Bài tập lớn thủy lực docx

Tính lưu lượng, vận tốc trong các đoạn; HGL và áp lực dư tại các nút; 3.. Tính sai số lưu lượng cho từng nút -dqi Từ lưu lượng trong từng đoạn đã biết,viết phương trình liên tục cho tù

BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN : TRẦN QUANG HUY

ĐỀ BÀI SỐ : 23

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : THS LÊ MẠNH HÀ

Đề bài :

Mạng lưới cấp nước có mặt bằng, tên ống, tên nút như trong hình vẽ

Số liêêu như sau:

 Nguồn cấp nước là bể Be hình trụ, diện tích mặt nước S (m2), cao đôê mặt nước tại đầu giờ đầu là H01; cao độ mặt đất tại các nút là Z;

 Chiều dài từng đoạn ống trong mạng là L1 ÷ L10 tính bằng m; hệ số nhám Hazen - Williams của các ống là CHW; tổng hêê số tổn thất cục bôê trong ống P-1 bằng ∑ξc =15, trong mỗi ống còn lại ∑ξc =5;

 Lưu lượng tiêu thụ trung bình tại từng nút là q(j1) (l/s); lưu lượng tiêu thụ phụ thuôêc côêt áp tại mỗi nút từ nút J-2 đến nút J-9 là q(j2) = K(h j )0,6;

H p = H 0p - C

Trong đó : Qp (m3/S); C= 680 [m/(m3 / s)m]; m là số mũ; Hop (m) Trục

bơm có cao độ bằng cao độ mặt đất tại nơi đăêt bơm

 Áp lực tối thiểu tại nút bất lợi trong mạng duy trì ở mức Hmin

 Vâên tốc trung bình trong ống chọn trong khoảng 0,7-1,2m/s

Yêu cầu:

Tính toán thuỷ lực mạng lưới cấp nước cho hai giờ liên tiếp, lưu

lượng tiêu thụ phụ thuôêc thời gian tính theo công thức q (j1.t) = q (j1) P (t)

trong đógiờ đầu P (t1) = 1,3; giờ thứ hai P (t2) =1,15

1 Chọn đường kính các ống (đường kính chọn theo lưu lượng giờ thứ 1);

2 Tính lưu lượng, vận tốc trong các đoạn; HGL và áp lực dư tại các nút;

3 Tính độ chân không tối đa trong ống hút;

4 Tính công suất tiêu thụ điện, biết η = 0,75;

5 Lập sơ đồ không gian đo áp;

6 Tính cao độ mực nước trong bể giờ thứ 2

2 Lập phương trình năng lượng và liên tục.

Giả thiết chiều chảy như hình vẽ, viết phương trình liên tục và năng lượng cho từng nút :

Tính sai số lưu lượng cho từng nút -dqi

Từ lưu lượng trong từng đoạn đã biết,viết phương trình liên tục cho

tùng nút để xác định sai số lượng tại tùng nút,kết quả như sau:

kết quả viết dưới dạng :

dqT = [0;0;0;0;0;0;0;0;0]T (1)

+ Tính sai số năng lượng cho tùng liên kết:

Với cột nước tại các nút và lưu lượng trong các đoạn đã có, tính tổn thất

áp lực và sai số năng lương cho từng liên kết.tổn thất cột nước tính theo

/s)

Kết quả sai số năng lượng trong từng liên kết như sau :

 Lập ma trận tính toán:

+ Ma trận hệ số lưu lượng:

-Ma trận hệ số lưu lượng của nước (JxP) Mạng có J nút cần tìm, cột áp P liênkết cần tìm lưu lượng thì ma trận A21 có J hàng và P cột Ma trận này có đặcđiểm là: Số hàng = Số nút và Số cột = Số liên kết

- Ta quy ước: Lưu lượng vào là: (+); Lưu lượng ra là ( - )

A21 =

+ Ma trận hệ số cột nước:

- Ma trận hệ số cột nước cần tìm tại nút Mạng có P liên kết và J nút thì ma trận

A21 có P hàng và J cột, nghĩa là A12 = A21T Dấu của các hệ số trong ma trận A12

do dấu quy ước trong ma trận A21 quyết định Ma trận này có đặc điểm là: Sốcột = số nút; Số hàng = số liên kết

A12 =

Ta có ma trận A12 và ma trận A21 là ma trận sơ đồ mạng

 Ma trận A11 : Ma trận đạo hàm tổn thất ( Ma trận đường chéo)

- Ma trận A11 là ma trận tổn thất, phần tử ma trận tổn thất bằng đạo hàmriêng của hàm năng lượng đối với lưu lượng trong liên kết tại bước lặp.Mạng có P liên kết thì ma trận A11 có P hàng và P cột  A11 là ma trậnđường chéo Các phần tử trong ma trận A11 xác đinh theo Q(k) :

+ Phần tử ống có cả tổn thất dọc đường và cục bộ là :

+ Phần tử cột áp bơm cấp vào mạng là : m.C

A11:

Công thức dưới đây:n=1,852 m=2,4

Q là lưu lượng đã dự kiến cho từng liên kết

Kết quả tính được như sau:

435,2727 ΔQ10- ΔH7+ ΔH9=0

185,014 ΔQP- ΔH1+ ΔH2=0

Kết quả tính toán ma trận như sau:

Phân tích kết quả:

 Chênh lệch lưu lượng trong các đoạn giữa kết quả tính và số liệu giả thiết ban đầu không đáng kể;

 Chênh lệch cột nước tại nút giữa kết quả tính và số liệu giả thiết banđầu chênh lệch không đáng kể

Bước tính lặp này coi như là bước cuối cùng

Quá trình lặp kết thúc, nghĩa là lưu lượng trong từng liên kết và tổng cột nước tại từng nút đưa vào tính toán ở bước lặp cuối cùng được chấp nhận; từ 2 kết quả tính toán này cùng với số liệu đã biết khác, xác định tiếp nội dung yêu cầu tính toán

-0,9952 42,7259 41,236 40,648 36,0399 37,9847 32,2108 38,033 26,665

e Tính độ chân không tối đa trong ống hút

Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 theo áp suất tuyệt tối

=>hck= 0,9453 (m).

f.Tính công suất tiêu thụ điện.

