ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПОРНЫХ ТРУБ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ГИДРАВЛИКА. ГЕОТЕХНИКА. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 628.1:532.542

DOI: 10.22227/1997-0935.2022.9.1218-1230

Гидравлические исследования напорных труб из различных материалов

Лейс Саид Абдуламир1,2, Владимир Александрович Орлов1, Назира Тентимишовна Джумагулова1

1 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУМГСУ); г. Москва, Россия; 2 Университет Кербелы; г. Кербела, Ирак

о о

СЧ N

№ Ф

АННОТАЦИЯ

Введение. Для устранения проблемы дефицита воды на орошение в г. Кербела (Ирак) впервые было принято решение по использованию очищенных сточных вод с городских очистных сооружений. Транспортирование воды от очистных сооружений до орошаемых земель осуществляется по трубопроводу в напорном режиме. Сравниваются результаты имитационного моделирования с использованием программы М^егСАй У81 при различных расходах в напорной системе подачи воды с результатами лабораторных исследований для трех типов материалов труб (стальная труба диаметром 100 мм с полимерным покрытием, полиэтиленовая труба диаметром 100 мм и стальная труба диаметром 100 мм с цементно-песчаным покрытием (диаметр 90 мм)). Цель работы — верификация результатов, полученных в программе Ма1егСАй У81, с результатами экспериментов на различных типах труб.

N N Материалы и методы. Изучались характеристики потока в широких диапазонах расходов.

Результаты. Сравнение результатов эксперимента с результатами, полученными с помощью имитационной модели Ма1егСАй У81, показали, что по гидравлическим параметрам (потери напора, коэффициенты трения) они близки ^ Ф по значениям, но в программе Ма1егСАй У81 зафиксированы более высокие значения для труб (стальной трубы

О з диаметром 100 мм с полимерным покрытием и полиэтиленовой трубы диаметром 100 мм). Отмечена высокая схо-

Е (0 димость результатов для ряда других гидравлических параметров.

^ ^ Выводы. Результаты исследования по сопоставлению экспериментальных данных с расчетными, полученными

по программе Ма1егСАй У81, позволяют сделать вывод о возможности широкого использования ее на практике для

^ Ф определения гидравлических показателей трубопроводов.

^ Ё

О КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: дефицит воды, транспортирование воды, напорные трубы, моделирование Ма1егСАй У81,

лабораторное исследование, три типа материалов, характеристики потока, коэффициент корреляции

с 2 ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Абдуламир Л.С., Орлов В.А., Джумагулова Н.Т. Гидравлические исследования напор-

1= "й ных труб из различных материалов // Вестник МГСУ 2022. Т. 17. Вып. 9. С. 1218-1230. й01: 10.22227/1997-

£.-2 0935.2022.9.1218-1230

О -£=

о У

§ < Автор, ответственный за переписку: Лейс Саид Абдуламир, 1а№_епд2009@уаЬюо.сот.

<м 5

<л w

Hydraulic studies of pressure pipes made of various materials

£ o Layth Saeed Abdulameer1,2, Vladimir A. Orlov1, Nazira T. Dzhumagulova1

o 1 Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU);

CO —

g 2 Moscow, Russian Federation;

rj o 2 University of Kerbala; Kerbala, Iraq

CD -

5»

ABSTRACT

Introduction. To solve the problem of water shortage for irrigation in the city of Kerbala (Iraq), for the first time, a decision was made to use treated wastewater from urban wastewater treatment plants. Transportation of water from treatment О jj facilities to irrigated lands is carried out through a pipeline in a pressure mode. The article compares the results of simulation

(5 modeling of WaterCAD V8i at various flow rates in a pressurized water supply system with the results of laboratory studies

^ S for three types of pipe materials (100 mm diameter steel pipe with polymer coating, 100 mm diameter polyethylene pipe and

S 100 mm diameter steel pipe with cement-sand coated (diameter 90 mm)). The purpose of the work is to verify the results

¡E £ obtained in the WaterCAD V8i program by conducting experiments for various types of pipes.

jjj jg Materials and methods. During the experiment, the characteristics of the flow were studied.

U > Results. Comparison of the experimental results with the results obtained using the WaterCad V8i simulation model showed

that the hydraulic parameters (pressure loss, friction coefficient) are close in values, but the WaterCad V8i program recorded

1218 © Л.С. Абдуламир, В.А. Орлов, Н.Т. Джумагулова, 2022

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

higher values for pipes (steel pipe with a diameter of 100 mm with a polymer coating and a polyethylene pipe with a diameter of 100 mm). The high convergence of the results for a number of hydraulic parameters can be noted. Conclusions. The results of the work carried out by comparing the experimental data with the calculated ones obtained using the WaterCAD V8i program allow us to conclude that it can be widely used in practice to determine the hydraulic performance of pipelines.

KEYWORDS: water scarcity, water transportation, pressure pipes, WaterCAD V8i simulation, laboratory study, three types of materials, flow characteristics, correlation coefficient

FOR CITATION: Abdulameer L.S., Orlov V.A., Dzhumagulova N.T. Hydraulic studies of pressure pipes made of various materials. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(9):1218-1230. DOI: 10.22227/19970935.2022.9.1218-1230 (rus.).

