Bài tập lớn cấp thoát nước

GIẢ THIẾT CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN: I.. Đối với bài này ta chọn... XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ LƯU LƯỢNG CÁC ĐOẠN ỐNG:Với lưu lượng giả thiết trên ta thực hiện chọn đường kính D

STT : 76

ĐỀ BÀI : d

Bảng số liệu (chiều dài thực):

Bảng kê chiều dài thực từng đoạn ống:

L1(m) L2(m) L3(m) L4(m) L5(m) L6(m) L7(m) L8(m) L9(m) L10(m)

A GIẢ THIẾT CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN:

I Giả thiết chiều nước chảy trong ống:

- Đặt tên và giả thiết chiều nước chảy trong ống như hình vẽ bên dưới:

11

(1)

(9)

(15)

(2)

(12)

(3)

q2

4)

Qra

Trong đó:

L11 = L9

L12 = L2

L13 = L4

L14 = L10

L15 = L5

- Giả thiết h =

max

- Xác định lưu lượng vào:

Q Q Q K 183,68.1,4 257,152(l / s)

- Lưu lượng ra tại 11:

Q Q q q 257,152 45 15 0,197152(l / s)

- Giả thiết lưu lượng cho từng đoạn ống cho mạng lưới:

Nhận xét: Với mạng lưới có 11 nút như trên ta thiết lập được 11 – 1 = 10 phương trình lập thành một hệ phương trình đại số tuyến tính 15 ẩn (chính là lưu lượng tính toán của 15 đoạn ống), như vậy cần phải có 15 - 10 = 5 phương trình bổ sung vào hệ phương trình trên thì hệ mới có thể giải được Đối với bài này ta chọn

q1 = 0.2 m3/s; q8 = 0.1 m3/s

q12 = 0.055 m3/s; q13 = 0.08 m3/s

q10 = 0.06 m3/s

Ta lập được hệ phương trình đại số tuyến tính AX=B:

Phương trình cho

nút thứ j

Phương trình bổ

sung

Giải hệ 15 phương trình 15 ẩn trên ( X= A-1.B) ta được bảng giá trị lưu lượng giả thiết tương ứng với nghiệm hệ phương trình:

NGHIỆM CỦA PHƯƠNG TRÌNH

1

B XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ LƯU LƯỢNG CÁC ĐOẠN ỐNG:

Với lưu lượng giả thiết trên ta thực hiện chọn đường kính D theo bảng tra vận tốc kinh tế (vòng lặp 0), sau đó thực hiện vòng lặïp 1, kiểm tra lại và thực hiện chọn lại đường kính ống, tiếp tục lặp cho đến khi đạt được dộ chính xác cần thiết Quá trình lặp cụ thể như sau: trong mỗi vòng lặp, đại lượng ∑ Sq2 ≠ 0 , ta điều chỉnh lại lưu lượng q cho phù hợp rồi tiếp tục lại quá trình tính cho đến khi ∑ Sq bé hơn giá 2

trị cho phép (0,5m).

Việc điều chỉnh q sau mỗi lần lặp cụ thể là:

- Khi ∑ Sq2 > 0 , lưu lượng trên các đoạn ống có chiều cùng chiều giả thiết lớn quá, lưu lượng trên các đoạn ống có chiều ngược chiều giả thiết bé quá Do đó ta dùng hệ số điều chỉnh ∆ q để điều chỉnh lưu lượng q: cộng tất cả các giá trị lưu lượng trong vòng với ∆ q ,

> ⇔ ∆ <

∑ Sq2 0 q 0 , cộng ∆ q tương đương với việc tăng lưu lượng các đoạn ống ngược chiều giả thiết, giảm lưu lượng các đoạn ống cùng chiều giả tiết ⇒ hợp lý).

- Tương tự ta cũng chứng minh được trong trường hợp ∑ Sq2 < 0 ta cũng cộng q với ∆ q như trên.

