Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1 Közműellátás 3. gyakorlat Körvezeték hálózatok hidraulikai méretezése Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Közműellátás 3. gyakorlat Körvezeték hálózatok hidraulikai méretezése Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány."— Előadás másolata:

1 1 Közműellátás 3. gyakorlat Körvezeték hálózatok hidraulikai méretezése Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich@witch.pmmf.hu PTE PMMIK Környezetmérnöki Szak (BSC)

2 Hálózat hidraulikai számítások feladata Hidraulikai számításokkal az alábbiak meghatározása szükséges:  Vezeték átmérők meghatározása  Hálózati szakaszok mértékadó szállító vízszállításának meghatározása  Áramlási sebességeket (maximális és minimális értékek)  Hálózati nyomás maximális és minimális értékét  Ezekkel összefüggésben: Magas tározó magassági helyzetét Hálózati szivattyúk kiválasztását 2

3 A hálózat hidraulikai számítások jellege A méretezés ellenőrző jellegű, iteratív folyamat. Először célszerű a fővezetéket és a magas tározót közelítőleg méretezni. Majd ez alapján becsülhetőek az ellátó hálózat átmérői. A rendszert először egy üzemállapotra kell méretezni. Ezt követi a különböző üzemállapotokban a hálózat viselkedésének ellenőrzése. 3 Kiindulási adatok felvétele (csőátmérő, tározó magasság) Ellenőrző hidraulikai számítások (sebességek, hálózati veszteségek, nyomásviszonyok)

4 Hálózathidraulikai alapfogalmak Ág (szakasz): Két csomópont közötti szakasz Csomópont:  Kettőnél több ág találkozásánál  Átmérő váltásnál  Nagyfogyasztó leágazásánál Gyűrű (hurok): ágak önmagukba záródó sorozata 4

5 A hálózat hidraulikai terhelései A vízigény számítás és a vízigények területi eloszlásának ismeretében ki kell osztani a hálózat hidraulikai elemeire eső vízfogyasztásokat A kis fogyasztókat hálózati ágak mentén egyenletesen kiadottnak tekintjük (területegységre, vagy hosszra fajlagosított fogyasztás) A nagy fogyasztók vízigényét csomópontban adjuk ki a hálózatból (koncentrált fogyasztás) Vízszállítás meghatározásának alapelve: Egy ág vízszállítása megegyezik az ág végén lévő csomópontban átadott vízmennyiség és az ág hossza mentén elfogyasztásra kerülő vízmennyiség összegével. 5

6 Súrlódási veszteség számítása Közismert kiindulási képletek:  Hossz-menti veszteség:  Ellenállási tényező Colebrook-White szerint: 6 Az ivóvíz hálózatokat általában hidraulikai szempontból hosszú csővezetékként értelmezzük.

7 Hossz-menti veszteség egyszerűsített számítása Valóságban a vezeték hossza mentén változik a vízhozam → változik a sebesség → változik a λ → kettős iterációt igénylő egyenletrendszer Kézi számításoknál egyszerűsítések tehetők (többféle módszer lehetséges) λ=állandó feltételezésével, adott hosszúságú ágra: 7

8 Az egyszerűsítés hibájának mértéke 8 D=100 mm-es csőátmérő és v=1,0 m/s-hoz tartozó állandó λ feltételezésével elkövetett hiba mértéke Reális hálózati cső- érdesség: k=0,03-3.0 mm Azoknál a vezetékeknél ahol Q bizonytalansága jelentős (ellátó vezetékek), ez a módszer használható! Ahol Q bizonytalansága kisebb mértékű (fővezetékek, távvezetékek) pontos, iteratív számítás szükséges

9 Vízhozam kiosztása ellátó vezetékszakaszokon I. Probléma felvetés: ellátó vezetékszakaszon minden vízbekötés után változik a vízhozam → a vízbekötések kiosztására általában nincs mód (modell egyszerűsítés) Egyszerűsítés: állandó Q feltételezése az ellátó vezeték hossza mentén. Kétféle megoldási mód lehetséges: 1)Az ág mentén elfogyasztott vízmennyiséget (Q 1 ) az ág végén koncentráltan adjuk ki 2)Az ág mentén elfogyasztott vízmennyiséget 50%-50% arányban szétosztjuk az ág két végén 9

10 Vízhozam kiosztása ellátó vezetékszakaszokon II. Q: az ágon átvezetésre kerülő vízhozam Q 1 : az ág mentén elfogyasztásra kerülő vízhozam h: valós veszteségmagasság h’: számított veszteség magasság az ág végére koncentrált Q 1 esetén h”: számított veszteség magasság az ág mindkét végére szétosztott Q 1 esetén 10 - Q/Q 1 >5 felett mindkét módszer pontos - h”/h minden esetben pontosabb eredményt ad, mint h’/h → hálózati veszteség számítására Q+0,5Q 1 vízhozam értékkel célszerű számolni!