Corresponding author: Layth Saeed Abdulameer, laith_eng2009@yahoo.com.

ВВЕДЕНИЕ

Модель играет важную роль в проектировании, эксплуатации и управлении системами распределения воды [1-12]. В этом исследовательском моделировании используется программное обеспечение (ПО) WaterCAD У81 для анализа гидравлических параметров водопроводных труб путем расчета потерь напора, скорости и других показателей в рассматриваемых трубах. WaterCAD У81 — ПО для гидравлического моделирования, которое состоит из различных функций, включая гибкую графику и прогресс профиля. Многие функции, такие как гидравлический анализ и анализ качества воды, а также стационарное и долгосрочное моделирование, также созданы для работы с расширенными возможностя-

ми и эффективным управлением данными наряду с интеграцией AutoCAD и ГИС. Преимущества WaterCAD V8i по сравнению с другим ПО включают построение упрощенных моделей с помощью геопространственных модулей и инструментов, таких как Load Builder и TRex, моделирование качества воды, анализ потока, оптимизацию и управление сценариями. WaterCAD V8i применяется для разных типов водораспределения, а также программных пакетов моделирования, принятых для различных приложений [13-25].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Общий вид гидравлического стенда в виде эскиза представлен на рис. 1.

< п

tT

iH О Г

0 w

t CO

1 z y i

J CD

U -

> i

n °

» 3

0 Ш

01

о n

Рис. 1. Эскиз опытного гидравлического стенда: v2/2g — скоростной напор; l = 10 000 — длина опытного участка трубопровода, м; ДА — разность показаний пьезометров; 1 — тонкий полимерный рукав диаметром 100 мм; 2—полиэтиленовая труба диаметром 100 мм; 3 — стальная труба с цементно-песчаным покрытием, диаметром 100 мм (с учетом защитного слоя внутренний диаметр новою трубопровода составляет 90 мм); 4 — скоростная трубка Пито; 5 — пьезометрическая трубка; 0-0 — плоскость сравнения

Fig. 1. Sketch of an experienced hydraulic stand: v2/2g — high-speed pressure; l = 10,000 — the length of the experimental section of the pipeline, m; ДА — the difference in the readings of piezometers; 1 — a thin polymer sleeve with a diameter of 100 mm; 2 — a polyethylene pipe with a diameter of 100 mm; 3 — a steel pipe with a cement-sand coating with a diameter of 100 mm (taking into account the protective elephant, the inner diameter of the new pipeline is 90 mm); 4 — a high-speed Pitot tube; 5 — a piezometric tube; 0-0 — a comparison plane

со со

n NJ >6

• )

[7

® 7

. DO

■ т

s □

s У с о <D Ж JO JO

О О 10 10 10 10

сч N сч N о о

N N

СП СП ¡г (V U 3 > (Л

с и HQ N

ii <U О)

о ё

ел ел

■8 Е!

О И

Для расчета гидравлических параметров использовались следующие уравнения: • скоростной напор (м)

Нск Н1Пито Н1П,

(1)

где Н1Пито — показания на трубке Пито, м; Н1П — показания на пьезометре, м;

• коэффициент Кориолиса

aj = 2gHcK / V2.

(2)

Применяются уравнения первой и второй точек и берется среднее:

• средняя скорость V м/с,

^ = еСр / ш, (3)

где 0 — расходы воды (среднее значение, м3/с);

2

ю — живое сечение, м • потери напора (м)

^ = НЫ - Нп;

(4)

среднее значение коэффициента Кориолиса

acp = La« / j

где n = 2 (две точки);

• коэффициент Дарси

Х =

2g Ahd la V2 '

tu,cpr cp

(5)

(6)

где X — коэффициент гидравлического трения; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Методика проведения экспериментов

Эксперименты проводились в лаборатории кафедры водоснабжения и водоотведения НИУ МГСУ схема установки представлена на рис. 2.

Рис. 2. Общий вид гидравлического стенда с обеих сторон Fig. 2. General view of the hydraulic stand from both sides

Исследования выполнены с использованием трех параллельных трубопроводов длиной 18 м (стальная труба диаметром 100 мм с полимерным покрытием, полиэтиленовая труба диаметром 100 мм и стальная труба диаметром 100 мм с цементно-песчаным покрытием (внутренний диаметр 90 мм)). Установка оборудована пьезометрами, насосной установкой (рис. 3, а), состоящей из двух центробежных насосов марки АЦМЛ-80А/130-3,0/2 (расход 43,2 м3/ч; напор 13, м; п = 2900 об/мин) с регулируемым компьютерным приводом (рис. 3, Ь), что позволяет автоматически регулировать расход, изменяя частоту вращения рабочего колеса от 0 до 2900 об/мин.

Гидравлический стенд снабжен также узлом измерения расхода объемным методом (рис. 4, а), включающим расположенный на торцевой части накопительной емкости мерный карман (на 100 л) с оттарированным водомерным стеклом (рис. 4, Ь).

