Rzeczywiste wartości współczynnika oporów miejscowych podczas przepływu wody przez zgrzewane kolana z polipropylenu

• Autorzy: Kalenik Marek

Warianty tytułu

EN

Real values of local resistance coefficient during flow of water through welded polypropylene elbows

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań wartości współczynnika oporów miejscowych (ζ) zgrzewanych kolan z polipropylenu (PP) o kącie nachylenia 90° i średnicy 0,02 m. Do tego celu wybudowano laboratoryjne stanowisko pomiarowe. Zakres badań obejmował trzy rodzaje kolan z PP – prawidłowo zgrzane i prawidłowo dociśnięte (zgrzewane przy właściwej temperaturze i wciskane na rurę z właściwą siłą), zbyt słabo zgrzane i zbyt słabo dociśnięte oraz zbyt mocno zgrzane i za mocno dociśnięte. Wyznaczone wartości współczynnika ζ otrzymane z pomiarów zgodnie z normą PN-EN 1267 porównano z wartościami obliczonymi według normy PN-76/M-34034. Średnia wartość współczynnika oporów miejscowych wyznaczonych z pomiarów w przypadku kolan prawidłowo zgrzanych i prawidłowo dociśniętych wyniosła ζ1p=0,806, kolan zbyt słabo zgrzanych i zbyt słabo dociśniętych – ζ2p=1,341, a kolan zbyt mocno zgrzanych i za mocno dociśniętych – ζ3p=2,941, natomiast z obliczeń wg normy PN-76/M-34034 – tylko ζ4=0,157. Badania wykazały, że metody obliczania wartości współczynnika oporów miejscowych zaproponowane w normie PN-76/M-34034 zaniżają wyniki otrzymane w przypadku zgrzewanych kolan z PP, w porównaniu z wartościami doświadczalnymi wyznaczonymi z pomiarów. Wykorzystując wyniki pomiarów zaproponowano równania, na podstawie których opracowano do celów projektowych, zgodnie z wymaganiami normy PN-92/B-01706, nomogram do wyznaczania wartości współczynnika ζ w zależności od prędkości przepływu wody w kolanach z PP o średnicy DN20. Otrzymane rezultaty wskazują na potrzebę opracowania dokładnych metod obliczeniowych oraz przygotowania nowej normy do wyznaczania wartości współczynnika oporów miejscowych. Ponieważ rzeczywista wartość współczynnika oporów miejscowych zgrzewanych kolan z PP zależy od czasu zgrzewania i siły docisku, dlatego niezbędne jest precyzyjne określenie przez producentów kształtek czasu ich zgrzewania i siły docisku oraz wyposażenie zestawów do zgrzewania kształtek w dynamometry do pomiaru siły docisku podczas łączenia zgrzewanych kształtek.

EN

The paper presents the results of investigations of local resistance coefficients (ζ) in welded polypropylene (PP) elbows of 0.02 m in diameter, angled at 90°. The investigations were performed on the purpose-built laboratory measurement stand. The scope of the research encompassed the elbows which were: properly warmed up and properly pressed (welded at the proper temperature and pressed with proper force onto the pipe); insufficiently warmed up and insufficiently pressed (welded at too low temperature and pressed with too low force onto the pipe); excessively warmed up and excessively pressed (welded at too high temperature and pressed with too high force onto the pipe). The local resistance coefficients ζ determined in measurements according to the PN-EN 1267 standard were compared to those calculated in accordance with the PN-76/M-34034 standard. The average value of the local resistance coefficient ζ, determined in measurements for properly welded and properly pressed elbows, was ζ1p = 0.806, for insufficiently warmed up and insufficiently pressed elbows – ζ2p = 1.341 and for excessively warmed up and excessively pressed elbows − ζ3p = 2.941, whereas only ζ4 = 0.157 was obtained from calculations according to PN-76/M-34034 standard. It was demonstrated that the local resistance coefficient values calculated for the welded PP elbows as per the PN-76/M-34034 standard were underestimated when compared with the ones experimentally measured. Based on these values, the formulas for the project purposes and in accordance with the PN- 92/B-01706 standard were proposed to develop a nomogram for local resistance coefficient ζ determination in function of water flow velocity in DN 20 PP elbows. The results justified a need to develop precise calculation techniques and a new standard for local resistance coefficient determinations. As the real value of local resistance coefficients ζ in welded polypropylene elbows strongly depends on the welding time and pressing force, it is necessary for pipe fittings manufacturers to precisely determine the welding time and pressing forces as well as to equip the welding sets with dynamometers to measure the pressing force during the welding process.

Słowa kluczowe

PL

przepływ wody; współczynnik oporów miejscowych; zgrzewane kolano z PP; różnica ciśnień; instalacja wodociągowa

EN

water flow; local resistance coefficient; welded polypropylene (PP) elbow; pressure difference; water supply

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 41, nr 1
• Strony: 23--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kalenik Marek