5 Sơ đồ không gian đo áp

7 Tính cao độ mực nước trong bể giờ thứ hai.

= qj1.1+k.h20,6+k.h30,6+k.h40,6+k.h50,6+k.h70,6+k.h80,6+k.h90,6

=0.21116 (

B: Tính cho giờ thứ hai:

 Tính lưu lượng tiêu thụ các nút giờ thứ hai

Áp dụng công thức: qj1.2=qj1.Pt2; mà Pt2=1,15

2 Lập phương trình năng lượng và liên tục.

Giả thiết chiều chảy như hình vẽ, viết phương trình liên tục và năng lượng cho từng nút :

3 Tính lặp

Tự cho lưu lượng ban đầu trong các đoạn và các cột nước tại các nút.Tính sai số lưu lượng:

 Tự cho lưu lương cho từng liên kết và tổng cột áp tại nút (m)

 Tự cho tổng cột áp tại nút (m):

 Tính sai số lưu lượng cho từng nút -dqi (l/s)

từ lưu lượng trong từng đoạn đã biết,viết phương trình liên tục cho tùng nút để xác định sai số lượng tại tùng nút,kết quả như sau:

 Tính sai số năng lượng cho tùng liên kết:

Với cột nước tại các nút và lưu lượng trong các đoạn đã có, tính tổn thất

áp lực và sai số năng lương cho từng liên kết.tổn thất cột nước tính theo

/s)

Kết quả sai số năng lượng trong từng liên kết như sau :

-Ma trận hệ số lưu lượng của nước (JxP) Mạng có J nút cần tìm, cột áp P liên

kết cần tìm lưu lượng thì ma trận A21 có J hàng và P cột Ma trận này có đặc

điểm là: Số hàng = Số nút và Số cột = Số liên kết

- Ta quy ước: Lưu lượng vào là: (+); Lưu lượng ra là ( - )

A21 =

+Ma trận hệ số cột nước:

- Ma trận hệ số cột nước cần tìm tại nút Mạng có P liên kết và J nút thì ma trận

A21 có P hàng và J cột, nghĩa là A12 = A21T Dấu của các hệ số trong ma trận A12

do dấu quy ước trong ma trận A21 quyết định Ma trận này có đặc điểm là: Sốcột = số nút; Số hàng = số liên kết

+ Phần tử ống có cả tổn thất dọc đường và cục bộ là :

+ Phần tử cột áp bơm cấp vào mạng là : m.C

Công thức dưới đây:n=1,852 m=2,4

Q là lưu lượng đã dự kiến cho từng liên kết

Kết quả tính được như sau:

A1 n.Kl1.Q1n-1+2.Km1.Q1

8,9419 A2 n.Kl2.Q2n-1+2.Km2.Q2

50,7969 A3 n.Kl3.Q3n-1+2.Km3.Q3

28,5088 A4 n.Kl4.Q4n-1+2.Km4.Q4

363,2563 A5 n.Kl5.Q5n-1+2.Km5.Q5

272,3063 A6 n.Kl6.Q6n-1+2.Km6.Q6

106,3904 A7 n.Kl7.Q7n-1+2.Km7.Q7

556,326 A8 n.Kl8.Q8n-1+2Km8.Q8

251,5277

A10 n.Kl10.Q10n-1+2.Km10.Q10

420,7045 A11 m.C.Qp(m-1) 173,6842

 Ma trận A11

 Lập sơ đồ Newton

=

Trong đó A11 , A12 , A21 là hàm các ma trận trên đây;

là vectơ ẩn cần tìm, đó là các số gia điều chỉnh lưu lượng và cột nước;

ma trận vế phải với dqT,dET, xác định theo (3),(4)

Sau khi nhập số liệu vào sơ đồ Newton, khai triển sơ đồ thành hệ

phương trình tuyến tính từ đó ta tìm ΔQi ,ΔHi

Ta sẽ thực hiện theo phương pháp Gauss:

Kết quả tính toán ma trận như sau:

ΔQP -4,5E-22

Phân tích kết quả:

 Chênh lệch lưu lượng trong các đoạn giữa kết quả tính và số liệu

giả thiết ban đầu không đáng kể;

 Chênh lệch cột nước tại nút giữa kết quả tính và số liệu giả thiết banđầu chênh lệch không đáng kể

Bước tính lặp này coi như là bước cuối cùng

Quá trình lặp kết thúc, nghĩa là lưu lượng trong từng liên kết và tổng cột

nước tại từng nút đưa vào tính toán ở bước lặp cuối cùng được chấp

nhận; từ 2 kết quả tính toán này cùng với số liệu đã biết khác, xác định

tiếp nội dung yêu cầu tính toán

4 Xác định lưu lượng,vận tốc trong các ống,HGL và áp suất dư tại

e Tính độ chân không tối đa trong ống hút

Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 theo áp suất tuyệt tối

=>hck=0,1731(m)

f.Tính công suất tiêu thụ điện.

5.Sơ đồ không gian đo áp