(Л W

Е О с

ю °

S 1

о ЕЕ а> ^

Ф Ф Рис. 3. Насосная установка (а) и шкаф управления с компьютером (b)

СО >

Fig. 3. Pumping unit (a) and control cabinet with computer (b)

a b

Рис. 4. Узел измерения расхода объемным методом (а) с воронкой, гибким шлангом и мерным карманом на 100 л и оттарированное водомерное стекло (b)

Fig. 4. Flow measurement unit by volumetric method (a) with funnel, flexible hose and measuring pocket for 100 l and calibrated water gauge glass (b)

Рис. 5. Фрагмент стенда с трубками Пито и пьезометрами Fig. 5. Fragment of a stand with pitot tubes and piezometers

Для отбора статического и динамического давлений на трех трубопроводах в двух их точках на расстоянии 10 м друг от друга установлены пьезометры и трубки Пито (рис. 5): первая в 4,0 м от первого по ходу движения воды местного гидравлического сопротивления — фланца на повороте трубопровода; вторая в 4,0 м от задвижки вблизи накопительной емкости (в месте излива воды).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Результаты экспериментальных исследований

По вышеизложенной методике произведены расчеты гидравлических характеристик потока стальной

трубы диаметром 100 мм с полимерным покрытием, которые представлены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, с увеличением расхода воды в трубе увеличиваются значения всех гидравлических параметров, кроме коэффициента гидравлического трения. Это связано с тем, что существует обратная зависимость между коэффициентом гидравлического трения и числом Рейнольдса, которое зависит от скорости потока. Зависимость между потерей напора и расходом из различных материалов изображена на рис. 6.

Стальная труба с полимерным покрытием диаметром 100 мм (рис. 6) имела наименьшие потери напора по сравнению с полиэтиленовой трубой. Также отмечено, что стальная труба диаметром 100 мм с цементно-песчаным покрытием (внутренний диаметр 90 мм) имела самые большие потери по сравнению с другими типами труб по причине меньшего диаметра и, таким образом, больших потерь напора.

Сравнение результатов эксперимента с результатами, полученными с помощью имитационной модели WaterCAD V8i

Для моделирования гидравлического режима трубы использовалась программа WaterCAD V8i. Это дало возможность моделировать течение воды в трубах из различных материалов. Потери напора в системе рассчитывались с помощью уравнения Дарси - Вейсбаха. Результаты эксперимента и эксплуатации программы для стальной трубы диаметром 100 мм с полимерным покрытием при различных расходах представлены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что экспериментальные и программные значения потерь напора и скоростей потока близки. Эти результаты аналогичны результатам, приведенным в работе [1], где авторами рассматриваются вопросы в период проведения двух экспериментов,

< п

tT

iH О Г

0 w

t CO

1 z y i

J CD

U -

> I

n °

» 3

0 CJl

01

о n

CO CO

n NJ >6

• )

[7

® 7

. DO

■ T

s □

s У

с о

<D *

2 2

О О

2 2

2 2

Табл. 1. Расчеты гидравлических характеристик потока стальной трубы диаметром 100 мм с полимерным покрытием Table 1. Calculations of hydraulic flow characteristics of a 100 mm diameter polymer-coated steel pipe

Давление насоса Н, м Pump pressure H, m Средний показатель расхода воды Qм3/с Average water consumption Qav, m3/s Средняя скорость V м/с Average speed V*, m/s Потери напора ДА, м Head loss ДА, m Среднее значение коэффициента Кориолиса аср Average coefficient value Coriolis aav Коэффициент Дарси 1 Darcy coefficient 1

12 0,006444 0,8209 0,05 1,163 0,0125043

12 0,00644 0,8205 0,05 1,15 0,012658

12 0,0073 0,9302 0,075 1,268 0,013398

12 0,008233 1,0488 0,093 1,443 0,0114837

12 0,008304 1,058 0,1024 1,268 0,0141403

12 0,00868 1,106 0,118 1,402 0,01348

12 0,00862 1,098 0,116 1,357 0,013897

12 0,006698 0,853 0,0560 1,3026 0,0115806

12 0,00671 0,854 0,0565 1,343 0,0113059

12 0,006796 0,865 0,068 1,218 0,0146245

12 0,006801 0,866 0,059 1,2283 0,0125534

12 0,006873 0,8755 0,064 1,2184 0,0134316

12 0,006929 0,88275 0,05 1,245 0,010101

12 0,008707 1,109 0,1175 1,2432 0,015062

12 0,0087391 1,1132 0,115 1,52235 0,0119478

12 0,008733 1,11217 0,120 1,533 0,0124036

N N N N О О N N

СП СП

к ai

U 3

> (Л

с и ta N

ÏÎ ^ *

<U О)

О %

ОТ "

от Е

— ч-^

^ w Е §

DL° ^ с Ю О

S !

