Tlakové ztráty v potrubí verze 1.8 Manuál k programu. Ing. Petr ZÁRUBA program v Pythonu v manuál vytvořen v L A TEXu

Transkript

1 Tlakové ztráty v potrubí verze 1.8 Manuál k programu Ing. Petr ZÁRUBA zarubapetr@volny.cz program v Pythonu v manuál vytvořen v L A TEXu 11. srpna 2007

2 Obsah I Popis ovládacích prvků 3 1 Pracovní plocha 4 2 Popis nabídkové lišty Soubor Otevřít nový Uložit jako Výpis dat Konec Tekutina Kapalina Plyn Nástroje Ekvivalentní délky Drsnosti Graf Závislost na průtoku Závislost na průměru Závislost na délce Tabulky Hustota a dyn. viskozita kapalin Hustota a dyn. viskozita plynů Závislost hustoty vzduchu na teplotě Závislost viskozity vzduchu na teplotě Závislost hustoty vody na teplotě Závislost viskozity vzduchu na teplotě Nápověda Lišta s ovládacími tlačítky 12 1

3 II Postup výpočtu 14 4 Výpočet pro jediné zadání 15 5 Opakování výpočtu se změnou parametrů 16 6 Výpočet závislosti tlakové ztráty na některém z parametrů 17 7 Grafy 18 A 19 A.1 Použité vztahy A.2 Použité matematické metody B 21 B.1 Tabulky fyzikálních vlastností některých kapalin a plynů B.1.1 Tabulka dynamické viskozity a hustoty kapalin při 20 o C B.1.2 Tabulka dynamické viskozity a hustoty různých plynů při 0 o C B.1.3 Hustota suchého vzduchu B.1.4 Viskozita vzduchu při 1, bar B.1.5 Tabulka závislosti hustoty vody na teplotě B.1.6 Dynamická viskozita vody v závislosti na teplotě C 25 C.1 Drsnosti potrubních materiálů C.1.1 Drsnost materiálů potrubí

4 Část I Popis ovládacích prvků 3

5 Kapitola 1 Pracovní plocha Pracovní plocha obsahuje vstupní pole pro zadání úlohy : Obrázek 1.1: Pracovní plocha vstupní přetlak (kpa) průtok (m 3 /h) resp. (m 3 n/h) průměr (potrubí) (mm) délku potrubí (m) hustotu média (kg/m 3 ) (za normálních podmínek) viskozitu média (Pas) absolutní drsnost potrubí (mm) 4

6 Dále obsahuje pole s výsledky : oblast proudění - laminární, přechodnou či turbulentní vypočtenou tlakovou ztrátu (kpa) délku s přídavkem ekvivalentních délek (m) (odpovídajícím prvkům potrubí - např. kolena, armatury, apod.) Ve spodní části jsou základní ovládací tlačítka : Vypočti - pro spuštění výpočtu zadané úlohy Zápis do souboru - pro přidání údajů z vypočtené úlohy do záznamového souboru (jeho využití bude zmíněno dále - kapitola 6 na straně 17) 5

7 Kapitola 2 Popis nabídkové lišty 2.1 Soubor Otevřít nový Slouží k otevření nového záznamového souboru. Využití popsáno v kapitole 6 na straně Uložit jako Uloží záznamový soubor pod jménem zvoleným uživatelem. Tento soubor lze poté zapracovat jiným programem (např. tabulkovým procesorem) Výpis dat Obrázek 2.1: Záznamový soubor Otevře nové okno a v něm provede výpis dat ze záznamového souboru. 6

8 2.1.4 Konec Ukončí celý program. 2.2 Tekutina Kapalina Navolí výpočet pro kapaliny - objeví se v zadávacím poli pracovní plochy.(navoleno defaultně po spuštění programu) Plyn Navolí výpočet pro plyny - objeví se v zadávacím poli pracovní plochy. Obrázek 2.2: Volba tekutiny 2.3 Nástroje Ekvivalentní délky Otevře nové okno s formulářem pro zadání ekvivalentních délek. (Popis zadávání popsán dále - kapitola 4 na straně 15) Drsnosti Otevře nové okno s tabulkou typických absolutních drsností materiálů potrubí. Toto lze použít pro orientaci při zadání úlohy. 7