Việc tính toán thể hiện cụ thể qua bảng sau đây (quá trình gồm 4 vòng lặp):

Lần lặp Vịng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζ i*l S*q Sq 2 ∆q(m3 /s)

0 I 1 1260 0.2 450 1.2575216 0.1186 149.01107 29.802214 5.9604429

8 1540 0.1 350 1.0393801 0.4365 687.02904 68.702904 6.8702904

9 1120 -0.04 250 -0.814874 2.528 2998.0964 119.92385 -4.796954

7 700 -0.057152 300 -0.808536 0.9485 703.90052 40.229322 -2.299186

SUM 258.65829 5.734592856

II 2 2520 0.1 350 1.0393801 0.4365 1124.2293 112.42293 11.242293

11 1120 0.055 300 0.7780915 0.9485 1133.0335 62.316845 3.4274265

15 980 -0.08 300 -1.131769 0.9485 939.30023 75.144018 -6.011521

8 1540 -0.1 350 -1.03938 0.4365 687.02904 68.702904 -6.87029

SUM 318.5867 1.787908007

III 9 1120 0.04 250 0.814874 2.528 2998.0964 119.92385 4.7969542

10 1960 0.06 300 0.8488271 0.9485 1956.2722 117.37633 7.04258

5 980 -0.002152 100 -0.274001 311.7 399266.16 859.22077 -1.849043

6 1820 -0.017152 200 -0.545966 8.092 16690.016 286.26715 -4.910054

SUM 1382.7881 5.080436852

IV 15 980 0.08 300 1.1317694 0.9485 939.30023 75.144018 6.0115214

13 1120 0.08 300 1.1317694 0.9485 1073.486 85.878878 6.8703102

4 1120 -0.062152 300 -0.879272 0.9485 1111.9662 69.110921 -4.295382

10 1960 -0.06 300 -0.848827 0.9485 1956.2722 117.37633 -7.04258

SUM 347.51015 1.543869723

V 12 2520 0.055 300 0.7780915 0.9485 2549.3255 140.2129 7.7117096

14 1960 0.055 300 0.7780915 0.9485 1982.8087 109.05448 5.9979964

3 3360 -0.142152 400 -1.131211 0.2189 743.28261 105.65911 -15.01965

13 1120 -0.08 300 -1.131769 0.9485 1073.486 85.878878 -6.87031

SUM 440.80537 -8.180257948

Chọn lại đường kính D, đường kính ống thay đổi không đáng kể, do đó giả thiết có thể chấp nhận được.

