Проблема гідравлічного розрахунку напірних розподільних трубопроводів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246852

Ключові слова:

напірний розподільний трубопровід, напірний рух рідини зі змінною шляховою витратою

Анотація

Більшість виробничих технологій потребують рівномірної шляхової роздачі рідини з напірних розподільних трубопроводів. Для досягнення цієї мети запропоновано уводити у потік рідини полімерні додатки або виготовляти конфузорні розподільні трубопроводи з неперервною поздовжньою щілиною у стінці. Для зменшення нерівномірності роботи розподільного трубопроводу при дискретній роздачі рідини запропоновано застосовувати циліндричні поворотні вихідні насадки з бічним ортогональним входом струменя у насадку. Проблемою є відсутність методів точного гідравлічного розрахунку роботи розподільних трубопроводів. Адекватні методи розрахунку ґрунтується на диференціальних рівняннях.

Актуальним є знаходження точного розв’язання диференціального рівняння руху рідини зі змінною шляховою витратою для дірчастих розподільних трубопроводів, бо досі його не існує. Наявні методи розрахунку ураховують тільки прямі кути від’єднання струменів від потоку у розподільному трубопроводі. Ці методи засновано на допущеннях, що коефіцієнт гідравлічного тертя та коефіцієнт опору вихідних отворів незмінні уздовж потоку. Запропоновано метод розрахунку, який ураховує змінювання значень цих коефіцієнтів опору уздовж розподільного трубопроводу. Також ураховано кінематичні та фізичні характеристики потоку, котрий омиває розподільний трубопровід зовні. Експериментально перевірено точність розрахунків значення витрат води, котра роздається з розподільного трубопроводу. Похибка обчислень витрат води методом, який допускає, що значення коефіцієнтів опору незмінні уздовж розподільного трубопроводу, сягає 18,75 %. За запропонованим методом розрахунку ця похибка не перевищує 6.25 %. Однак, обидва методи придатні для розрахунку напірних розподільних трубопроводів за умови, що кути від’єднання струменів прямі.

Урахування змінювання від 90° до 360° кута від’єднання струменів від потоку у розподільному трубопроводі розширить границі застосування та точність розрахункових методів

Біографії авторів

Volodymyr Cherniuk, The John Paul II Catholic University of Lublin

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Environmental Engineering

Institute of Environmental Engineering

Роман Маріянович Гнатів, Національний університет “Львівська політехніка”

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра гідротехніки та водної інженерії

Олександр Андрійович Кравчук, Київський національний університет будівництва і архітектури

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Водопостачання та водовідведення»

Вадим Ігорович Орел, Національний університет “Львівська політехніка”

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра гідротехніки та водної інженерії

Ірина Володимирівна Бігун, Національний університет “Львівська політехніка”

Аспірант

Кафедра теплогазопостачання і вентиляції

Матвій Володимирович Чернюк, Національний університет “Львівська політехніка”

