Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej Wykład nr 8 „Systemy zaopatrzenia w wodę”

Tok projektowania sieci wodociągowej Wybór odpowiedniego układu sieci przewodów, zgodnie z topografią obszaru zasilania. Ustalenie przepływów obliczeniowych na poszczególnych odcinkach sieci. Dobór średnic przewodów tranzytowych, magistralnych i rozdzielczych. Obliczenia hydrauliczne sieci, polegające na wyznaczeniu strat ciśnienia w różnych warunkach poboru wody, przy założeniu utrzymania wymaganego ciśnienia we wszystkich punktach sieci (zarówno na wyjściu jak i w punktach poboru)

Założenia ogólne system zaopatrzenia w wodę powinien być tak zaprojektowany i eksploatowany aby dostarczyć wodę do wszystkich użytkowników: w wymaganej ilości pod odpowiednim ciśnieniem o odpowiedniej jakości

Różne układy sieci wodociągowych - sieć promienista

Różne układy sieci wodociągowych - sieć pierścieniowa

PODSTAWOWE WZORY 1. Równanie ciągłości – do ustalenia średnicy przewodu dla przewodu całkowicie wypełnionego cieczą V = 0,5 – 2,0 m/s

PODSTAWOWE WZORY 2. Równanie Darcy’ego-Weisbacha – do ustalenia strat ciśnienia

Z równania (1) oraz (2) wynika: podstawiając: oporność właściwa przewodu Problem – jak wyznaczyć współczynnik λ?

Wyznaczanie współczynnika oporu hydraulicznego λ R – promień rury; C – chropowatość bezwzględna (k)

Współczynnik oporu hydraulicznego λ obszar I – przepływ laminarny Re < 2320 Vkr = 0,03 (D=100mm) – 0,003 (D=1,0m) m/s obszar II – przejściowy 2300 < Re < 4000 nie ma znaczenia dla praktyki wodociągowej obszar III – rury hydraulicznie gładkie Re < 100.000 Re > 100.000

Współczynnik oporu hydraulicznego λ obszar IV – przejściowy od rur gładkich do rur z zupełną chropowatością ma szczególne znaczenie w praktyce wodociągowej R/k < 20 – wartość λ stale rośnie R/k > 20 - wartość λ najpierw maleje, potem rośnie łagodnie do stałej wartości obszar V – rury z zupełną chropowatością współczynnik λ nie zależy od liczby Reynoldsa, a tylko od chropowatości przewodu k nie ma znaczenia w praktyce wodociągowej, ze względu na duże prędkości (np. Vkr = 5,1 (D=100mm) – 6,74 (D=1,0m) m/s dla rur żeliwnych)

PODSTAWOWE WZORY 3. Równanie Collebrooka-White’a (dla obszaru IV)

Współczynniki chropowatości, k – wartości zalecane Rodzaj materiału przewodu k [mm] Rury żeliwne i stalowe nowe 0,1 – 0,4 Rury żeliwne i stalowe stare 1,35 Rury PCV 0,025 Rury PE 0,04 w praktyce zaleca się aby do obliczeń przewodów magistralnych i rozdzielczych nowych przyjmować k = 0,4 mm, zaś dla przewodów starych – k = 1,5 mm

Nomogram do wzoru Collebrooka-White’a

Obliczanie przewodów wodociągowych najczęściej spotykane przypadki obliczeniowe: szukamy wartości spadku ciśnienia na końcu przewodu o danej średnicy przy określonym przepływie (Q, D  i) określenie ilości wody jaką przeprowadzi przewód o danej średnicy przy spadku ciśnienia nie większym niż dopuszczalny (D, idop  Q) dobór średnicy przewodu, która zapewni przepływ określonej ilości wody przy spadku ciśnienia nie większym niż dopuszczalny (Q, idop  D)

Wyznaczanie przepływu miarodajnego przewody tranzytowe natężenie przepływu na początku i końcu odcinka jest takie same: QP = QK = QOBL – nie ma problemu przewody rozdzielcze (wydatkujące wodę) natężenie przepływu na końcu odcinka jest mniejsze od początkowego o wartość rozbioru wody na odcinku: QP = QK + q – jakie należy przyjąć natężenie przepływu do wymiarowania przewodu? QOBL= ??

Przepływ miarodajny dla przewodów rozdzielczych q QP QK = QP - q x L - wydatek jednostkowy - natężenie przepływu w odległości x od końca odcinka

Przepływ miarodajny dla przewodów rozdzielczych - jednostkowy spadek ciśnienia - dla bardzo krótkiego wycinka dx - strata ciśnienia na odcinku o długości L

Przepływ miarodajny dla przewodów rozdzielczych - po scałkowaniu w granicach (0, L) - wprowadzając przepływ zastępczy Q = QK + q, gdzie  <1

L > P L < P - po uproszczeniach - wyznaczamy  metodą kolejnych przybliżeń L > P L < P - stąd