đây là bài giảng và bài tập thủy lực cực hay dành cho người nào còn yếu môn này. tài liệu được biên soạn một cách công phu và tỉ mỉ, mổi chương đều có những ví dụ minh họa giúp mọi người có thể áp dụng ngay vào làm bài tập một cách hiệu quả nhất.chúc mọi người học tập tốt
Trang 1Chương 6 DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH QUA ỐNG CÓ ÁP
1 Phân biệt
ống dài, ngắn
hc<5%hd: ống dài
hc>=5%hd: ống ngắn hf = hd + hc
hf = hd
2 Cơ sở để tính toán thủy lực đường ống
I KHÁI NIỆM
+ Phương trình Liên tục,
+ Phương trình Bernoulli,
+ Phương trình Động lượng,
+ Các công thức tính tổn thất cột nước
1.1 Tính toán thủy lực về đường ống hút
II CÁC BÀI TOÁN TRONG ĐƯỜNG ỐNG
1 Tính toán thủy lực ống ngắn :
Viết phương trình Becnoulli cho hai mặt cắt (1-1) và (2-2):
Trong đó:
Gọi độ cao chân không là:
Do đó phương trình trên viết lại thành:
Độ cao đặt máy bơm z2
(1)
1.2.Tính toán thủy lực về đường ống đẩy
, 4 4 2 3 3
p z g v p
(1), (2), (3): H b = z 4 + h W + h’ W
Hb= Hđh+h w
Viết phương trình Becnoulli cho hai mặt cắt 2-2 và 3-3 ngay trước và sau máy bơm
Viết phương trình Becnoulli cho hai mặt cắt 3-3 và 4-4
(2)
(3)
Trang 21.3 Cơng suất cần cung cấp cho thiết bị bơm
Cơng suất Turbine: N Tη γ Q H T . T
Hb 2
1
2
V g
2 2
2
V g
Mặt chuẩn
2 m
4 m 2.4 m
hydraulic grade line
z = 0
energy grade line
velocity head
z pump
pressure head
elevation
datum
2g
V2
p
VI CÁC BÀI TOÁN TRONG ĐƯỜNG ỐNG 1 Đường ống mắc nối tiếp
B fA
2 B B B
2 A A
g
V p z g
V p
g
V g
V g
V g
V g
V d
L g
V d
L g
V d
L h
2 3 ra
2 3 th
2 2 mr
2 1 vao
2 3 3
3 3
2 2 2
2 2
2 1 1
1 1
3
3 3 2 2
2 2 2 1
1 1
2
1 1 1 1 1 d L 1 d L 1 d
L g
Q h
ống nếu biết các thông số còn lại
l 1; d 1 ; 1
l2; d2; 2
l 3; d 3 ; 3
h
Mặt chuẩn
V1
V2
V3
h
2
d Q 4 Q V
Trang 3VI CÁC BÀI TOÁN TRONG ĐƯỜNG ỐNG 1 Đường ống mắc nối tiếp
B fA
2 B B B
2
A
A
g
V p z g
V
p
g
V g
V g
V g
V d
l g
V d
l
h
2 2 ra
2 2 mr
2 1 vao
2 2 2
2 2
2 1 1
1
1
2 ra 2 2 mr 2 1 vao 2 2 2
2 2 2 1 1
1 1
2
1 1
1 1
d
l 1 d
l g
Q
h
Trong đó 1, 2, 3là tiết diện ống 1, 2, và 3 Q
chảy trong ống nếu biết các thông số còn lại
l1; d1; 1
l2; d2; 2 h
Mặt chuẩn
V1
V2
hdAB hc h
2 Tính tốn thủy lực ống dài :
2.1 Đường ống dài đơn giản
L, d, n
H A
B 1
1
2
2
Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 và 2-2:
d
2 2 2 a 2
2 1 1 a
g 2
v p z g 2
v p
d
Q
K
2 2
Cĩ hai cơng thức cơ bản:
L K
Q H
J K Q
.