о ЕЕ

СП ^

~Z. £ £

ОТ °

2 3

Si

О (Я

<

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009

Q, м3/с / m3/s

♦ Стальная труба диаметром 100 мм с полимерным покрытием

100 mm diameter steel pipe with polymer coating ■ Полиэтиленовая труба диаметром 100 мм

Polyethylene pipe with a diameter of 100 mm А Стальная труба диаметром 100 мм с цементно-песчаным покрытием (диаметр 90 мм) Steel pipe with a diameter of 100 mm with a cement-sand coating (diameter 90 mm)

Рис. 6. Зависимость между потерей напора и расходом для различных материалов Fig. 6. Relationship between head loss and flow for different materials

0,01

Табл. 2. Результаты эксперимента и эксплуатации программы для стальной трубы диаметром 100 мм с полимерным покрытием при различных расходах

Table 2. The results of the experiment and operation of the program for a 100 mm diameter steel pipe with a polymer coating at various costs

Расходы воды Q, м3/с Discharge water Q, m3/s Потери напора (эксперимент) Ah, м Head loss (experiment) Ah, m Потери напора Ah WaterCAD V8i, м Head loss Ah WaterCAD V8i, m Средняя скорость (эксперимент) V^, м/с Average velocity experiment Vav, m/s Скорость WaterCAD V8i V, м/с Velocity WaterCAD V8i V, m/s

0,00644 0,05 0,0689 0,8205 0,82

0,006698 0,056 0,0741 0,853 0,8528

0,00671 0,0565 0,0743 0,854 0,8543

0,006929 0,06 0,0789 0,88275 0,8822

0,0073 0,075 0,0868 0,9302 0,9295

0,008233 0,093 0,1084 1,0488 1,0483

0,00862 0,116 0,1181 1,098 1,0975

0,008707 0,1175 0,1203 1,109 1,1086

0,008733 0,12 0,12 1,11217 1,1119

0,0087391 0,115 0,1211 1,1132 1,1127

а именно: эксперимента с использованием ручного манометра в лаборатории с большим разнообразием диаметров и типов водопроводных труб (гладких и шероховатых) и экспериментами с применением ПО WaterCAD У81. При этом полученные значения скорости и потерь напора аппроксимируются, т.е. имеют прямую положительную связь как со скоростью, так и со значением потерь напора, полученным методом экспериментов. Ограничением указанного выше исследования является то, что диаметры используемых труб малы (3,9; 7,5; 12,5; 17 и 18,5 мм).

Сравнение экспериментальных результатов с результатами, полученными с помощью имитационной модели WaterCAD У81 для потерь напора, представлено на рис. 7.

Из рис. 7 видно, что потери напора в программе WaterCAD У81 были несколько выше, чем при экспериментальных исследованиях, а при увеличении расхода результаты практически идентичны. Зависимость между экспериментальной потерей напора и имитационной модели WaterCAD У81 показана на рис. 8.

Следует отметить, что коэффициент корреляции составил Я2 = 0,9869, что указывает на высокую сходимость результатов. Измеренные и рассчитанные коэффициенты потерь на трение при различных числах Рейнольдса представлены на рис. 9.

Согласно рис. 9, результаты расчета числа Рей-нольдса соответствуют турбулентному режиму течения воды. Необходимо заметить, что в программе заложено уравнение Кольбрука - Уайта для расчета коэффициента гидравлического трения, а в лабораторных исследованиях для расчета коэффициента гидравлического трения использовано уравнение Дарси - Вейсбаха и коэффициент Кориолиса. Это и является причиной расхождения в результатах.

Представленные результаты аналогичны результатам, полученным в работе [2], в которой авторы рассматривают вопросы, связанные с гидравлическим е е экспериментом и потерями на трение, где коэффици- щ Н енты оценивались с использованием шести различ- к и ных чисел Рейнольдса. В итоге разница между из- 3 ^ меренными и рассчитанными коэффициентами $ с потерь на трение становятся значимыми, когда число • у

Рейнольдса уменьшается менее чем на 2000 для ла- м |

т-» о м

минарного потока. Взаимосвязь между эксперимен- ^ N

тальным коэффициентом гидравлического трения о 1

и имитационной моделью WaterCAD У81 приведена о 7

на рис. 10. п 0

Заметим, что коэффициент корреляции Я2 = о5

= 0,9057. Это указывает на высокую сходимость С г

результатов. Результаты эксперимента и работы п )

программы для полиэтиленовой трубы диаметром г ¡^

100 мм с полимерным покрытием при различных а N

расходах приведены в табл. 3. о з

Из табл. 3 очевидно, что экспериментальные § -

и программные значения потерь напора имеют не- > 6

значительное расхождение, связанное с использова- а о

нием формул различных авторов, а скорости пото- с О

ка — почти одинаковые значения. Сравнение г О

о е

экспериментальных результатов с результатами, • ^

полученными с помощью имитационной модели ° Т

WaterCAD У81 для потери напора, представлено с 2

на рис. 11. ф 7

Из рисунка видно, что потери напора, получен- 7 В

ные в программе WaterCAD У81, были несколько I Ы

№ э

выше, чем при экспериментальных исследованиях.

Зависимость между экспериментальными значе- Ф к

ниями потерь напора и имитационной модели Ф Ф

WaterCAD У81 показана на рис. 12. 0 0

Коэффициент корреляции Я2 = 0,9559. Это ука- 2 2 зывает на высокую сходимость результатов.

0,14 0,12 0,1 0,08

¡3

S

0,06 0,04

0,02

n у = R2 = 743, 0,9 71X1 999 8406

> к

► у = R2 63 4 0,9 24x2 916 7847

ж

0

0,005

0,006

0,007 0,008

Q, м3/с / m3/s

0,009

0,01

N N N N О О N N

СП СП

¡г <и

U 3 > (Л С И

со N

S]

<D dj

о % —■

о

о о

со <[

СО ^

8 « Z -i

ОТ* от Е

— ч-J

^ w Е §

£ ° ^ с ю °

S g

сэ ЕЕ

О) ^ т- ^

от °

■8 Е!

