Коэффициент трения и режим: как считать
Коэффициент трения λ определяет потери в формулах (3) и (4) СП 42-101-2003, а сам зависит от режима течения. Число Рейнольдса записано в единицах газовиков — формула (5): Re = 0,0354·Q₀/(d·ν), где Q₀ м³/ч, d см, ν — кинематическая вязкость при нормальных условиях, м²/с (для природного газа около 1,4·10⁻⁵). Затем проверяют гладкость стенки по условию (6): Re·n/d < 23, где n — эквивалентная абсолютная шероховатость: 0,01 см новая сталь, 0,1 см бывшая в эксплуатации, 0,0007 см полиэтилен независимо от срока.
Формулы (7)–(11): при Re ≤ 2000 ламинарный режим, λ = 64/Re; при 2000–4000 критический, λ = 0,0025·Re^0,333; при Re > 4000 и гладкой стенке — 0,3164/Re^0,25 до Re = 10⁵ и 1/(1,82·lg Re − 1,64)² выше; при шероховатой стенке — λ = 0,11·(n/d + 68/Re)^0,25 (формула Альтшуля). Пример: Сталь 57×3 (d 5,1 см), 20 м³/ч — Re = 9 708, Re·n/d = 19 < 23 для новой стали, стенка гладкая, λ = 0,0319. Для трубы после 10 лет (n = 0,1) Re·n/d = 190 — шероховатый режим, λ = 0,0444: потери на треть выше при том же расходе.
Границы режимов удобно видеть в расходах: для этой трубы ламинарное течение заканчивается при 4,12 м³/ч (Re 2000), критическое — при 8,24 м³/ч (Re 4000), а гладкая стенка новой стали остаётся гладкой до Re = 23·d/n = 11 730, то есть до 24 м³/ч; выше — формула (11). Для полиэтилена с n = 0,0007 стенка практически всегда гладкая, и λ убывает с ростом Re — ещё одна причина меньших потерь ПЭ-труб.
Число Рейнольдса и λ по расходу в трубе Сталь 57×3
Три шероховатости: новая сталь 0,01, старая 0,1 и полиэтилен 0,0007 см.
Шероховатость, режим и потери
20 м³/ч на 100 м — как стареет труба.
Расчётные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удалённого прибора) принимаются не более 180 даПа, в том числе в распределительных газопроводах 120 даПа, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах — 60 даПа.— СП 42-101-2003, п. 3.25
Как считать и что проверить
- Вязкость берите при нормальных условиях — так записана формула (5); для природного газа ν ≈ 1,4·10⁻⁵ м²/с, для паровой фазы СУГ в 3–4 раза меньше.
- Шероховатость новой стали 0,01 см действует лишь первые год-два; для проектирования принимайте 0,1 см — режим станет шероховатым, λ вырастет.
- Ламинарный и критический режимы в реальных газопроводах редки (расход единицы м³/ч в трубе 50 мм) — почти всегда работают формулы (9)–(11).
- При Re > 10⁵ для гладких труб используйте формулу (10), а не (9): формула Блазиуса выше 10⁵ занижает λ.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе газопровода; водяные сети считаются в гидравлическом расчёте трубопровода, арматура — в расчёте Kv для газа и пара.
- СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб» — расчётные расходы (3.18–3.20, табл. 2–5), допустимые потери (3.25), формулы падения давления (3.27–3.31), скорости (3.38), предварительный диаметр (3.39), сортамент и номограммы (прил. Б). Госстрой России. 2003. ↗ ссылка
- Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления — формулы коэффициента трения для гладких и шероховатых труб. Недра. 1982.
- СНиП 2.04.08-87* «Газоснабжение» — исходные формулы гидравлического расчёта и коэффициентов одновременности, унаследованные СП 42-101. Госстрой СССР. 1987.
- Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям — коэффициенты местных сопротивлений отводов, тройников, арматуры. Машиностроение. 1992.