Bibliografia

• 1. A. ONO, N. KIMURA, H. KAMIDE, A. TOBITA: Influence of elbow curvature on fl ow structure at elbow outlet under high Reynolds number condition. Nuclear Engineering and Design 2011, Vol. 241, No. 11, pp. 4409–4419.
• 2. R. LUO, J. XIA, J. SOBOTA: Prędkość krytyczna przejścia ruchu laminarnego w turbulentny na przykładzie przepływu mieszaniny węglowo-wodnej w rurociągach (Critical velocity of transition from laminar to turbulent flow in the example of coal-water mixture in pipelines). Ochrona Środowiska 2018, vol. 40, nr 1, ss. 51–55.
• 3. P. CSIZMADIA, C. HŐS: CFD-based estimation and experiments on the loss coefficient for Bingham and power-law fluids through diffusers and elbows. Computers & Fluids 2014, Vol. 99, pp. 116–123.
• 4. N. K. GIETKA: Doświadczalna analiza współczynników oporów lokalnych na kolankach w systemach przewodów wielowarstwowych. Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus 2015, t. 14, nr 1, ss. 47–56.
• 5. A. LI, X. CHEN, L. CHEN, R. GAO: Study on local drag reduction effects of wedge-shaped components in elbow and T-junction close-coupled pipes. Building Simulation 2014, Vol. 7, No. 2, pp. 175–184.
• 6. I. CISOWSKA: Studies of hydraulic resistance in polypropylene pipe fittings. Structure & Environment 2009, Vol. 1, No. 1, pp. 53–58.
• 7. R. RÖHRIG, S. JAKIRLIĆ, C. TROPEA: Comparative computational study of turbulent flow in a 90° pipe elbow. International Journal of Heat and Fluid Flow 2015, Vol. 55, pp. 120–131.
• 8. P. DUTTA, S. K. SAHA, N. NANDI, N. PAL: Numerical study on flow separation in 90° pipe bend under high Reynolds number by k-ε modelling. Engineering Science and Technology, an International Journal 2016, Vol. 19, pp. 904–910.
• 9. R. R. CHOWDHURY, M. M. ALAM, A. K. M. SADRUL ISLAM: Numerical modeling of turbulent fl ow through bend pipes. Mechanical Engineering Research Journal 2016, Vol. 10, pp. 14–19.
• 10. P. DUTTA, N. NANDI: Effect of Reynolds number and curvature ratio on single phase turbulent fl ow in pipe bends. Mechanics and Mechanical Engineering 2015, Vol. 19, No. 1, pp. 5–16.
• 11. M. KALENIK: Empirical formulas for calculation of negative pressure difference in vacuum pipelines. Water 2015, Vol. 7, No. 10, pp. 5284–5304.
• 12. L. H. O. HELLSTRŐM, A. SINHA, A. J. SMITS: Visualizing the very-large-scale motions in turbulent pipe fl ow. Physics of Fluids 2011, Vol. 23, No. 1, 011703.
• 13. H. TAKAMURA, S. EBARA, H. HASHIZUME, K. AIZAWA, H. YAMANO: Flow visualization and frequency characteristics of velocity fluctuations of complex turbulent flow in a short elbow piping under high Reynolds number condition. Journal of Fluids Engineering 2012, Vol. 134, No. 10, pp. 101201–101209.
• 14. J. KIM, M. YADAV, S. KIM: Characteristics of secondary flow induced by 90-degree elbow in turbulent pipe flow. Engineering Applications Computational Fluid Mechanics 2014, Vol. 8, No. 2, pp. 229–239.
• 15. M. LIU, Y. F. DUAN: Resistance properties of coal-water slurry flowing through local piping fittings. Experimental Thermal and Fluid Science 2009, Vol. 33, No. 5, pp. 828–837.
• 16. A. LI, X. CHEN, L. CHEN, R. GAO: Study on local drag reduction effects of wedge-shaped components in elbow and T-junction close-coupled pipes. Building Simulation 2014, Vol. 7, No. 2, pp. 175–184.
• 17. PN-76/M-34034: Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia. Wydawnictwa Normalizacyjne Alfa, Warszawa 1987.
• 18. I. CISOWSKA, A. KOTOWSKI: Straty ciśnienia w układach kształtek z polipropylenu. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2004, nr 10, ss. 340–345.
• 19. A. KOTOWSKI, P. WÓJTOWICZ: Podstawy metodologiczne badań parametrów hydraulicznych ciśnieniowych rurociągów i kanałów z tworzyw sztucznych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2005, nr 1, ss. 18–24.
• 20. M. KALENIK, B. WITOWSKA: Eksperymentalne badania miejscowych oporów hydraulicznych w kształtkach żeliwnych. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura 2006, nr 5(2), ss. 31–43.
• 21. M. KALENIK, B. WITOWSKA: Badania miejscowych oporów hydraulicznych w kształtkach PVC. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura 2007, nr 6(3), ss. 15–24.
• 22. D. BRYDAK-JEŻOWIECKA, E. NOWAKOWSKI, P. MALINOWSKI: Straty ciśnienia w rurach z tworzyw sztucznych stosowanych w instalacjach wodociągowych. Gaz Woda i Technika Sanitarna 1994, nr 7, ss. 208–211.
• 23. E. NOWAKOWSKI: Opory miejscowe w instalacjach wodociągowych. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 1995, nr 2, ss. 79–83.
• 24. K. STRZELECKA, K. JEŻOWIECKA-KABSCH: Rzeczywiste wartości współczynnika oporów miejscowych podczas przepływu wody przez skokowe rozszerzenie rury (Real values of resistance coeffi cients in water fl ow through leading pipe sudden expansion). Ochrona Środowiska 2008, vol. 30, nr 2, ss. 29–33.
• 25. Y. LI, C. WANG, M. HA: Experimental determination of local resistance coefficient of sudden expansion tube. Energy and Power Engineering 2015, Vol. 7, No. 4, pp. 154–159.
• 26. O. PLIŻGA, B. KOWALSKA, A. MUSZ-POMORSKA: Laboratory and numerical studies of water flow through selected fittings installed at copper pipelines. Rocznik Ochrona Środowiska 2016, t. 18, cz. 2, ss. 873–884.
• 27. PN-EN 1267: Armatura przemysłowa. Badania oporu przepływu wodą. PKN, Warszawa 2012.
• 28. PN-92/B-01706: Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu. Wydawnictwa Normalizacyjne Alfa, Warszawa 1992.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).