О И

♦ ДА эксперимент

Ah experiment ■ Ah программ WaterCAD V8i Ah of WaterCAD V8i programs

Рис. 7. Сравнение экспериментальных результатов с результатами, полученными с использованием имитационной модели WaterCAD V8i для потерь напора

Fig. 7. Comparison of experimental results with results obtained using the WaterCAD V8i head loss simulator

0,14

0,12

0,1

8i V8

D

< 0,08 rC

te

at Wa

0,06

A

0,04

0,02

0,02 0,04 0,06 0,08

Ah эксперимент / Ah experiment

0,1

у - 0, 753 J6x + 0,0 32

R 2 0 98 69

k

r

0,12

0,14

Рис. 8. Зависимость между экспериментальными значениями потерь напора и имитационной модели WaterCAD V8i Fig. 8. Relationship between experimental head loss values and WaterCAD V8i simulation model

0

0

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0

70 000

0 ,1 21 9i -0 15 9

R2 = 0, 98 7

fl h

4 ■ —

♦

1 -0 80 7

77 ,7

R2 = 0 9 7 2

75 000 80 000 85 000

90 000 95 000 Re

100 000 105 000 110 000 115 000

■ WaterCAD V8i

♦ эксперимент experiment

Рис. 9. Зависимость между коэффициентом гидравлического трения и числом Рейнольдса Fig. 9. Relationship between hydraulic friction coefficient and Reynolds number

0,0202

0,0200

0,0198

^ 0,0196 D A

C r te

^ 0,0194

c<

0,0192

0,0190

0,0188 0,0120

л

0 ,2 57 + 0 ,0 23 2 S

y 4 *

R2 = 0 ,9 05 7 *

ч

♦ 4

S

s

\

\ y

\

\

\

\

\

\

S

4

4 > 4 4

s

s

s t

< \ ♦

\

\

<

0,0130 0,0140 0,0150 0,0160 0,0170 X эксперимент / X experiment

0,0180

0,0190

0,0200

Рис. 10. Взаимосвязь между экспериментальным коэффициентом гидравлического трения и имитационной моделью WaterCad V8i

Fig. 10. Relationship between Experimental Hydraulic Friction Coefficient and WaterCad V8i Simulation Model

< П

tT

iH

О Г s 2

О м

n S

У

J со

U -

r i

П о

§ 3

о » 0?

о n

СО

со

§ 3

§ 6 r 6 о о

о

о

c n

[7

® 7

. DO

■ г

s □

s У с о <D X

J° J°

M 2 О О 10 10 10 10

Табл. 3. Результаты эксперимента и работы программы для полиэтиленовой трубы диаметром 100 мм с полимерным покрытием при различных расходах

Table 3. The results of the experiment and the work of the program for a polyethylene pipe with a diameter of 100 mm with a polymer coating at various costs

Расходы воды Q, м3/с Discharge water Q, m3/s Потери напора Ah (эксперимент), м Head loss Ah (experiment), m Потери напора Ah WaterCAD V8i, м Head loss Ah WaterCAD V8i, m Средняя скорость (эксперимент) Уср, м/с Average velocity (experiment) Vav, m/s Скорость WaterCAD V8i V, м/с Velocity WaterCAD V8i V, m/s

0,001477 0,004 0,0047 0,18825 0,18806

0,0023305 0,011 0,0205 0,296878 0,2968

0,0036938 0,025 0,0507 0,470547 0,47031

0,003865 0,036 0,0556 0,49236 0,49211

0,0040884 0,044 0,0621 0,520815 0,52055

0,005426 0,065 0,1086 0,69122 0,69086

0,005646 0,083 0,1174 0,719337 0,71887

0,0066738 0,085 0,1637 0,8501656 0,84973

0,0067506 0,087 0,1674 0,859949 0,85951

0,0084201 0,179 0,2598 1,07264 1,07208

N N N N О О N N

СП СП

¡г ai

U 3

> (Л

с и со N

si

<D dj

О ё

от "

от Е —

е §

CL °

^ с

ю °

S g

о ЕЕ

О) ^

~z. £ £

от °

«г? ■8

El

О И

£

s <

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

KH 3858 9r2' 1061

R2 = 0 98'

y= я 11 5 2 П 35r2, ÖSS /

,988 6 / ' 1 h

/

/

/

/ ¿1_ 1— ь-

у /

/ / /

w —

f—

-Щ

Шг

-

0

0,000

0,002

0,004

Q, м3/с / m3/s

0,006

0,008

♦ Ah эксперимент

Ah experiment ■ Ah программ WaterCAD V8i Ah of WaterCAD V8i programs

Рис. 11. Сравнение экспериментальных результатов с результатами, полученными с использованием имитационной модели WaterCAD V8i для потерь напора

Fig. 11. Comparison of experimental results with results obtained using the WaterCAD V8i head loss simulator

>

О

<

У «

й Sí

-s <

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

* y = / 1,501 R2 7x + = 0,95 0,00 59 1

ж (Г *

0 0,05 0,1 0,15

Ah эксперимент / Ah experiment

Рис. 12. Зависимость между экспериментальной потерей напора и имитационной модели WaterCAD V8i Fig. 12. Relationship between Experimental Head Loss and WaterCAD V8i Simulation Model

0,2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Проведено аналитическое сравнение результатов лабораторных гидравлических исследований с результатами, полученными с помощью имитационной модели WaterCAD У81 для труб из различных материалов.

