы ГРТС использовались следующие источники:
— «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник», В. И. Манюк, Я. И. Каплинский, Э. Б. Хиж, А. И. Манюк, В. К. Ильин, 3-е издание, переработанное и дополненное, Москва, Стройиздат, 1988.
— «Теплофикация и тепловые сети», Е. Я. Соколов, 7-е издание, стереотипное, Москва, Издательство МЭИ, 2001.
Ссылки на скачивание программ:
ГРТС 1.1 часть 1 из 2:
ГРТС 1.1 часть 2 из 2:
www.rosteplo.ru
TA Select 4 — программа для гидравлического расчета систем отопления и холодоснабжения — ПРОГРАММЫ ПАРТНЕРОВ — АВОК-СОФТ
TA Select это вычислительная программа, которая помогает вам управлять вашей гидравлической системой, начиная со стадии проектирования и до окончания срока службы здания.
Ссылка для перехода на сайт программы
Вместе с нашим балансировочным инструментом TA SCOPE TA программа TA Select поможет вам достичь:
Наиболее экономичной гидравлической конструкции
TA Select 4 позволяет легко подобрать правильный размер клапанов, значения предустановок и наиболее экономичную конструкцию системы. Для этого нужно только ввести в TA Select:
- Длины труб
- Расчетный расход на оконечных устройствах
- Перепады давления
На выходе вы получаете:
- Необходимый напор насоса
- Подробный перечень комплектующих оптимального размера, например, регулирующие и балансировочные клапаны
- Конструкция установки (гидравлической сети) для загрузки в программы по балансировке
- Общие длины трубопроводов по диаметрам
- Объем воды в трубопроводе
Проверка того, что установка работает как нужно …
TA Select 4 связывается с нашим новым балансировочным инструментом TA SCOPE и позволяет легко загружать и выгружать системную информацию в/из программы TA SCOPE. Это ускоряет процесс балансировки и дает возможность проверить, что система при вводе в эксплуатацию соответствует оригинальной конструкции. Затем конструкцию установки (гидравлической сети), спроектированной в TA Select вы загружаете в TA-SCOPE и производите балансировку. После балансировки установки, измеренные данные загружаются в TA Select. Проверяется расход, перепад давления, 2 температуры, перепад давления и мощность. На выходе вы получаете документ в форме распечатанного отчета.
…и в течение всего срока службы системы
Мы хотим, чтобы гидравлическая система работала, как положено, весь срок службы. С помощью TA SCOPE и TA Select можно легко проверить правильно ли работает система.
В TA SCOPE вводится расход, перепад давления, 2 температуры, перепад температуры и мощность. Для анализа этих измеренных данных они загружаются в TA Select.
Ссылка для перехода на сайт программы
soft.abok.ru