9 Obrázek 2.3: Výpočet ekvivalentní délky Obrázek 2.4: Tabulka drsností materiálů potrubí 2.4 Graf Závislost na průtoku Otevře nové okno, ve kterém se zobrazí graf závislosti tlakové ztráty na průtoku. Program k tomu potřebuje data ze záznamového souboru.(viz kapitolu 7 na straně 18) 8

10 Obrázek 2.5: Graf závislosti tlakové ztráty na průtoku Závislost na průměru Otevře nové okno, ve kterém se zobrazí graf závislosti tlakové ztráty na průměru. Program k tomu potřebuje data ze záznamového souboru Závislost na délce Otevře nové okno, ve kterém se zobrazí graf závislosti tlakové ztráty na délce. Program k tomu potřebuje data ze záznamového souboru. 2.5 Tabulky Hustota a dyn. viskozita kapalin Otevře nové okno s tabulkou hustot a dynamických viskozit některých kapalin. Což lze využít při zadání úlohy. 9

11 Obrázek 2.6: Tabulka hustot a dyn.viskozit některých kapalin Hustota a dyn. viskozita plynů Otevře nové okno s tabulkou hustot a dynamických viskozit některých plynů. Což lze využít při zadání úlohy Závislost hustoty vzduchu na teplotě Otevře nové okno s tabulkou závislosti hustoty vzduchu na teplotě (při normálním tlaku). Což lze využít při zadání úlohy Závislost viskozity vzduchu na teplotě Otevře nové okno s tabulkou závislosti dynamické viskozity vzduchu na teplotě. Což lze využít při zadání úlohy Závislost hustoty vody na teplotě Otevře nové okno s tabulkou závislosti hustoty vody na teplotě. Což lze využít při zadání úlohy Závislost viskozity vzduchu na teplotě Otevře nové okno s tabulkou závislosti dyn. viskozity vody na teplotě. Což lze využít při zadání úlohy. 10

12 2.6 Nápověda Položky nabídky Nápověda snad není potřeba komentovat. Obsahuje položky : O aplikaci Nápověda Použité vztahy (viz též přílohu A) Ovládání vlastní nápovědy by mělo být dostatečně intuitivní a prosté. Obsahuje vše podstatné pro vlastní práci s programem. Obrázek 2.7: Vzhled nápovědy 11

13 Kapitola 3 Lišta s ovládacími tlačítky Obsahuje odleva tato tlačítka (shodná funkce s položkou v nabídce) : Obrázek 3.1: Tlačítko Otevři nový soubor Obrázek 3.2: Tlačítko Výpis dat Obrázek 3.3: Tlačítko Uložit jako 12