Результаты сравнения экспериментальных исследований гидравлических параметров для средних скоростей потока и полученных с помощью имитационной модели WaterCAD У81 практически идентичны.

Значения коэффициента гидравлического трения для всех трех исследуемых типов труб, полученные с помощью имитационной модели, оказались выше, чем экспериментальные значения из-за использования в расчетах формул разных авторов; при этом корреляционная кривая указывает на хорошую сходимость полученных значений.

Результаты проведенной работы по сопоставлению экспериментальных данных с расчетными, полученными по программе WaterCAD У81, позволяют сделать вывод о возможности широкого использования ее на практике для определения гидравлических показателей трубопроводов.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Iqbal M.T. Determining energy loss due to roughness of pipe walls in piping systems with WATERCAD V8i // Civil Engineering Journal. 2015. Issue 1. Pp. 32-39.

2. Kima J.H., Kwona S.H., Yoonb K.S., Leeb D.H., Chunga G. Hydraulic experiment for friction loss coefficient in non-circular pipe // Procedia Engineering. 2016. Vol. 154. Pp. 773-778. DOI: 10.1016/j. proeng.2016.07.582

3. Rezagama A., Handayani D.S., Zaman B., Pu-

tra R.R.S. Design optimization of water distribution

suburban area in Mranggen, Semarang, Indonesia // IOP

< n

tT

iH

о

W

с

0 w

t СО

1 i y 1 J со

U -

> i

n °

i 3

0 i

01

o n

со со

l\J со о

i 6 >6 о о

0)

о

Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 448. Issue 1. P. 012066. DOI: 10.1088/17551315/448/1/012066

4. Agunwamba J.C., Ekwule O.R., Nnaji C.C. Performance evaluation of a municipal water distribution system using WaterCAD and EPANET // Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development. 2018. Vol. 8. Issue 3. Pp. 459-467. DOI: 10.2166/wash-dev.2018.262

5. Bhaskar S.P., Dr. More Ashok B., Rout A.K., Rajendra G.M. Feasibility analysis of water distribution system for Yavatmal City using WaterGems Software //

c n

• )

[7

® 7

. DO

■ T

s □

s У с о <D X

J° J°

2 2 О О 2 2 2 2

0

сч N

сч N

о о

N N

СП СП

¡г <и

U 3

> (Л

С И 2

HQ N

ii

<U О)

о ё

(Л

ел

Е о

£ ° с

ю о

S g

о ЕЕ

fee

О) ^ т- ^

ел ел

International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2017. Vol. 6. Issue 7. DOI: 10.15680/IJIRSET.2017.0607132

6. Achour B., Amara L. New formulation of the Darcy-Weisbach friction factor // Larhyss Journal. 2020. Vol. 43. Pp. 13-22.

7. JamilR., Mujeebu M.A. Empirical relation between Hazen-Williams and Darcy-Weisbach equations for cold and hot water flow in plastic pipes // Water. 2019. Vol. 10. Pp. 104-114. DOI: 10.14294/WATER.2019.1

8. KuokK.K., Chiu P.C., Chee D., TingM. Evaluation of "C" values to head loss and water pressure due to pipe aging: Case study of Uni-Central Sarawak // Journal of Water Resource and Protection. 2020. Vol. 12. Issue 12. Pp. 1077-1088. DOI: 10.4236/jwarp.2020.1212064

9. NiazkarM., Afzali S. Analysis of water distribution networks using MATLAB and Excel spreadsheet: h-based methods // Computer Applications in Engineering Education. 2017. Vol. 25. Issue 1. Pp. 129-141. DOI: 10.1002/cae.21786

10. QobanM.T. Error analysis of non-iterative friction factor formulas relative to Colebrook-white equation for the calculation of pressure drop in pipes // Journal of Naval Sciences and Engineering. 2012. Vol. 8. Issue 1. Pp. 1-13.

11. Arunjyoti S., Senapati S.C., Sirisha A. A mathematical model for the selection of an economical pipe size in pressurized irrigation systems // African Journal of Agricultural Research. 2016. Vol. 11. Issue 8. Pp. 683-692. DOI: 10.5897/AJAR2015.10648

12. Cafaro V.G., CafaroD.C., Cerda J. Improving the mathematical formulation for the detailed scheduling of refined products pipelines by accounting for flow rate dependent pumping costs // Iberoamerican Journal of Industrial Engineering. 2013. Vol. 5. Issue 10. Pp. 115128. DOI: 10.13084/2175-8018.v05n10a09

13. Hashemi S., Filion Y., Speight V., Long A. Effect of pipe size and location on water-main head loss in water distribution systems // Journal of Water Resources Planning and Management. 2020. Vol. 146. Issue 6. DOI: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001222

14. Cabrera E., Gomez E., Cabrera Jr.E., Soriano J. Calculating the economic level of friction in pressurized water systems // Water. 2018. Vol. 10. Issue 6. Pp. 763. DOI: 10.3390/w10060763