Кафедра електронних приладів

Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки

Посилання

  1. Yakhno, O. M., Cherniuk, V. V., Hnativ, R. M. (2016). Napirni potoky zi zminnymy kharakterystykamy. Lviv: Vydavnytstvo Lvivskoi politekhniky, 408.
  2. Bosak, N., Cherniuk, V., Matlai, I., Bihun, I. (2019). Studying the mutual interaction of hydraulic characteristics of water­distributing pipelines and their spraying devices in the coolers at energy units. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (99)), 23–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.166309
  3. Petrov, G. A. (1964). Gidravlika peremennoy massy (Dvizhenie zhidkosti s izmeneniem raskhoda vdol' puti). Kharkiv: Har'kovskiy gosudarstvenniy universitet, 224.
  4. Liu, H., Zong, Q., Lv, H., Jin, J. (2017). Analytical equation for outflow along the flow in a perforated fluid distribution pipe. PLOS ONE, 12 (10), e0185842. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185842
  5. Smyslov, V. V., Konstantinov, Yu. M. (1971). K raschyotu dyrchatyh trub s razdachey raskhoda vdol' puti. Gidravlika i gidrotekhnika, 12, 47–52.
  6. Naumenko, I. I. (1980). Gidravlicheskiy raschet polivnyh truboprovodov kapel'nogo orosheniya. Gidravlika i gidrotekhnika, 30, 70–77.
  7. Kovalenko, V. N., Boyko, V. I. (1989). Ob uravnenii ustanovivshegosya napornogo dvizheniya zhidkosti v tsilindricheskoy trube s otdeleniem raskhoda vdol' puti. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo i arhitektura, 4, 84–87.
  8. Kravchuk, A. M., Kravchuk, O. Ya. (2015). Do metodyky hidravlichnoho rozrakhunku napirnykh perforovanykh rozpodilchykh truboprovodiv system vodopostachannia ta vodovidvedennia. Problemy vodopostachannia, vodovidvedennia ta hidravliky, 25, 117–124. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/PVVG_2015_25_20
  9. Claudio, D. (1962). I condotti emungenti da in serbatoio. Contronto fra risultati teorici esperimentali atti e men. Accad. patav. scilettere ed arti, 74 (2), 188–197.
  10. Berlamont, J., Van der Beken, A. (1973). Solutions for Lateral Outflow in Perforated Conduits. Journal of the Hydraulics Division, 99 (9), 1531–1549. doi: https://doi.org/10.1061/jyceaj.0003744
  11. Povkh, I. L., Chernyuk, V. V. (1989). Resistance of converging sections during the turbulent flow of water with polyacrylamide additives. Journal of Engineering Physics, 57 (5), 1267–1270. doi: https://doi.org/10.1007/bf00871258
  12. Chen, A., Sparrow, E. M. (2009). Turbulence modeling for flow in a distribution manifold. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (5-6), 1573–1581. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.08.006
  13. Chen, A. W., Sparrow, E. M. (2009). Effect of exit-port geometry on the performance of a flow distribution manifold. Applied Thermal Engineering, 29 (13), 2689–2692. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.12.035
  14. Hassan, J. M., Mohamed, T. A., Mohammed, W. S., Alawee, W. H. (2014). Modeling the Uniformity of Manifold with Various Configurations. Journal of Fluids, 2014, 1–8. doi: https://doi.org/10.1155/2014/325259
  15. Zemlyanaya, N. V., Gulyakin, A. V. (2017). Analysis of Causes of Non-Uniform Flow Distribution in Manifold Systems with Variable Flow Rate along Length. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 262, 012098. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/262/1/012098
  16. Lee, S., Moon, N., Lee, J. (2012). A study on the exit flow characteristics determined by the orifice configuration of multi-perforated tubes. Journal of Mechanical Science and Technology, 26 (9), 2751–2758. doi: https://doi.org/10.1007/s12206-012-0721-z
  17. Abubakar, S. S. (1977). Factors Affecting orifice Discharge in a Multi-outlet irrigation pipe. Manhattan, Kansas, 84. Available at: https://krex.k-state.edu/dspace/bitstream/handle/2097/26998/LD2668T41979A28.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  18. Cherniuk, V. V., Ivaniv, V. V. (2016). Pat. No. 115840 UA. Sposib rehuliuvannia shliakhovoi vytraty ridyny v truboprovodakh z nasadkamy. No. a201611498; declareted: 14.11.2016; published: 26.12.2017, Bul. No. 24. Available at: https://uapatents.com/6-115840-sposib-regulyuvannya-shlyakhovo-vitrati-ridini-v-truboprovodakh-z-nasadkami.html
