Opory przepływu wody w stalowych rurach perforowanych

WYZSZA SZKOŁA IN2YNIERSKA IM. JURIJA GAGARINA W ZIELONEJ GORZE • ZESZYTY NAUKOWE NR 84

Nr 4 IN2YNIERIA ŚRODOWISKA 1988

Teresa L. Nowak

OPORY ^PRZEPŁYWU WODY W STALOWYCH RURACH PERFOROWANYCH

Oznaczenia:

a - szerokość szczeliny, mm b- długość szczeliny, mm Ow - średnica wewnętrzna rury, mm Re- liczba Reynolds'a

kz - zastępcza chropowatość według Nikuradse ·go, mm

i\. - współczynnik oporów liniowych w rurze pełnościennej

~p - współczynnik oporów liniowych w rurze perforowanej otworami okrągłymi

Aps - współczynnik oporów liniowych w rurze perforowanej szczelinowo

f -

przepuszczalność ścianek rury perforowanej (stosunek całkowitej powierzchni otworów do wewnętrznej powierzchni rury)

Rury perforowane stosuje się w wielu urządzeniach hydrotechnicznych i instalac~

jach przemysłowych (ujęcia wody, melioracje i inne). Rury osiągają w nich dość dute długości, dochodzące nawet do 100 metrów. Przy projektowaniu tych urządzań i instala- cji należy poznać zjawiska hydrauliczne, występujące w rurze perforowanej podczas

przepływu przez nią wody, zwłaszcza wielkość oporów tarcia. Te zaś charakteryzuje

~łczynnik oporów liniowych J\.

Do tej pory opracowano wzory i formuły opisujące współczynnik oporów AP dla perforacji okrągłej i różnych wariantów rozmieszczenia otworów

[3],

natomiast w lite- raturze nie ma prac opisujących wyznaczenie wartości współczynnika oporów przy prze- Pływie wody pod ciśnieniem przez prostoosiowe, stalowe rury o perforacji szczelinowej Pełnym przekrojem. A perforacja szczelinowa umożliwia uzyskiwanie dutego stopnia prze- puszczalności ścianek i jest obecnie bardzo szeroko stosowana.

W celu zbadania oporów występujących przy przepływie wody przez rury perforowane szczelinowo, wykonano stanowisko doświadczalne, złożone z wymiennego odcinka pomiaro- wego, zbiornika dolnego, górnego, mierniczego, ~ obiegowych i koniecznegc-osprzętu

[~ ;

Badane

były

rury stalowe o

średnicy wewnętrznej

60, 32 mm i

grubości

2,1 mm,

0 otworacn nacinanych rónolegle do osi rury.

Szczegółowe badania prz3pływu wody przez zamknięte rury pełnościenne, przeprowa- dzo;•e Przez O. Reynolds ·a 1 J, Nikuradse go i i mych [l, ij wykazały, że na wartość

~ółczyn~i~a oporów liniowych Ą wpływa szereg czynn1ków w zależności od rodzaju 123

124

1,2

&.l

• ••

•

8,0

TERESA L. t()WAK

• ^• ·- ^•

•• •• ^• -·

. ^.-"'

..". .

. _.,.,.

,

•

't2

1«10 ,... 3

a. ,

-· ^b - ^s

•

Opory ^{przepływu wody •..}

-

••

•

o o

••

o

o o

o oo o

125

4,Q,..._~!---- ^... ---+----+---...._--... ---+--... -

' ) 4,4 4,8 5,0

Rys. 2. Zale2n0ść 'A ^{= f} ( R e) ól a badanej rury o przepusz czalności śc1a.'"i<i 1 ) \

5,2 log Re

•

1 26

1, &

6,8

6,4

6,0

s;.

5,2

4.8

4,4

seri o ^IY 13

Q - 1

o - ^1S

T E RESA L . NOWAK

4,8 5,0

R)ls . 3 . Zale~ność ~ ^{ps ,. f} ( Re) dla badanych rur o przepuszczalności ścian 19\

~2 _log Re

128

rr 1

&,0

5,6

5.2

•

4 , 4

'

TERESA L. NOW AK

t - seria "_. 12 ₁ o · b ,. 90 mn.Z 1 ° / ^{b : 1 / 5}

• - pe ~oeja d<r9'Jła • G3 ,..2

• ••

•

4,2

• _• ••

4,4 _4,6

••

Rys . S . Zale!no~ć J. ps = ! ( Re ) dla badanej rury o przepuszcalnośei

~iank i 12\ ⁱ otworach o proporcji bokdw' 1/ 5 ^araz z~tla ~ .AP : ^!(Re),

ł = ^{12\ i} ś rednicy otworów pertoracji 9,0 mm

Opory przepywu wody ... ₁₂₉

ruchu ciec zy . W warunkach ruchu turbulentnego przy zmienne j chropowatości hydraulicz- nej rur, współczynnik .A jest funkcJą liczby Re ynolds ' a i chropowatości względnej ru - ry. Is tnieje jed nak wiele formuł na obliczanie współ c zynnika oporów l in iow ych. Różne

wr ni ki badań, uzyskane przez w ielu b~daczy, świadczą o tym, te w strefie zmienne j

chrop owa tości hydraul iczne j nie ma formuły jednoznacznie op i s uj ącej zależność

~ ^{= .l\ (Re ,} ~ć J . ^{Wynika t e} prawdopodobnie z pomini ę cia ^{w nich} wpływu nierówności

w

i icn wza j emnego rozmieszczen ia na war tość współcz ynnika /l .