. 2
2
K : Mơ đuyn lưu lượng của ống
3 / 2 2 bp
4
d n 4
d R C
J : Độ dốc thủy lực
L
H L
h
J d
2 1 2
1
1
K
L K
Q H
J K Q
bp
bp
2 2 2
1
Trang 4L
K
Q
H
2
bp
2
2
2.2 Đường ống mắc nối tiếp
H
l 1 , d 1 , n 1
l 2 , d 2 , n 2
l 3 , d 3 , n 3
A
B
n
i
i d
i
K
l Q h
H
1 2 2
Q: không đổi với mọi ống.
2 i 2 di
i
K
l Q
h
Ta có:
Trang 62.4 Đường ống nối 3 hồ chứa (bỏ qua tổn thất cục bộ)
l 1; d 1 ; n 1
l 2; d 2 ; n 2
l 3; d 3 ; n 3 J
1
2
3
Z 1
Z 2
Mặt chuẩn
E j
E j
Đường năng gỉa sử Đường năng
E j
Đường năng
Chảy từ J về 2 Chảy từ 2 về J Khơng chảy trên ống 2
Đường năng gỉa sử
l 1; d 1 ; n 1
l 2; d 2 ; n 2
l 3; d 3 ; n 3 J
1
2
3
Z 1
Z 2
Mặt chuẩn
E j
Giả sử cao trình năng lượng tại J, Ejngang với mực nước trong bồn 2
2
1 l K
Q
2 2
K
Q z
1 2 1 1 1 l z z K
Q
2
K Q
K
2 2
3
2
K
Q
2
K Q
z
3 l z K
Q 3 3 2
Cách xác định chiều dịng chảy trên ống 2
l1; d1; n1
l2; d2; n2
l3; d3; n3
J
1
2
3
Z1
Z 2
Mặt chuẩn
Ej
Thí dụ trường hợp 1 xảy ra, Q 1 > Q 3
2 j
K
Q E
1 j 1 1 1
l E z K
Q
2
2 2
K
Q z
2 2 j 2
z E K
Q
K
Q
3 j 3 3
l
E K
Q
Q1= Q2+ Q3
Ej, Q1, Q2, Q3
Q 1
Q 2
Q 3
Trang 85 Bài toán đường ống phân nhánh:(bỏ qua mất năng cục bộ).
Xác định cao trình tháp nước và kích thước các đường ống
Cho: qE, qF, qD,qC, qB LAB; LBC; LCD; LBE, LCF
Cao trình cột áp các điểm: ’D; ’E; ’F;
qD
F
QAB=qB+qE+QBC
QBC=qC+qF+QCD Q CD =q D
’B=zB+pB/
’ C
’D
Trình tự giải:
1 Chọn đường ống chính ABCD, sau đó tính lưu lượng trên từng đoạn
ống như hình vẽ
2 Chọn đường kính theo tiêu chuẩn đđường kính ống kinh tế
3 Tính hdAB, hdBC; hdCD; theo bài tốn 2 như công thức sau:
i 2 i
2 i
di L K
Q
h
i i i
i C R
K
dCD dBC
dAB '
thap D h h h
3.
q C
q B
Xem JTBlà độ dốc thuỷ lực cho từng đoạn, suy ra:
v
v J Q K
; J Q K
TB BC BC TB AB
AB
sau đó suy ra kích thước đường ống
L H JTB
Xác định tổng tổn thất: H=’tháp - ’D Từ đó suy ra độ dốc thủy lực
trung bình cho cả đường ống chính:
1
Ghi chú: Sau khi tính xong, phải kiểm tra lại xem cao trình cột áp tại
các nút rẽ nhánh có đảm bảo không, nghĩa là phải thoả điều kiện:
’B>’E; và ’C> ’F
4 Nếu cao trình cột áp tại các nút rẽ nhánh thoả đ kiện trên , ta tiến
hành tính các kích thước của các nhánh phụ như sau:
' F ' C dCF '
E ' B
i
2 i
K
Q
h ta suy ra đường kính các nhánh phụ
Bài toán ngược:
Giả sử cả hệ thống như trên đã có sẵn (có tháp, có hệ thống các đường
ống) Ta kiểm tra lại xem có đáp ứng yêu cầu không Nếu không sẽ tiến
hành sữa chữa lại hệ thống ( thay ống mới hoặc nâng cộp áo của tháp lên)
Trình tự:
Trên các đoạn nhánh phụ, giải tương tự như bài toán 1 để tìm d
3
Trang 9+ I
+
+ +
II
II I
I V A
E
F G
H
I
Q=50 lít/s
6 Bài toán đường ống mạch kín:
Cho Q vào , lưu lượng lấy ra tại các nút
(nếu có), các kích thước và độ nhám của
các nhánh Tìm lưu lượng và chiều dòng
chảy trong mỗi nhánh.