11 Ágvezeték hálózatok vízszállítása 11 Kirchhoff első törvénye: k: csomópontok száma w: ágak száma w=k-1 Ismerni kell: -vagy a fogyasztóknak kiadásra kerülő vízmennyiségeket - vagy a rendszerbe betáplált vízmennyiséget (k-1) db egyenlet írható fel, melyből számítható az összes ág vízszállítása A vízszállítás ismeretében számítható az ágankénti veszteség. A csomópontba érkező és a csomópontból távozó vízhozamok előjeles algebrai összege zérus

12 Átvágásos módszer Körvezetékes hálózathoz a kezdeti csőátmérők felvételére alkalmazható gyors kézi számítási eljárás 12

13 Körvezeték hálózatok (gyűrűk) vízszállítása I. 13 Kirchhoff első törvénye: Kirchhoff második törvénye: A gyűrűt bármely helyen ketté osztva a nyomásveszteségek előjeles algebrai összeg zérus Ha a gyűrű körüljárási iránya megegyezik az áramlási iránnyal akkor h v -t pozitív, ha ellentétes akkor negatív előjelűnek tekintjük!

14 Körvezeték hálózatok (gyűrűk) vízszállítása II. Az egyenletrendszer iterációval megoldható! 14 k: csomópontok száma w: ágak száma → w=k-1 m: gyűrűk száma → m=w-k+1 k-1 db egyenlet írható fel (minden ágra) m db egyenlet írható fel (minden gyűrűre) Kétféle megoldási módszer használatos: - veszteség kiegyenlítés (Cross-módszer) - hozam kiegyenlítés Felírható egyenletek száma: N=k-1+m+k-1=k-1+w-k+1+k-1=2w Ismeretlenek száma: 2w - ágankénti vízszállítás: w - ágankénti veszteség: w k-1 db egyenlet írható fel (minden ágra)

15 Egyenletrendszer megoldása Cross- módszerrel (veszteség kiegyenlítés módszere) I. 1. lépés: felvesszük önkényesen az egyes ágakban kialakuló vízhozamokat, úgy hogy csomóponti feltétel teljesüljön. 2. lépés: A gyűrű feltétel ebben az esetben nem teljesül. Ezért ∆Q mennyiséggel a vízhozamokat korrigálni kell! 15 Végezzük el a négyzetre emelést és ∆Q 2 tagokat hanyagoljuk el: Ebből ∆Q-t kifejezve:

16 Egyenletrendszer megoldása Cross-módszerrel (veszteség kiegyenlítés módszere) II. 3. lépés: ∆Q vízhozamokkal javítva a gyűrű ágait a gyűrűben a kiegyenlítést elvégezzük → Ez azonban elmozdítja a csatlakozó gyűrű(k) kiegyenlítettségét 4. lépés: 1-3 lépések az összes gyűrűn végig számítandóak. Az iterációt addig kell ismételni míg az összes gyűrű kiegyelítődik 5. lépés: sebességek ellenőrzése, csőátmérők korrekciója Az 5. lépés után az egész folyamat elölről kezdődik, és ez még csak egy üzemállapot vizsgálata volt 16

17 Egyenletrendszer megoldása hozam kiegyenlítés módszerével 1. lépés: csomóponti nyomások felvétele gyűrűfeltétel fenntartásával. 2. lépés: Az ágak vízszállításának számítása. Csomóponti feltétel nem teljesül. 3. lépés: vízhozamok algebrai összegének számítása. 4. lépés: Veszteségek korrigálása. Korrekciós tag: 17

18 1. feladat I. Az alábbi ábra egy egyszerű körvezeték adatit tartalmazza:  A. Számítandó az 1-es és 2-es jelű csővezeték vízszállítása ha Q=40 l/s és a helyi veszteségek elhanyagolhatóak. A cső- érdesség k=1 mm.  B. Mekkora hibát vétünk, ha 1 m/s sebességhez tartozó λ értékkel számolunk? 18

19 1. feladat II. 19 Kezdeti érték felvétel Kiindulási adatok (1-es ág):Kiindulási adatok (2-es ág): Q 1 (l/s)10(felvéve)Q 2 (l/s)-30(felvéve) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)1.27v 2 (m/s)-0.42 Re 1 127389Re 2 -127389 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75 1. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág): 1. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λ jobb oldalbal oldalλ jobb oldalbal oldal 0.02005.097.070.02006.247.07 0.03865.105.090.02576.226.24 0.03845.10 0.02586.22

