Методика гидравлического расчета трубопроводов
При движении теплоносителя по горизонтальным трубопроводам происходит падение давления от начала до конца трубопровода, которое складывается из линейного падения давления и падения давления в местных сопротивлениях:
.
Линейное падение давления происходит на прямолинейных участках трубопроводов. Падение давления в местных сопротивлениях понимается как падение давления в арматуре, установленной на трубопроводе (вентилях, задвижках, кранах и т.д.), в коленах, переходах диаметров, отводах, шайбах, тройниках, крестовинах и других деталях трубопровода.
Линейное падение давления, Па, в трубопроводе неизменного диаметра рассчитывается по формуле
,
где R - удельное линейное падение давления на единицу длины трубопровода, Па/м;
l - длина трубопровода неизменного диаметра, м.
Удельное линейное падение давления определяется по формуле Д'Арси:
,
где l - коэффициент гидравлического трения;
w - скорость теплоносителя, м/с;
r - плотность теплоносителя, кг/м3;
d - внутренний диаметр трубопровода, м.
Коэффициент гидравлического трения l зависит от состояния стенки трубы (гладкая или шероховатая) и режима движения жидкости (ламинарное или турбулентное).
Запишем выражение зависимости скорости теплоносителя от массового расхода G:
.
С учетом этого уравнение Д'Арси запишется в виде
. (5.1)
Величина коэффициента гидравлического трения l определена многими учеными по материалам экспериментальных исследований. В области ламинарного движения коэффициент трения независимо от состояния внутренней поверхности трубопровода может быть определен по формуле Пуазейля:
.
Здесь Re - критерий Рейнольдса, 
;
n - кинематическая вязкость теплоносителя, м2/с.
В технике теплоснабжения ламинарная форма движения встречается довольно редко. При транспорте теплоты, как правило, имеет место турбулентное движение теплоносителя по трубопроводам. В области турбулентного движения коэффициент гидравлического трения зависит от характера внутренней поверхности трубопровода.
В настоящее время различают гладкие и шероховатые трубы. Поскольку гидравлически гладкие трубы (с гладкой внутренней поверхностью) в технике теплоснабжения встречаются относительно редко (в основном в теплообменных аппаратах), ниже приведены формулы для расчета коэффициента трения гладких труб без их подробного анализа:
Формула Пуазейля Re ≤ 2300 (ламинарное движение), l = 64/Re;
Формула Блазиуса 2300 ≤ Re ≤ 104, l = 0,3164/Re0,25;
Формула Альтшуля Re ³ 104, l = 1/(1,82 lgRe - 1,64)2;
Формула Никурадзе Re ³ 105, l = 0,0032 + 0,221/Re0,237.
На рис. 28 показана зависимость коэффициента гидравлического трения l гладких труб от критерия Re. В области ламинарного движения коэффициент l круто падает с ростом числа Рейнольдса. При переходе движения с ламинарной формы в турбулентную коэффициент гидравлического трения скачкообразно возрастает. В области турбулентного движения коэффициент l для гладких труб также падает с ростом критерия Re. Однако в турбулентной области зависимость 
имеет более пологий характер по сравнению с ламинарной.
Рисунок 28 – Зависимость коэффициента гидравлического трения гладких
труб от критерия Рейнольдса
В подавляющем большинстве случаев в практике эксплуатации встречаются трубы с шероховатой внутренней поверхностью - шероховатые стальные трубы. Для количественной оценки степени шероховатости стальных труб используется такая характеристика как абсолютная шероховатость k, которая определяется величиной выступов отложений коррозии и накипи труб. В зависимости от условий эксплуатации она изменяется от 0,05 до 2¸3 мм. Относительная шероховатость определяется отношением абсолютной шероховатости к радиусу трубы k/r.
В практике эксплуатации выступы на внутренней поверхности трубы имеют различную высоту и расположены неравномерно по длине трубопровода. В связи с этим вводят понятие эквивалентной относительной шероховатости трубы kэ, которая является осредняющей характеристикой шероховатости; коэффициент трения при этом имеет такое же значение, как и для реальной трубы.
Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от числа Re и относительной шероховатости хорошо описывается универсальным уравнением, предложенным А.Д. Альтшулем:
. (5.2)
При kэ = 0 формула Альтшуля переходит в формулу Блазиуса. При Re = ¥ формула Альтшуля переходит в формулу Б.Л. Шифринсона
.
Поскольку с увеличением числа Re значение второго слагаемого в скобках в формуле (5.2) резко уменьшается, то при больших числах Re расхождение между значениями l, найденными по формулам Шифринсона и Альтшуля, получается незначительным.
Для движения жидкости в тепловых сетях можно считать, что имеет место квадратичная зависимость падения давления в трубопроводе от расхода жидкости, т. е. вести расчеты по формуле (5.1).
На основе материалов гидравлических испытаний тепловых сетей и водопроводов для новых труб абсолютную эквивалентную шероховатость, м, при расчетах принимают [14]:
для водяных сетей............................. 0,0005
для паропроводов............................ 0,0002
для конденсатопроводов
и сетей горячего водоснабжения… 0,0010
Для трубопроводов, находившихся в эксплуатации, абсолютная эквивалентная шероховатость определяется гидравлическими испытаниями. По данным проф. Б. Н. Лобаева можно определить области гладких и шероховатых труб:
для области гладких труб Re ≤ 11 d/k;
дли области шероховатых труб Re ≥ 445 d/k.
С целью облегчения расчетов водяных и паровых сетей по формуле (5.1) составлены соответствующие номограммы и таблицы [9,18].
Падение давления в местных сопротивлениях, Па, определяется по формуле
, (5.3)
где 
– сумма коэффициентов местных сопротивлений для рассчитываемого трубопровода.
Если представить прямолинейный трубопровод диаметром d, линейное падение давления на котором равно падению давления в местных сопротивлениях, то длина такого участка трубопровода называется эквивалентной длиной местных сопротивлений lэ. Суммарная длина трубопровода в этом случае
,
где lпр – приведенная длина трубопровода; l – истинная длина.
Местное падение давления можно рассчитать так:
. (5.4)
Используя формулы (5.3) и (5.4), получим:
;
.
Отношение lэ/l называется коэффициентом местных потерь α. Для предварительных расчетов α принимают приближенно по формуле Б. Л. Шифринсона:
, (5.5)
где G – расход теплоносителя в начале магистрали, кг/с. Для воды z=0,19; для пара z = 0,95÷1,9. Суммарное падение давления равно:
. (5.6)
Тогда удельное линейное падение давления:
.