1 1260 0.1889147 450 1.1878218 0.1186 150.0727 28.350944 5.3559109

8 1540 0.0917207 350 0.953327 0.4365 695.37139 63.779972 5.8499457

9 1120 -0.049248 250 -1.003278 2.528 2907.9047 143.20919 -7.052801

7 700 -0.068237 300 -0.965361 0.9485 685.6009 46.783532 -3.19238

SUM 282.12364 0.960675537

II

2 2520 0.097194 350 1.0102151 0.4365 1128.6374 109.69678 10.661869

-0.008228

11 1120 0.052194 250 1.0632884 2.528 2884.8685 150.57283 7.8589985

15 980 -0.080585 300 -1.140041 0.9485 938.41242 75.621654 -6.093946

8 1540 -0.091721 350 -0.953327 0.4365 695.37139 63.779972 -5.849946

SUM 399.67124 6.576976205

III

9 1120 0.0492482 250 1.0032778 2.528 2907.9047 143.20919 7.0528007

-0.000681

10 1960 0.0603843 300 0.8542639 0.9485 1954.3828 118.01404 7.1261958

5 980 -0.003989 100 -0.507899 311.7 350873.44 1399.6435 -5.583215

6 1820 -0.018989 200 -0.60444 8.092 16386.404 311.16187 -5.908661

SUM 1972.0286 2.687120781

IV 15 980 0.0805847 300 1.1400408 0.9485 938.41242 75.621654 6.0939459 0.0006941

13 1120 0.0684999 300 0.9690762 0.9485 1096.364 75.100833 5.1444

4 1120 -0.064373 300 -0.910697 0.9485 1106.2164 71.210834 -4.584079

10 1960 -0.060384 300 -0.854264 0.9485 1954.3828 118.01404 -7.126196

SUM 339.94736 -0.471928496

V 12 2520 0.0642788 300 0.9093593 0.9485 2489.5225 160.02343 10.286108

14 1960 0.0642788 300 0.9093593 0.9485 1936.2953 124.46267 8.0003066

3 3360 -0.132873 400 -1.057373 0.2189 749.96841 99.65073 -13.24091

13 1120 -0.0685 300 -0.969076 0.9485 1096.364 75.100833 -5.1444

SUM 459.23766 -0.098899945

2 I 1 1260 0.1872122 450 1.1771166 0.1186 150.24523 28.127732 5.2658533

8 1540 0.0982461 350 1.0211508 0.4365 688.69765 67.661883 6.6475185

9 1120 -0.05027 250 -1.024083 2.528 2899.6616 145.76457 -7.327514

7 700 -0.06994 300 -0.989447 0.9485 683.22218 47.784455 -3.342037

-0.002149 SUM 289.33864 1.24382056

II

2 2520 0.088966 350 0.9246951 0.4365 1142.889 101.67828 9.0459119

11 1120 0.043966 250 0.8956691 2.528 2955.5727 129.94476 5.7131538

15 980 -0.089507 300 -1.266263 0.9485 926.10271 82.892464 -7.419437

8 1540 -0.098246 350 -1.021151 0.4365 688.69765 67.661883 -6.647519

SUM 382.17739 0.69211038

III

9 1120 0.0502695 250 1.0240829 2.528 2899.6616 145.76457 7.3275138

10 1960 0.0590089 300 0.8348055 0.9485 1961.2384 115.73047 6.8291249

5 980 -0.00467 100 -0.594646 311.7 340861.2 1591.9361 -7.434875

6 1820 -0.01967 200 -0.626127 8.092 16285.353 320.33836 -6.301163

SUM 2173.7695 0.420600378

IV 15 980 0.0895068 300 1.2662629 0.9485 926.10271 82.892464 7.4194368

13 1120 0.0690863 300 0.9773727 0.9485 1095.0438 75.652577 5.2265602

4 1120 -0.063679 300 -0.900877 0.9485 1107.9774 70.555125 -4.492895

10 1960 -0.059009 300 -0.834806 0.9485 1961.2384 115.73047 -6.829125

SUM 344.83064 1.323977456

V 12 2520 0.0643864 300 0.9108826 0.9485 2488.9128 160.25224 10.318071

14 1960 0.0643864 300 0.9108826 0.9485 1935.821 124.64063 8.0251667

3 3360 -0.132766 400 -1.056516 0.2189 750.05062 99.580888 -13.22091

13 1120 -0.069086 300 -0.977373 0.9485 1095.0438 75.652577 -5.22656

SUM 460.12633 -0.104234211

Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζ i*l S*q Sq 2 ∆q(m3 /s)