14 Obrázek 3.4: Tlačítko Ekvivalentní délky Obrázek 3.5: Tlačítko Drsnost Obrázek 3.6: Tlačítko Nápověda 13

15 Část II Postup výpočtu 14

16 Kapitola 4 Výpočet pro jediné zadání Po případ výpočtu jediné úlohy postupujte následovně : Zvolte tekutinu tj. kapalinu (navolena defaultně) nebo plyn pomocí nabídkové lišty - Tekutina - Kapalina resp. Plyn. Při výpočtu pro plynné médium zadejte vstupní přetlak (pro kapaliny je to bezpředmětné). Zadejte další vstupní hodnoty - průtok (u plynů v m 3 n/h), průměr potrubí, délku potrubí, hustotu média (u plynů za norm. podmínek), dynamickou viskozitu (závislá především na teplotě) a absolutní drsnost potrubí. POZOR! Jako desetinný oddělovač je nutno použít tečku!!! Pokud vlastnosti média neznáte (hustota a dyn. viskozita), možná budete mít štěstí a naleznete tyto hodnoty v tabulkách (Nabídková lišta - Tabulky). Pro orientaci je k dispozici i tabulka s drsnostmi některých materiálů potrubí - nabídková lišta - Nástroje - Drsnosti. Pokud se nejedná o rovné potrubí, je třeba připočítat délku ekvivalentní jednotlivým prvkům potrubí. Jedná se např. o kolena, armatury, zúžení, apod. K výpočtu a zohlednění ekvivalentní délky použijte formulář dostupný přes nabídku - Nástroje - Ekvivalentní délky. POZOR! Zadávací pole musí obsahovat minimálně hodnotu průměru potrubí! Použití formuláře je prosté. Navolíte rolovátky příslušný počet jednotlivých prvků a na konec stisknete tlačítko Spočti. Nad tlačítky se objeví vypočtená ekvivalentní délka. Ukončíte stiskem tlačítka Zpět. Tím je zadání hotovo a teď již stačí stiskem tlačítka Vypočti na pracovní ploše provést vlastní výpočet. Výsledky se objeví v okénkách na pracovní ploše. 15

17 Kapitola 5 Opakování výpočtu se změnou parametrů Uvedený postup lze opakovat se změnou některého resp. některých parametrů. Stačí změnit parametr v příslušném zadávacím poli a stiskem tlačítka Vypočti výpočet provést. 16

18 Kapitola 6 Výpočet závislosti tlakové ztráty na některém z parametrů Výše popsaný opakovaný výpočet většinou slouží ke zjištění závislosti tlakové ztráty na některém ze zadávaných parametrů. Program umožňuje každý jednotlivý výpočet uložit do pomocného souboru. Tento soubor lze využít pro grafické znázornění závislosti resp. lze jej uložit pod jiným jménem a zpracovat jiným programem - např. tabulkovým procesorem. Postupy jsou následující : Otevřete záznamový soubor (čímž se přemaže předcházející) volbou z nabídky - Soubor - Otevřít nový. Po výpočtu stiskem tlačítka Zápis do souboru na pracovní ploše uložíte zadaná data a data vypočtená do tohoto souboru. Toto můžete opakovat libovolně (co disková kapacita stačí). Obsah záznamového souboru si můžete prohlédnout volbou nabídky - Soubor - Výpis dat. Pokud chcete data zpracovat v jiném programu uložte záznamový soubor pod jiným jménem volbou z nabídky - Soubor - Uložit jako. 17

19 Kapitola 7 Grafy Výše uvedený postup výpočtu závislosti tlakové ztráty na některém z parametrů lze využít ke grafickému znázornění této závislosti. K dispozici máte tři možnosti: závislost tlakové ztráty na průtoku závislost tlakové ztráty na průměru závislost tlakové ztráty na délce Je logické, že příslušný parametr je při opakovaném výpočtu (se zápisem do záznamového souboru) potřeba měnit vzestupně resp. sestupně. Zobrazení grafu po provedeném výpočtu provedete volbou z nabídky - Graf. 18

20 Příloha A A.1 Použité vztahy Reynoldsovo kritérium : Re = 4V ρ πdη Tlaková ztráta pro laminární proudění : λ = 64 Re p = 512V 2 ρl π 2 d 5 Re Tlaková ztráta pro přechodnou oblast : p = lρv 2 Re 1/4 d 5 Tlaková ztráta pro turbulentní proudění : Kde : X = 2log( 2,51πηd 4V ρ X + 0, 28 ɛ d ) p = 8lV 2 ρ X 2 π 2 d 5 V je průtok v m 3 /s d je průměr v m l je délka v m ρ je hustota v kg/m 3 η je dynamická viskozita v P as ɛ je absolutní drsnost v m p je tlaková ztráta v P a 19