20 1. feladat III. 20 Nagykörös iteráció 1. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 31799.58C2C2 65.98 h v1 (m)3.18h v2 (m)-0.06 C 1 *Q 1 318.0C 2 *Q 2 -2.0 C 1 *Q 1 *|Q1|3.18h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.06h v2 (m) ∆Q (l/s)-4.94 Q 1 (l/s)5.06Q 2 (l/s)-34.94 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.64v 2 (m/s)-0.49 Re 1 64492Re 2 -148354 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

21 1. feladat IV. 21 2. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1- es ág): 2. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2- es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal 0.02005.057.070.02006.217.07 0.03925.085.050.02596.206.21 0.03885.08 0.02606.20 Nagykörös iteráció 2. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 32050. 46C2C2 66.41 h v1 (m)0.82h v2 (m)-0.08 C 1 *Q 1 162.3C 2 *Q 2 -2.3 C 1 *Q 1 *|Q1|0.82h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.08h v2 (m) ∆Q (l/s)-2.31 Q 1 (l/s)2.75Q 2 (l/s)-37.25 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.35v 2 (m/s)-0.53 Re 1 35007Re 2 -158183 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

22 1. feladat V. 22 3. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág): 3. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldal bal oldalλjobb oldalbal oldal 0.02004.997.070.02006.217.07 0.04025.034.990.02596.196.21 0.03955.03 0.02616.19 Nagykörös iteráció 3. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 32690.81C2C2 66.62 h v1 (m)0.25h v2 (m)-0.09 C 1 *Q 1 89.8C 2 *Q 2 -2.5 C 1 *Q 1 *|Q1|0.25h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.09h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.88 Q 1 (l/s)1.86Q 2 (l/s)-38.14 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.24v 2 (m/s)-0.54 Re 1 23747Re 2 - 161936 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

23 1. feladat VI. 23 4. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág):4. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal 0.02004.927.070.02006.207.07 0.04134.984.920.02606.196.20 0.04034.98 0.02616.19 Nagykörös iteráció 4. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 33350.55C2C2 66.62 h v1 (m)0.12h v2 (m)-0.10 C 1 *Q 1 62.2C 2 *Q 2 -2.5 C 1 *Q 1 *|Q1|0.12h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.16 Q 1 (l/s)1.70Q 2 (l/s)-38.30 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v 2 (m/s)-0.54 Re 1 21718Re 2 -162612 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

24 1. feladat VII. 24 5. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág):5. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal 0.02004.917.070.02006.207.07 0.04154.974.910.02606.196.20 0.04054.97 0.02616.19 Nagykörös iteráció 5. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 33484.89C2C2 66.62 h v1 (m)0.10h v2 (m)-0.10 C 1 *Q 1 57.1C 2 *Q 2 -2.6 C 1 *Q 1 *|Q1|0.10h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)0.00 Q 1 (l/s)1.71Q 2 (l/s)-38.29 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v 2 (m/s)-0.54 Re 1 21762Re 2 -162597 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

25 1. feladat VIII. (A feladatrész vége) 25 Q 1 =10 l/s Q 1 =5.06 l/s Q 1 =2.75 l/s Q 1 =1.86 l/s Q 1 =1.70 l/s Q 1 =1.71 l/s Q 2 =-30 l/s Q 2 =-34.94 l/s Q 2 =-37.25 l/s Q 2 =-38.14 l/s Q 2 =-38.30 l/s Q 2 =-38.29 l/s

26 1. feladat IX. – B feladatrész v=1 m/s feltételezésével fixáljuk λ-t mindkét csőátmérőre 26 Kezdeti érték felvétel Kiindulási adatok (1-es ág):Kiindulási adatok (2-es ág): Q 1 (l/s)10(felvéve)Q 2 (l/s)-30(felvéve) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)1.27v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.42v1 (λ)1 Re 1 127389Re1 (λ)100000Re 2 -127389Re1 (λ)300000 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75 Kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág):Kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal 0.02005.087.070.02006.047.07 0.03885.105.080.02746.216.04 0.03845.10 0.02596.226.21

27 1. feladat X. 27 Nagykörös iteráció 1. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 31799.58C2C2 66.20 h v1 (m)3.18h v2 (m)-0.06 C 1 *Q 1 318.0C 2 *Q 2 -2.0 C 1 *Q 1 *|Q1|3.18h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.06h v2 (m) ∆Q (l/s)-4.94 Q 1 (l/s)5.06Q 2 (l/s)-34.94 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.64v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.49v1 (λ)1 Re 1 64495Re1 (λ)100000Re 2 -148353Re1 (λ)300000 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