3 I 1 1260 0.1850627 450 1.1636019 0.1186 150.46689 27.845813 5.1532224

8 1540 0.0970022 350 1.0082215 0.4365 689.91176 66.922957 6.491674

9 1120 -0.052322 250 -1.0659 2.528 2883.9158 150.89278 -7.89504

7 700 -0.072089 300 -1.019855 0.9485 680.35406 49.046225 -3.535706

SUM 294.70778 0.214149596

II 2 2520 0.0880605 350 0.9152837 0.4365 1144.592 100.79339 8.8759195

11 1120 0.0430605 250 0.8772228 2.528 2964.7106 127.66202 5.497195

15 980 -0.088493 300 -1.251914 0.9485 927.39481 82.067489 -7.262358

8 1540 -0.097002 350 -1.008222 0.4365 689.91176 66.922957 -6.491674

SUM 377.44586 0.619082961

III 9 1120 0.0523222 250 1.0658997 2.528 2883.9158 150.89278 7.8950403

10 1960 0.0608319 300 0.8605958 0.9485 1952.207 118.75643 7.2241768

5 980 -0.004767 100 -0.606964 311.7 339625.01 1619.0195 -7.717995

6 1820 -0.019767 200 -0.629206 8.092 16271.455 321.63915 -6.357867

SUM 2210.3079 1.043355275

IV 15 980 0.0884925 300 1.2519139 0.9485 927.39481 82.067489 7.2623576

13 1120 0.0670533 300 0.9486114 0.9485 1099.7028 73.738733 4.9444276

4 1120 -0.065599 300 -0.928036 0.9485 1103.1827 72.367638 -4.747242

10 1960 -0.060832 300 -0.860596 0.9485 1952.207 118.75643 -7.224177

SUM 346.93029 0.235366568

V 12 2520 0.0644997 300 0.912485 0.9485 2488.2731 160.49289 10.351745

14 1960 0.0644997 300 0.912485 0.9485 1935.3235 124.82781 8.0513572

3 3360 -0.132652 400 -1.055614 0.2189 750.1372 99.507419 -13.19989

13 1120 -0.067053 300 -0.948611 0.9485 1099.7028 73.738733 -4.944428

SUM 458.56685 0.258787595

Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζ i*l S*q Sq 2 ∆q(m3 /s)

4 I 1 1260 0.1846994 450 1.1613175 0.1186 150.50479 27.798145 5.134301

8 1540 0.097459 350 1.0129691 0.4365 689.46292 67.194345 6.5486915

9 1120 -0.052449 250 -1.068493 2.528 2882.9735 151.2105 -7.930914

7 700 -0.072453 300 -1.024995 0.9485 679.88337 49.259313 -3.568965

SUM 295.4623 0.183113973

II 2 2520 0.0872404 350 0.9067598 0.4365 1146.1597 99.99148 8.7233007

11 1120 0.0422404 250 0.8605159 2.528 2973.2651 125.59203 5.3050624

15 980 -0.088973 300 -1.258717 0.9485 926.77906 82.458671 -7.336627

8 1540 -0.097459 350 -1.012969 0.4365 689.46292 67.194345 -6.548692

SUM 375.23652 0.143044407

III 9 1120 0.0524495 250 1.0684932 2.528 2882.9735 151.2105 7.9309137

10 1960 0.0609351 300 0.8620557 0.9485 1951.7092 118.92754 7.2468585

5 980 -0.005003 100 -0.637015 311.7 336769.86 1684.8934 -8.42969

6 1820 -0.020003 200 -0.636719 8.092 16237.999 324.81033 -6.497214

SUM 2279.8417 0.250868527

IV 15 980 0.0889734 300 1.258717 0.9485 926.77906 82.458671 7.3366272

13 1120 0.0669963 300 0.9478044 0.9485 1099.8369 73.684988 4.9366206

4 1120 -0.065938 300 -0.932835 0.9485 1102.3596 72.687581 -4.792886

10 1960 -0.060935 300 -0.862056 0.9485 1951.7092 118.92754 -7.246858

SUM 347.75878 0.233502917

V 12 2520 0.0642175 300 0.9084931 0.9485 2489.87 159.89333 10.267956

14 1960 0.0642175 300 0.9084931 0.9485 1936.5656 124.36148 7.986188

3 3360 -0.132934 400 -1.05786 0.2189 749.92172 99.69044 -13.25229

13 1120 -0.066996 300 -0.947804 0.9485 1099.8369 73.684988 -4.936621

SUM 457.63023 0.065228488

Cuối cùng ta có kết quả đường kính ống và các giá trị lưu lượng tương ứng sau:

KẾT LUẬN

11-10 0.1329345 m3/s 400 m

9-10 0.0659382 m3/s 300 m

6-10 0.0669963 m3/s 300 m

7-11 0.0642175 m3/s 300 m

11

184.70 450

52.45 250

5.00 100

65.94 300

88.97 300

87.24 350

64.22 300

132.93 400

0.015

.22

300

0.197

C KIỂM TRA LẠI KHI CÓ CHỮA CHÁY:

Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước trong trường hợp này trên cơ sở vẫn giữ nguyên đường kính công tác của ống và luôn đảm bảo vận tốc nước chảy trong ống v 2,5 3m / s ≤ ÷

(đối với ống gang cũ).

Như vậy ta phân bố lưu lượng chữa cháy trong mạng lưới cụ thể như hình sau đây:

1 2 3

11

184.70+0.39 450

52.45+1.39 250

5.00+23.22 100

65.94+23.65 300

88.97+1.11 300

87.24+0.24 350

64.22+5.79 300

132.93+19.21 400

15.00

2+

5.79

300

197.15 Lập bảng tính thủy lực kiểm tra điều kiện:

Điều kiện về áp lực thỏa ( ∑ hvòngi < 0,5 ), điều kiện về vận tốc đảm bảo ( v 2,5m / s ) ≤

Vậy trong trường hợp có cháy, mạng lưới vẫn đảm bảo điều kiện làm việc tốt Kết quả chọn như trên là hợp lý.

Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζi*l S*q Sq 2 ∆q(m 3 /s) I

1 1260 0.18509 450 1.1637734 0.1186 150.46405 27.849391 5.1546437

8 1540 0.09761 350 1.0145389 0.4365 689.31529 67.284066 6.5675976

9 1120 -0.05384 250 -1.09682 2.528 2872.9268 154.67838 -8.327884

7 700 -0.09706 350 -1.008822 0.4365 313.57035 30.435138 -2.954034

SUM 280.24697 0.440322934

II

2 2520 0.08748 350 0.9092497 0.4365 1145.6993 100.22577 8.7677506

11 1120 0.04248 250 0.8653962 2.528 2970.7381 126.19695 5.3608465

15 980 -0.09008 300 -1.274372 0.9485 925.38352 83.358547 -7.508938

8 1540 -0.09761 350 -1.014539 0.4365 689.31529 67.284066 -6.567598

SUM 377.06534 0.052061571

III

9 1120 0.05384 250 1.0968204 2.528 2872.9268 154.67838 8.3278839

10 1960 0.06137 300 0.8682086 0.9485 1949.6259 119.64854 7.3428309

5 980 -0.02822 200 -0.898271 8.092 8274.5184 233.50691 -6.589565

6 1820 -0.04322 250 -0.880471 2.528 4815.0023 208.1044 -8.994272

SUM 715.93823 0.086877617

IV

15 980 0.09008 300 1.2743724 0.9485 925.38352 83.358547 7.5089379

13 1120 0.06256 300 0.8850437 0.9485 1110.8848 69.496952 4.3477293

4 1120 -0.08959 350 -0.931181 0.4365 507.43647 45.461234 -4.072872

10 1960 -0.06137 300 -0.868209 0.9485 1949.6259 119.64854 -7.342831

SUM 317.96527 0.44096441

V

12 2520 0.07 300 0.9902983 0.9485 2459.3037 172.15126 12.050588

14 1960 0.07 300 0.9902983 0.9485 1912.7918 133.89542 9.3726796

3 3360 -0.15215 400 -1.210772 0.2189 736.8605 112.11333 -17.05804

13 1120 -0.06256 300 -0.885044 0.9485 1110.8848 69.496952 -4.347729

SUM 487.65696 0.01749589