Prosessiteollisuuden putkilinjojen alustava painehäviölaskenta ja mitoitus
Halonen, Arttu (2018)
Halonen, Arttu
2018
Ympäristö- ja energiatekniikka
Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-04-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201803201390
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201803201390
Tiivistelmä
Nesteiden ja kaasujen kuljettamiseen käytetään tyypillisesti putkilinjoja, joissa virtausta ylläpitää linjan päiden välinen paine-ero. Virtauksen paine kuitenkin vähenee kitka- ja paikallishäviöiden vuoksi putkilinjan matkalla, minkä takia virtauksen painehäviön laskennallinen arviointi on tärkeä osa putkilinjan suunnittelua ja mitoitusta. Työ esittelee prosessiteollisuuden putkilinjojen alustavan mitoituksen kannalta merkittävää teoriapohjaa ja virtausmekaniikan tutkimusta sekä muodostaa esiteltyjen tulosten pohjalta laskuesimerkin alustavaa painehäviölaskentaa ja putkilinjan mitoitusta varten.
Virtausten tarkastelussa keskitytään käytännön sovelluksissa tyypillisiin olosuhteisiin, minkä vuoksi tarkastelu rajoitetaan kokoonpuristumattomiin ja täysin kehittyneisiin virtauksiin pyöreissä putkissa. Virtauksia tarkastellaan yksiulotteisina, mutta putkilinjan korkeusasema huomioidaan energiatarkastelussa. Painehäviön laskennalliseen arviointiin käytetään putkivirtauksille yleisesti käytettyä Darcy–Weisbach-yhtälöä.
Painehäviötä tarkastellaan erikseen virtauksen kitkahäviöinä ja paikallishäviöinä. Darcyn kitkakertoimen määrittämiseksi esitellään Colebrook–White- ja Haaland-yhtälöt sekä Moodyn käyrästö. Kitkakertoimen määrityksessä huomioidaan putken ekvivalenttikarheus ja putkikarheuden muutos ajan myötä. Paikallishäviöitä tarkastellaan kokeellisiin mittaustuloksiin pohjautuvien kertavastuskertoimien sekä venttiilien virtauskertoimien avulla.
Työssä tarkastellaan myös, miten putkilinjan painehäviön suuruuteen voidaan vaikuttaa eri suureiden arvoja muuttamalla. Käytännön rajoituksista johtuen putkikoon kasvattaminen todetaan käytännöllisimmäksi tavaksi pienentää painehäviötä. Tarkasteltujen menetelmien pohjalta esitellään laskuesimerkki, jossa tarkastellaan putkikoon kasvattamisen vaikutusta putkilinjalla tapahtuvaan painehäviöön.
Virtausten tarkastelussa keskitytään käytännön sovelluksissa tyypillisiin olosuhteisiin, minkä vuoksi tarkastelu rajoitetaan kokoonpuristumattomiin ja täysin kehittyneisiin virtauksiin pyöreissä putkissa. Virtauksia tarkastellaan yksiulotteisina, mutta putkilinjan korkeusasema huomioidaan energiatarkastelussa. Painehäviön laskennalliseen arviointiin käytetään putkivirtauksille yleisesti käytettyä Darcy–Weisbach-yhtälöä.
Painehäviötä tarkastellaan erikseen virtauksen kitkahäviöinä ja paikallishäviöinä. Darcyn kitkakertoimen määrittämiseksi esitellään Colebrook–White- ja Haaland-yhtälöt sekä Moodyn käyrästö. Kitkakertoimen määrityksessä huomioidaan putken ekvivalenttikarheus ja putkikarheuden muutos ajan myötä. Paikallishäviöitä tarkastellaan kokeellisiin mittaustuloksiin pohjautuvien kertavastuskertoimien sekä venttiilien virtauskertoimien avulla.
Työssä tarkastellaan myös, miten putkilinjan painehäviön suuruuteen voidaan vaikuttaa eri suureiden arvoja muuttamalla. Käytännön rajoituksista johtuen putkikoon kasvattaminen todetaan käytännöllisimmäksi tavaksi pienentää painehäviötä. Tarkasteltujen menetelmien pohjalta esitellään laskuesimerkki, jossa tarkastellaan putkikoon kasvattamisen vaikutusta putkilinjalla tapahtuvaan painehäviöön.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8354]