  19. Wang, C.-C., Yang, K.-S., Tsai, J.-S., Chen, I. Y. (2011). Characteristics of flow distribution in compact parallel flow heat exchangers, part II: Modified inlet header. Applied Thermal Engineering, 31 (16), 3235–3242. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.06.003
  20. Kim, N.-H., Byun, H.-W. (2013). Effect of inlet configuration on upward branching of two-phase refrigerant in a parallel flow heat exchanger. International Journal of Refrigeration, 36 (3), 1062–1077. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.12.001
  21. Zeng, D., Pan, M., Tang, Y. (2012). Qualitative investigation on effects of manifold shape on methanol steam reforming for hydrogen production. Renewable Energy, 39 (1), 313–322. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.08.027
  22. Wang, P., Pan, W., Dai, G. (2020). A CFD‐based design scheme for the perforated distributor with the control of radial flow. AIChE Journal, 66 (5). doi: https://doi.org/10.1002/aic.16901
  23. García-Guendulain, J. M., Riesco-Ávila, J. M., Picón-Núñez, M. (2020). Reducing thermal imbalances and flow nonuniformity in solar collectors through the selection of free flow area ratio. Energy, 194, 116897. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.116897
  24. Singh, R. K., Rao, A. R. (2011). Fluid flow behavior and distribution in perforated tubes. Transactions, SMiRT, 21, 6–11. Available at: https://repository.lib.ncsu.edu/bitstream/handle/1840.20/32672/p365.pdf?sequence=1
  25. Chernuk, V. V. (2008). Method of calculation of head power distributed conduit pipes. Applied hydromechanics, 10 (82 (3)), 65–76. Available at: http://hydromech.org.ua/content/en/ph/10_3_65-76.html
  26. Stepanov, M. P., Ovcharenko, I. H., Skobel'tsyn, Yu. A. (1984). Spravochnik po gidravlike dlya melioratorov. Moscow: Kolos, 207.
  27. Chernyuk, V. V., Orel, V. I. (2009). Experimental Verification of a New Method of Calculation for Pressure Distributive Pipelines. Zeszyt Naukowy Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, 266 (54), 27–34. Available at: https://www.researchgate.net/publication/321052315_Experimental_Verification_of_a_New_Method_of_Calculation_for_Pressure_Distributive_Pipelines
  28. Cherniuk, V. V., Ivaniv, V. V., Bihun, I. V., Wojtowicz, J. M. (2019). Coefficient of Flow Rate of Inlet Cylindrical Nozzles with Lateral Orthogonal Inflow. Lecture Notes in Civil Engineering, 50–57. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-27011-7_7
  29. Ivaniv, V., Cherniuk, V., Kochkodan, V. (2020). Non-uniformity of Water Inflow into Pressure Collector-Pipeline Depending on the Values of Reynolds Criterion and of Inflow Jets Angles. Proceedings of EcoComfort 2020, 142–149. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-57340-9_18
  30. Kravchuk, A. M. Chernyshev, D. O., Kravchuk, O. A. (2021). Hidravlika napirnykh perforovanykh truboprovodiv ochysnykh sporud system vodopostachannia ta vodovidvedennia. Kyiv: Kyivskyi natsionalnyi universytet budivnytstva y arkhitektury, 207.
  31. Kravchuk, A., Kochetov, G., Kravchuk, O. (2020). Improving the calculation of collecting perforated pipelines for water treatment structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (108)), 23–28. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.216366
  32. Polyakov, V., Kravchuk, A., Kochetov, G., Kravchuk, O. (2019). Clarification of aqueous suspensions with a high content of suspended solids in rapid sand filters. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 28–45. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.00827
  33. Cherniuk, V., Ivaniv, V. (2017). Influence of Values of Angle of Jet-joining on Non-uniformity of Water Inflow Along the Path in Pressure Collector-Pipeline. Proccedings of 10th International Conference "Environmental Engineering". doi: https://doi.org/10.3846/enviro.2017.073

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Як цитувати

Cherniuk, V., Гнатів, Р. М., Кравчук, О. А., Орел, В. І., Бігун, І. В., & Чернюк, М. В. (2021). Проблема гідравлічного розрахунку напірних розподільних трубопроводів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (114), 93–103. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246852

Номер

Том 6 № 7 (114) (2021): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Volodymyr Cherniuk, Roman Hnativ, Oleksandr Kravchuk, Vadym Orel, Iryna Bihun, Matvii Cherniuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.