15. Berhane T.G., Aregaw T.T. Optimization of water distribution system using watergems: The case of Wukro Town, Ethiopia // Civil and Environmental Research. 2020. Vol. 12. Issue 6. DOI: 10.7176/ CER/12-6-01

16. Michalos C. Consequences of under-estimating friction losses in wastewater forcemains // Pipelines 2020. 2020. DOI: 10.1061/9780784483213.002

17. Mahar P.S., Singh R.P. Optimal design of pumping mains considering pump characteristics // Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2014. Vol. 5. Issue 1. DOI: 10.1061/(asce)ps.1949-1204.0000157

18. Asim T., Mishra R., Kollar L.E., Pradhan S.R. Optimal sizing and life-cycle cost modelling of pipelines transporting multi-sized solid-liquid mixtures // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2014. Vol. 113. Pp. 40-48. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2013.11.003

19. Martin-Candilejo A., Santillan D., Iglesias A., Garrote L. Optimization of the design of water distribution systems for variable pumping flow rates // Water. 2020. Vol. 12. Issue 2. P. 359. DOI: 10.3390/w12020359

20. Абдуламир Л.С., Джумагулова Н.Т. Технико-экономическое обоснование выбора параметров труб и системы транспортировки сточных вод для орошения на примере административного города Кербела (Ирак) // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2021. № 4(49). С. 81-89. DOI: 10.24866/2227-6858/2021-4/81-89

21. Abdulameer L.S., Dzhumagulova N., Algretawee H., Zhuravleva L., Alshammari M.H. Comparison between Hazen-Williams and Darcy-Weisbach equations to calculate head loss through conveyancing treated wastewater in Kerbala city, Iraq // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 1. Issue 1 (115). Pp. 36-43. DOI: 10.15587/17294061.2022.251385

22. Micheal A.M. Irrigation theory and practice. New Delhi, Vikas Publishers, 1998. Pp. 279-282.

23. Bello A.D., Alayande W.A., Otun J., Ismail A., Lawan U.F. Optimization of the designed water distribution system using MATLAB // International Journal of Hydraulic Engineering. 2015. Vol. 4. Issue 2. Pp. 37-44. DOI: 10.5923/j.ijhe.20150402.03

24. Зуйков А.Л. Гидравлика : в 2 т. Т. 2. Напорные и открытые потоки. Гидравлика сооружений : учебник. М. : МГСУ, 2015.

25. Гуринович А.Д., Бойцов В.Г. Методологические подходы анализа состояния и перспектив развития систем водоснабжения городов с использованием информационных технологий // Вестник Брестского государственного технического университета. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. 2018. № 2 (110). С. 100-104.

"8 Г Е!

О И

Поступила в редакцию 28 июля 2022 г. Принята в доработанном виде 17 августа 2022 г. Одобрена для публикации 30 августа 2022 г.

Об авторах : Лейс Саид Абдуламир — аспирант кафедры гидравлики и гидротехники; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337,

г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; преподаватель кафедры нефтяной инженерии; Университет Кербелы; г. Кербела, Ирак; РИНЦ ГО: 1063894; laith_eng2009@yahoo.com;

Владимир Александрович Орлов — доктор технических наук, профессор кафедры водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ГО: 507689; OrlovyA@mgsu.ru;

Назира Тентимишовна Джумагулова — доктор технических наук, доцент кафедры гидравлики и гидротехники; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; dnazira@rambler.ru.

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Iqbal M.T. Determining energy loss due to roughness of pipe walls in piping systems with WATERCAD V8i. Civil Engineering Journal. 2015; 1:32-39.

2. Kima J.H., Kwona S.H., Yoonb K.S., Leeb D.H., Chunga G. Hydraulic experiment for friction loss coefficient in non-circular pipe. Procedia Engineering. 2016; 154:773-778. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.582

3. Rezagama A., Handayani D.S., Zaman B., Putra R.R.S. Design optimization of water distribution suburban area in Mranggen, Semarang, Indonesia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020; 448(1):012066. DOI: 10.1088/1755-1315/448/1/012066

4. Agunwamba J.C., Ekwule O.R., Nnaji C.C. Performance evaluation of a municipal water distribution system using WaterCAD and EPANET. Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development. 2018; 8(3):459-467. DOI: 10.2166/washdev.2018.262

5. Bhaskar S.P., Dr. More Ashok B., Rout A.K., Rajendra G.M. Feasibility analysis of water distribution system for Yavatmal City using WaterGems software. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2017; 6(7). DOI: 10.15680/ IJIRSET.2017.0607132

6. Achour B., Amara L. New formulation of the Darcy-Weisbach friction factor. Larhyss Journal. 2020; 43:13-22.

7. Jamil R., Mujeebu M.A. Empirical relation between Hazen-Williams and Darcy-Weisbach equations for cold and hot water flow in plastic pipes. Water. 2019; 10:104-114. DOI: 10.14294/WATER.2019.1

8. KuokK.K., ChiuP.C., Chee D., Ting M. Evaluation of "C" values to head loss and water pressure due to pipe aging: Case study of Uni-Central Sarawak. Journal of Water Resource and Protection. 2020; 12(12):1077-1088. DOI: 10.4236/jwarp.2020.1212064

9. Niazkar M., Afzali S. Analysis of water distribution networks using MATLAB and Excel spreadsheet: h-based methods. Computer Applications in Engineering Education. 2017; 25(1):129-141. DOI: 10.1002/ cae.21786

10. Qoban M.T. Error analysis of non-iterative friction factor formulas relative to Colebrook-White equa-

tion for the calculation of pressure drop in pipes. Journal of Naval Sciences and Engineering. 2012; 8(1):1-13.