Aby uniknqć błędów i poprawni e określić wpływ perforacj i szcze li nowe j na współ­

cz ynnik oporów liniowych Ap S badanych rur o perforacj i szczelinowej, rozpo cz ęto

pom 1ary od wyznaczenia współczynnika J\ dla rur pełnościennych przed w ykonaniem ich perforac ji . Wyniki pomiarów przedstawiono na rysunk u 1 .

Nas tępnie zbadano oporność rur perforowanych. Przygoto wano 15 kombinacj i perf o- racji s zczelin przy zachowaniu przepuszczalnośc i ścianek . 3 % , 12%, 19% [21, -

S zczeliny rozmieszczono m powierzchrli ~ury w postaci pasów podłużnych o Z'ftięk­

sza jqcej si ę ich liczbie w zależności od wymaganego stopnia przepuszcza l nośc i ścia­

nek ~ ^, przy zachowaniu stałych odległości między osiami szczelin. Dla każde j prze-

puszc zalności ścianek, przy zachowaniu powierzchni pojedynczej szczeliny, zmienia ł

się ^{stosunek boków} ~ ^{w zakresie} 1 ^{~ ,} 1 ^{~, ł} . ^Ola przepuszczalności śc ia nek ^3\

i 12\ zmieniała się również powierzchnia pojedynczej szczeliny ( 90 mm2 i 120 mm 2) . Miało to ^na celu zbadanie wpływu powierzchni otworu przy ustalonym stosunku boków ~

i wPływu s tosunku boków dla danej powierzchni otworu na wartość współczynnika oporów liniowych 1\. •

p s

Badane rury perforowane owinięte były na zeewnątrz foli ą polietylenowq. Uniemoż-

liwił o to wypływ wody na zewnątrz lub dopływ od zewnątrz do wnętrza badanej rury

przez szczeliny, tym samym strumień wody miał stałe natężenie i nie zmie niał s w ojej

liiasy.

W trakcie pomiarów liczba Reynolds : a wahała się ^w granicach 2 x 10 4 -

Przepływ wody odpowiadał warunkom ruchu burzl~wego w strefie przejściow ej.

liarćw przedstawiono na rys . 2, 3, 4, 5.

1.3 X 10 5 .

Wyniki po-

Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że perforacja rur w formie szczelin

~ je wzrost hydraulicznej chropowatości ścianek rury, gdyż wartości współczynnika

Aps rur s talowych perforowanych szczelinowo, sq większe ^od wartości współczynnika

~ taki en samych :rur pełnościEn1ych. Różnice między wartościami J\.ps a ~ r.cięl<sz.a­

Ją się wraz ze wzrostem przepuszczalności f ^ścianek (rysunki l, 2, 3, 4) .

Wartość współczynnika ~ zalety od stopnia przepuszczalności ' śeianek oraz

p s

5 ~unku S ^dł ugości boków szczelin. Przy zachowaniu jednakowego stopnia przepusz-

CZalności ścianek i jednakowej powierzchni poszczególnych szczelin wartość w spół cz yn­

nika .i\. ps rośnie wraz ze wzrostem wartości ^stosunku boków szczelin h;, ₁ ^{~, ~].}

Prz y zachowaniu jednakowej wielkośc i i pow ierzchni szczeliny, wartość współ c z yn­

nika _{· ~} A roś n ie ^wraz ze ^wzrostem przepuszczalnośc i ^A. ś cianek ^{rury. Ola} ~ ^{= 3\}

PS T T

1 r ^{= 12 \ oraz j e dnak owego s t osunku boków ,} wartość ^1\ps rośnie ^{w raz ze w zrostem}

llowierzc.~ l. PD.)edyncze j szcze liny. WartośCi współczym ika ~rów ^{l iniD'!t'-' O:h i\ pS}

130 ^{TERESA L . NOWAK}

rótn iói _się ad _{warto ~ kl} Jt p (dl e rur o oecfor3cji ok:ręgłeJ), ul<reślar.yci1 dla ia en-

tyczn ych wartości ł (rysunek 5" ).

Z przeprowadzonych badań wynika , że do obliczeń hyara ul i cznych rur perfor~wa­

n ych szczelinowo nie można stasować formuł odnos z~cych się do r ur pe rf orowanych ^o~­

rami ^{okrągły mi.}

Li terat ura

[ l] M ielcar zewicz t. W . - O blicza nie systemów zaopatrzeni a w wooę, Arkady , 1977.

[<] Nowak T . L . - Badania laboratoryjne oporności hydrauliczne j rur perforow anych s zczelinowo, Praca doktorska, folitechn ika ^{Wrocławska ,} 1986.

[:i] Nowak T .L. - Przepły w cieczy w rurach perforowany ch w świetle dotychczasowych

badań . Zeszyt Naukowy Inzynierii Srodowiska, WSint. , nr J, 1985.

[ 4 ] Nowak T ^{.L. -} Stanowisko do badań oporności hydrauliczne j ^rur szczelinowo -perforo- wanyCh. Z eszyt Naukowy Inżynier i i ~rodowiska. WSint., nr J, 1985.

( 5] Siwoń Z. - Badania modela~ warunków przepływu wody w perforowanych filtrach

ujęć promien is tych. Praca doktorska, Politechni ka Wrocławska, 1971.

[ 6 ] Siwoń Z . - Burzliwe przepływy cieczy w ru rach perforowanych ^w warunkach nieciąg·

łej zmiany masy strumienia . Monogl'afia nr 10, Poli technika 'Wrocławska, 1976.

Dr int. Teresa L. Nowak - Wyższa Szkoła Inżynierska w Zielonej Górze.