28 1. feladat XI. 28 Nagykörös iteráció 2. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 31799.58C2C2 66.20 h v1 (m)0.82h v2 (m)-0.08 C 1 *Q 1 161.0C 2 *Q 2 -2.3 C 1 *Q 1 *|Q1|0.82h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.08h v2 (m) ∆Q (l/s)-2.31 Q 1 (l/s)2.75Q 2 (l/s)-37.25 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.35v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.53v1 (λ)1 Re 1 35021Re1 (λ)100000Re 2 -158178Re1 (λ)300000 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

29 1. feladat XII. 29 Nagykörös iteráció 3. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 31799.58C2C2 66.20 h v1 (m)0.24h v2 (m)-0.09 C 1 *Q 1 87.4C 2 *Q 2 -2.5 C 1 *Q 1 *|Q1|0.24h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.09h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.87 Q 1 (l/s)1.88Q 2 (l/s)-38.12 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.24v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.54v1 (λ)1 Re 1 23889Re1 (λ)100000Re 2 -161888Re1 (λ)300000 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

30 1. feladat XIII. 30 Nagykörös iteráció 4. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 31799.58C2C2 66.20 h v1 (m)0.11h v2 (m)-0.10 C 1 *Q 1 59.6C 2 *Q 2 -2.5 C 1 *Q 1 *|Q1|0.11h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.14 Q 1 (l/s)1.74Q 2 (l/s)-38.26 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.54v1 (λ)1 Re 1 22148Re1 (λ)100000Re 2 -162469Re1 (λ)300000 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

31 1. feladat XIV. 31 Nagykörös iteráció 5. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C1 31799.58C2C2 66.20 h v1 (m)0.10h v2 (m)-0.10 C 1 *Q 1 55.3C 2 *Q 2 -2.5 C 1 *Q 1 *|Q1|0.10h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)0.01 Q 1 (l/s)1.75Q 2 (l/s)-38.25 d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.54v1 (λ)1 Re 1 22243Re1 (λ)100000Re 2 -162437Re1 (λ)300000 k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

32 1. feladat XV. 32 Q 1 =10 l/s Q 1 =5.06 l/s Q 1 =2.75 l/s Q 1 =1.86 l/s Q 1 =1.70 l/s Q 1 =1.71 l/s Q 2 =-30 l/s Q 2 =-34.94 l/s Q 2 =-37.25 l/s Q 2 =-38.14 l/s Q 2 =-38.30 l/s Q 2 =-38.29 l/s „A” Q 1 =10 l/s Q 1 =5.06 l/s Q 1 =2.75 l/s Q 1 =1.88 l/s Q 1 =1.74 l/s Q 1 =1.75 l/s „B” Q 2 =-30 l/s Q 2 =-34.94 l/s Q 2 =-37.25 l/s Q 2 =-38.12 l/s Q 2 =-38.36 l/s Q 2 =-38.25 l/s „B”

33 2. feladat I. 33

34 2. feladat II. 34

35 2. feladat III. 35

36 2. feladat IV. 36

37 Nyomás hossz-szelvény és vízellátó hálózat 37

38 Mértékadó sebességek a csőhálózatban Ajánlott sebességek az elosztó hálózatban: 0,6 - 0,8 m/s Ajánlott sebességek a főelosztó és fővezeték hálózatban: 0,8 – 1,8 m/s Maximális sebesség a főnyomócsövekben: 2 m/s Maximális sebesség max. tűzoltás és fogyasztás esetén az elosztó hálózatban: 3 m/s Minimális áramlási sebesség: 0,4 m/s 38

39 Mértékadó üzemállapotok és vezetéktípus kapcsolata 39

40 Szivattyú választás és csőhálózat hidraulika kapcsolata I. 40 Vezetéki jelleggörbe Csőhálózati jelleggörbe

41 41 Felhasznált irodalom György István (szerk): Vízügyi létesítmények kézikönyve. Műszaki könyvkiadó Budapest1974. Darabos Péter – Mészáros Pál: Közművek. Digitális jegyzet. Budapest 2004. Öllős Géza: Vízellátás K+F eredmények. VDSZ, Budapest, 1987. Török László: Vízellátás (szakmérnöki) oktatási segédanyag. Török László: Vízellátás (szakmérnöki) oktatási segédanyag. Bozóky-Szezsich-Kovács-Illés: Vízellátás-csatornázás tervezési segédlet. Műegyetem kiadó, Budapest, 1999. Györei Lászlóné: Közműépítés II. Példatár. Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest. Görözdi – Major – Zsuffa: Vízgazdálkodás példatár. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1983. Öllős Géza: Vízellátás-csatornázás. Alkalmazott hidraulika. Tankönyvkiadó, Budapest, 1971. Buzás Kálmán: Települések vízellátása. Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest, 1991.

42 42 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!


Letölteni ppt "1 Közműellátás 3. gyakorlat Körvezeték hálózatok hidraulikai méretezése Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány."

Hasonló előadás


Google Hirdetések