11. Arunjyoti S., Senapati S.C., Sirisha A. A mathematical model for the selection of an economical pipe size in pressurized irrigation systems. African Journal of Agricultural Research. 2016; 11(8):683-692. DOI: 10.5897/ AJAR2015.10648

12. Cafaro V.G., Cafaro D.C., Cerda J. Improving the mathematical formulation for the detailed scheduling of refined products pipelines by accounting for flow rate dependent pumping costs. Iberoamerican Journal of Industrial Engineering. 2013; 5(10):115-128. DOI: 10.13084/2175-8018.v05n10a09

13. Hashemi S., Filion Y., Speight V., Long A. Effect of pipe size and location on water-main head loss in water distribution systems. Journal of Water Resources Planning and Management. 2020; 146(6). DOI: 10.1061/ (ASCE)WR.1943-5452.0001222

14. Cabrera E., Gomez E., Cabrera Jr.E., Soriano J. Calculating the economic level of friction in pressurized water systems. Water. 2018; 10(6):763. DOI: 10.3390/ w10060763

15. Berhane T.G., Aregaw T.T. Optimization of water distribution system using WaterGEMS: The Case of Wukro Town, Ethiopia. Civil and Environmental Research. 2020; 12(6). DOI: 10.7176/CER/12-6-01

16. Michalos C. Consequences of under-estimating friction losses in wastewater forcemains. Pipelines 2020. 2020. DOI: 10.1061/9780784483213.002

17. Mahar P.S., Singh R.P. Optimal design of pumping mains considering pump characteristics. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2014; 5(1). DOI: 10.1061/(asce)ps.1949-1204.0000157

18. Asim T., Mishra R., Kollar L.E., Pradhan S.R. Optimal sizing and life-cycle cost modelling of pipelines transporting multi-sized solid-liquid mixtures. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2014; 113:40-48. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2013.11.003

19. Martin-Candilejo A., Santillan D., Iglesias A., Garrote L. Optimization of the design of water distribution systems for variable pumping flow rates. Water. 2020; 12(2):359. DOI: 10.3390/w12020359

< П

tT

iH О Г

0 w

t CO

1 z y i

J CD

U -

> i

n °

» 3

0 CJl

01

о n

CO CO

n NJ >6 1°

•)

[7

® 7

. DO

■ T

s □

(Л У

с о <D X

J° J°

2 2 О О 2 2 2 2

<U <D

O %

> 1 Ü W

r

Si

Ü (fl

20. Abdulameer L.S., Dzhumagulova N. Feasibility study of the choice of pipe parameters and waste-water transportation system for irrigation on the example of the administrative district of Kerbala (Iraq). FEFU: School of Engineering Bulletin. 2021; 49:81-89. DOI: 10.24866/2227-6858/2021-4/81-89 (rus.).

21. Abdulameer L.S., Dzhumagulova N., Algre-tawee H., Zhuravleva L., Alshammari M.H. Comparison between Hazen-Williams and Darcy-Weisbach equations to calculate head loss through conveyancing treated wastewater in Kerbala city, Iraq. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022; 1(1):(115):36-43. DOI: 10.15587/1729-4061.2022.251385

22. Micheal A.M. Irrigation Theory and Practice. New Delhi, Vikas Publishers, 1998; 279-282.

23. Bello A.D., Alayande W.A., Otun J., Ismail A., Lawan U.F. Optimization of the designed water distribution system using MATLAB. International Journal of Hydraulic Engineering. 2015; 4(2):37-44. DOI: 10.5923/j.ijhe.20150402.03

24. Zuykov A.L. Hydraulics : in 2 volumes. Vol. 2. Pressure and open flows. Hydraulics of structures : textbook. Moscow, MGSU, 2015. (rus.).

25. Gurinovich A.D., Boytsov V.G. Methodological approaches to the analysis of the state and prospects for the development of water supply systems for cities using information technology. Bulletin of the Brest State Technical University. Water Management Construction, Thermal Power Engineering and Geoecology. 2018; 2(110):100-104. (rus.).

Received July 28, 2022.

Adopted in revised form on August 17, 2022.

Approved for publication on August 30, 2022.

N N N N

o o

N N

mm

* <D

U 3 > in

E M

to I»

B i o n o t e s : Layth Saeed Abdulameer — postgraduate student oh the Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; Lecturer of the Department of Petroleum Engineering; University of Kerbala; Kerbala, Iraq; ID RISC: 1063894; laith_eng2009@yahoo.com;

Vladimir A. Orlov — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Water Supply and Sanitation; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 507689; OrlovVA@mgsu.ru;

Nazira T. Dzhumagulova — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; dnazira@rambler.ru.

!

Contribution of the authors: all authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflicts of interest.

M M

E o

CL ° d

LT> °

S g

o EE

CD ^

M M