Формулы для определения коэффициента гидравлического трения

В общем случае коэффициент гидравлического сопротивления λ является функцией двух безразмерных параметров: числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости e.
Число Рейнольдса является параметром гидродинамического подобия потока и зависит от внутреннего диаметра трубопровода, скорости течения газа в нем и вязкости газа

, (1.40)

где W - скорость течения газа, м/с;
D- внутренний диаметр газопровода, м;
ν - динамическая вязкость газа, м2/с;
Q- объемная производительность газопровода, м³/с.
При расчетах МГ обычно используется понятие динамической вязкости газа ν = η / r. В этом случае выражения для определения Re принимают следующий вид:

(1.41)

где ρ - плотность газа, определенная при тех же условиях, что и скорость течения газа, кг/м³;

η- динамическая вязкость газа. Пас;
Q_СТ - объемная производительность МГ при стандартных условиях, м³/с;
rв - плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м³;
D - относительная плотность газа.
Так как динамическая вязкость газа в участке принимается величиной постоянной, то из последней зависимости (1.41) видим, что число Рейнольдса по длине участка остается постоянным. При использовании объемной производительности в млн. м³/сут уравнение (1.41) примет удобный для практических расчетов вид

Re =17,75 . (1.42)

МГ работают всегда в турбулентном режиме при числах Рейнольдса в несколько десятков миллионов (задача 1.6). Для определения коэффициента гидравлического сопротивления ОНТП рекомендуют использовать уравнение ВНИИгаза
, (1.43)

где k- коэффициент эквивалентной шероховатости труб.
При полной загрузке МГ чаще всего работает в квадратичной зоне. В этом случае влиянием числа Рейнольдса можно пренебречь и (1.43) примет вид

l = 0.067 . (1.44)

Приняв в соответствии с рекомендацией норм технологического проектирования k = 0,03 мм, получим

, (1.45)

где D - внутренний диаметр трубопровода, мм.
Уравнение (1.45) широко используется при расчетах МГ, особенно в случаях, когда невозможно определить режим течения газа и им приходится предварительно задаваться.
Для уточнения режима течения газа используется переходное значение числа Рейнольдса ReПЕР

. (1.46)

При Re>Re_ПЕР зона течения газа будет квадратичной.
Удобно при проведении расчетов использовать для определения режима течения переходную производительностьQ_ПЕР. Для определения переходной производительности приравняем между собой (1.42) и (1.46). После преобразований получим

Q_ПЕР= 0,219 . (1.47)

После подстановки k = 0,03 мм (1.47) примет следующий вид

QПЕР= 1,333 . (1.48)

С течением времени шероховатость труб увеличивается, особенно если транспортируемый газ содержит сернистые соединения. Внутренняя полость газопровода засоряется отложениями воды, конденсата, продуктов коррозии и масла смазки или уплотнения компрессоров. Все это приводит к повышению гидравлического сопротивления газопровода. Кроме того, уравнение движения газа (1.19) не учитывает наличие потерь давления газа на преодоление местных гидравлических сопротивлений. С учетом указанных факторов ОНТП рекомендуется следующая зависимость для определения расчетного значения коэффициента гидравлического сопротивле­ния lР

, (1.49)

где 1,05 - коэффициент, учитывающий наличие местных сопротивлений;
Е - коэффициент гидравлической эффективности работы участка.
В соответствие с нормами технологического проектирования коэффициент эффективности работы принимается равным 0,95, если на газопроводе имеются устройства для периодической очистки внутренней полости трубопровода, а приих отсутствии Е = 0,92.

Местные потери напора.

Как правило трубопроводы состоят не только из прямолинейных участков, но и включают участки с другим сечением труб, повороты, вентили, задвижки и пр. Это ведет к изменению характера течения жидкости в трубопроводе и, следовательно, к дополнительным потерям энергии, которые в форме потерь напора должны добавляться к потерям напора на трение по длине трубопровода. Такие местные потери описываются уравнением:

Здесь коэффициент к выражает величину местных потерь и обусловлен в основном геометрической конструкцией трубопровода. Местные потери возникают при:

увеличении поперечного сечения трубы (к), обычно 0,20 0,75; - уменьшении поперечного сечения трубы (ка). обычно 0.02 - 0.07;

• повороте трубы (к ), обычно 0,1 - 0,5;

* установке вентилей, задвижек (к.); ответвлении от трубы (к ).

Местные потери во входных отверстиях с острыми краями могут быть в десятки раз больше, чем в плавно закругленных отверстиях.