21 A.2 Použité matematické metody Vztahy pro výpočet tlakové ztráty v laminární a přechodné oblasti vedou přímo k cíli - stačí dosadit hodnoty do výše uvedených vzorců. V případě turbulentního proudění je zapotřebí řešit obecnou rovnici s jednou neznámou (X =...). V programu je pro získání řešení použita metoda půlení intervalu. Výchozí interval je [0;100000] a přesnost získaného kořene je Výše uvedené metody jsou použity pro výpočet kapalin. V případě plynného média jsou nejdříve přepočteny parametry průtoku a hustoty dle stavové rovnice ideálního plynu podle hodnoty vstupního tlaku. Po výpočtu p je polovina této hodnoty odečtena od vstupního tlaku a podle této korigované hodnoty je výpočet opakován s výslednou hodnotou (není použita hlubší iterace - pro technickou praxi a přesnost výsledků to ovšem není na závadu). 20

22 Příloha B B.1 Tabulky fyzikálních vlastností některých kapalin a plynů Pro ty, kteří raději listují v písemnostech uvádím zde použité tabulky fyzikálních hodnot (obsažené v programu). B.1.1 Tabulka dynamické viskozity a hustoty kapalin při 20 o C Kapalina Viskozita Hustota 10 3 [P as] [kgm 3 ] Aceton 0,33 789,9 Anilin 4, Benzín 0, Benzen 0, Diethylether 0, Ethanol 1,20 789,3 Glycerol 1480, Chloroform 0, Kyselina dusičná 0, Kyselina mravenčí 1, Kyselina sírová 25, Methanol 0,58 791,7 Olej olivový 84,0 910 Olej ricínový 987,0 960 Olej terpentýnový 1, Olej transformátorový 31,6 866 Rtuť 1, ,04 Tetrachlormethan 0, Toluen 0,

23 B.1.2 Tabulka dynamické viskozity a hustoty různých plynů při 0 o C Plyn Viskozita Hustota 10 6 [P as] [kgm 3 ] Acetylen 9,35 1,147 Amoniak 9,18 0,75 Argon 20,96 1,759 Dusík 17,07 1,234 Ethan 8,48 1,24 Ethen 9,07 1,235 Chlor 12,97 3,12 Chlorovodík 13,85 1,605 Kyslík 18,9 1,409 Methan 10,26 0,707 Oxid dusnatý 17,8 1,323 Oxid dusný 13,5 1,938 Oxid siřičitý 11,58 2,82 Oxid uhelnatý 16,6 1,234 Oxid uhličitý 13,9 1,951 Sirovodík 11,66 1,501 Vodík 8,35 0,

24 B.1.3 Hustota suchého vzduchu Teplota Hustota [ o C] [kgm 3 ] -50 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,029 2 B.1.4 Viskozita vzduchu při 1, bar Teplota Dynamická viskozita [ o C] 10 5 [P as] 0 1, , , , , , , , ,55 23

25 B.1.5 Tabulka závislosti hustoty vody na teplotě Teplota Hustota [ o C] [kgm 3 ] 0 999, , , , , , , , , , , , ,350 B.1.6 Dynamická viskozita vody v závislosti na teplotě Teplota Dynamická viskozita [ o C] 10 3 [P as] 0 1, , , , , , , , , , , ,282 24

26 Příloha C C.1 Drsnosti potrubních materiálů Na doplnění ještě tabulka s drsnostmi. C.1.1 Drsnost materiálů potrubí Materiál Drsnost [mm] beton drsný 1,0-3,0 beton hlazený 0,3-0,8 dřevo 0,2-2,5 litina asfaltovaná 0,1-0,2 litina mírně korodovaná 1,0-1,5 litina nová 0,3-1,0 litina značně korodovaná 1,5-3,0 ocel bezešvá, mírně korodovaná 0,2-0,3 ocel bezešvá, nová 0,1-0,2 ocel bezešvá, značně korodovaná 0,5-1,0 ocel nýtovaná 0,9-9,0 pozinkované trubky 0,1-0,2 sklo 0 tažená měď, olovo, mosaz 0,01-0,05 25