Συστήματα κλειστών αγωγών υπό πίεση Η ροή σε κλειστούς αγωγούς υπό πίεση αποτελεί μέρος ενός μεγάλου κλάδου της εφαρμοσμένης υδραυλικής. Θα παρουσιάσουμε εδώ καποιες βασικές μεθοδολογίες που χρησιμοποιούν οι μηχανικοί και οι τεχνικοί επιστήμονες στην επίλυση και διαστασιολογήση των συστημάτων κλειστών αγωγών για τη μεταφορά και διανομή νερού. Βασικές παραδοχές Το νερό θα θεωρηθεί ασυμπίεστο ρευστό πυκνότητας ρ=1000 kg/m3 οπότε το ειδικό του βάρος είναι γ=ρg~10000 N/m3 . Οι ροές θα θεωρούνται μόνιμες το οποίο σημαίνει ότι κάθε υδραυλικό μέγεθος είναι ανεξάρτητο το χρόνου. Θα απλοποιούμε την περιγραφη των πραγματικών ροών, π.χ. η ταχύτητα στη διατομή ενός αγωγού θα θεωρείται ομοιόμορφη ενώ στην πραγματικότητα δεν είναι.

Ροή Πιεζομετρική γραμμή Γραμμή ενέργειας Το πιεζομετρικού ύψους δίνεται από το άθροισμα μόνο του ύψους πίεσης και του ύψους θέσης: p/γ+z

Πίνακας 1. Τιμές της τραχύτητας για διάφορα είδη σωλήνων k Πίνακας 1. Τιμές της τραχύτητας για διάφορα είδη σωλήνων

Πίνακας 2. Σχέσεις για το συντελεστή τριβής σε διάφορες περιοχές

Ταχύτητα ροής Η κατώτατη τιμή για την ταχύτητα ροής ώστε να αποφεύγονται οι αποθέσεις φερτών υλικών είναι τυπικά 0.5 m/s. Η ανώτερη ταχύτητα, προκειμένου να αποφεύγονται υπερπιέσεις λόγω υδραυλικού πλήγματος αλλά και επειδή τότε δημιουργούνται μεγάλες απώλειες ενέργειας (η απώλεια υδραυλικού ύψους είναι ανάλογη του τετραγώνου της παροχής), είναι 2 m/s. Τυπικές ταχύτητες ροής: Για κύριους αγωγούς δικτύων διανομής (οι οποίοι έχουν συνήθως μεγάλη διάμετρο): 1-2 m/s. Για αγωγούς διανομής: 0.5-0.8 m/s. Μία συνέπεια ταχυτήτων της τάξης του 1 m/s είναι ότι το υδραυλικό ύψος της κινητικής ενέργειας είναι μικρό V2/2g~0.05 m σε σύγκριση με το σύνηθες ύψος πίεσης, 20-50 m, οπότε δε υπάρχει σοβαρή διαφορά μεταξύ της γραμμής ενέργειας και της πιεζομετρικής γραμμής.

Τα τρία βασικά προβλήματα της υδραυλικής κλειστών αγωγών (Η-Q-D) 1ο. Προσδιορισμός της πιεζομετρικής γραμμής με γνωστά τα γεωμετρικά στοιχεία και το υλικό των αγωγών και της παροχής σχεδιασμού. 2ο. Προσδιορισμός της παροχής με γνωστά τα γεωμετρικά στοιχεία και το υλικό των αγωγών και τα ύψη της πιεζομετρικής γραμμής. 3ο. Προσδιορισμός της διαμέτρου των αγωγών με γνωστά τα ελάχιστα ύψη της πιεζομετρικής γραμμής, την επιδιωκόμενη παροχή και το υλικό των αγωγών.

Η διάλεξη αυτή είναι στηριγμένη στις ακόλουθες πηγές: Υδραυλικά έργα, Γ. Τσακίρης (ed.), Σχεδιασμός & Διαχείρηση, Εκδόσεις Συμμετρία, 2010. Hydraulics of pipeline systems, B. E. Larock, R. W. Jeppson, G. Z. Watters, CRC Press, 2000.