Tại mỗi nút Qđến Qđi
1.
Chọn chiều dương cho mỗi vòng, với quy ước: dòng chảy thuận chiều dương thì
tổn thất mang dấu cộng, ngược lại mang dấu trừ Ta có:
vòngkín
di 0 h
2.
Trình tự giải:
1 Chọn chiều dương cho mỗi vòng (hình vẽ) Tự phân bố lưu lượng Q’ và
chiều dòng chảy trên các nhánh sao cho thoả mãn điều kiện 1.
2 Tiến hành hiệu chỉnh lưu lương trên các nhánh cho từng vòng (làm theo thứ
tự từ vòng 1 đến vòng cuối cùng) để htoả mãn điều kiện 2 bằng phương
pháp Hardy-Cross.
3 Sau khi hiệu chỉnh lưu lượng cho vòng một xong, tiến hành hiệu chỉnh như
trên cho vòng 2,3,…,n
4 Lặp lại quá trình trên đến khi tất cả lưu lượng và tổn thất cho các vòng đều
thoả hai điều kiện đã nêu ở đầu bài
Hai Điều kiện để giải bài toán là:
h
L K
Q
2
d
Ghi chú:
Tìm lưu lượng hiệu chỉnh:
Gọi Q là lưu lượng hiệu chỉnh cho một vòng (ví dụ vòng I) Để đảm bảo được sự liên tục cho các nút Q cho mỗi vòng phải là hằng số
Ta có:
Để đảm bảo điều kiện 2:
1 1 1
i i
x x
vongI vongI
i i i i I vongI vongI
vongI vongI vongI
vòngI
1 x i i
I
' Q k x
' h Q
(ghi chú rằng Q I có thể âm hoặc dương).
) Q ' xQ ' Q ( k
) Q
Q ' xQ Q ' xQ ' Q ( k ) Q ' Q ( k Q k h
I 1 x i
x 2
2 I 1 x i
x I i i
x i i di
i i
I I
i i
i
2.5 Mạng đường ống kín:
Q
A
B
E
F
G
H
I
J
K
L
vii vi
iv
Lưu lượng trong từng ống được xác định dựa vào 2 điều kiện của
dịng chảy trong mạng kín như sau
1 Tại một nút lưu lượng đến phải bằng lưu lượng đi
2 Trong một vịng kín, tổng tổn thất phải bằng khơng
Qui ước dịng chảy theo chiều tính tĩan tổn thất lấy dấu dương
(+) và dịng chảy ngược chiều tính tĩan tổn thất lấy dấu âm (-)
B1: Tự phân phối lưu lượng trên từng ống sao cho thỏa mãn điều kiện 1 Bước tính tốn
B 2: Điều chỉnh lại lưu lượng từng ống sao cho thỏa mãn điều kiện 2
Áp dụng phương pháp Hardy Cross
l K
Q h
2
2
d
Thí dụ
( chưa thỏa mãn điều kiện 2)
Q: lưu lượng cần điều chỉnh trong một vịng để thỏa mãn điều kiện 2 Tổn thất năng lượng trên ống i khi đã điều chỉnh là
Trang 10Trong một vòng kín, tổng tổn thất phải bằng không
m
k
1
i
1 x i
x
i
với k là số ống trong một vòng
0
1
1 1
k
i
x i i k
i
x
i
m
k
i
x i i
k
i
x i i
Q m x
Q m Q
1
1 1