Bài giảng thủy lực môi trường chương 6 GV trần đức thảo

Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm 6.4.. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản  Dòng chảy ổn định, có áp, chả

Trang 1

Chương 6: Dòng chảy ổn định

trong ống có áp

NỘI DUNG CHƯƠNG 6

6.1 Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản 6.2 Tính toán thủy lực về ống dài 6.3 Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm

6.4 Hiện tượng nước va

6.1 Các khái niệm cơ bản về đường ống,

những công thức tính toán cơ bản

 Dòng chảy ổn định, có áp, chảy rối và chảy đều

Ống dài: đường ống trong đó chỉ có tổn thất dọc

đường là chủ yếu Tổn thất cục bộ và cột nước lưu tốc

so với tổn thất dọc đường rất nhỏ, có thể bỏ qua.

Phân loại đường ống:

Ống ngắn: đường ống trong đó tổn thất cục bộ

và cột nước lưu tốc đều quan trọng như tổn thất

dọc đường

6.1 Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản

Ống dài: Tổn thất cục bộ nhỏ hơn 5% tổn thất dọc

đường.

 Ngoài ra có thể phân loại đường ống:

Ống ngắn: Tổn thất cục bộ lớn hơn 5% tổn thất dọc

đường.

Trang 2

a Công thức tính toán đối với ống dài

Ống dài coi tổn thất cột nước chỉ có tổn thất dọc

đường: hoặch wh dJ*l

Trong đó: J – độ dốc thủy lực; l – chiều dài dòng

chảy đều trong ống có áp

Ta có: Q  v  C RJ Với: v  C RJ

J K

Q 

 1 ,

2

l K

Q

h d 



h  1 , 05  1 , 1

6.1 Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản

a Công thức tính toán đối với ống dài

K – mô đun lưu lượng, thứ nguyên là lưu lượng

d n

f d d n

d K

y

, 4

4

1 4

5 , 0 2





























Trang 3

b Công thức tính toán đối với ống ngắn

Ống ngắn tổn thất cột nước gồm: tổn thất dọc

đường và cục bộ:

 Tổn thất dọc đường:

g

v d

l

h d

2





 Tổn thất cục bộ:

g

v

h c

2





6.2 Tính toán thủy lực về ống dài

a Đường ống đơn giản

Đường ống đơn giản là đường ống có đường kính không đổi, không có ống nhánh → lưu lượng không đổi

 Dòng chảy ra ngoài không khí:

 Dòng chảy từ ống vào bể:

Phân loại dòng chảy trong đường ống đơn giản:

Dòng chảy ra ngoài không khí:

Pt Becnuli cho 2 mặt cắt

1-1 và 2-2:

d

h g

v z

g

v

2

p 2

2 a 2

2

a

1









Đặt H = z1– z2

g

v

g

v





2

;

0

2

2 2

2



 2

,

d

h

H 



Dòng chảy ra ngoài không khí:

Trường hợp cột nước lưu tốc lớn 0thì:

2

2 2



g v



 3 ,

2

l K

Q H

h d 



 4 , 2

2 2 2 2 2 2 2 2

td

K

Q g

v l K

Q g

v h

Với: - cột nước tự do chưa bị tiêu hao.

g

v

h td

2

2 2 2





2

l K

Q h H



Trang 4

Dòng chảy từ bể vào bể khác:

Pt Becnuli cho 2 mặt cắt

1-1 và 2-2:

c

d h h g

v z

g

v

2

p

2

2 a 2

2

a

1









2

;

0

2

2 2

2

g v g



 6 ,

2 h d h c

z



Tổn thất cục bộ (hc) chủ yếu tại đột mở, đối với ống dài

hc<< hd Hz z2h d,  6 '

Các dạng bài toán:

Tìm Q khi biết d, l, H:

→ tra bảng tìm K → tính H → tính Q

Tìm H khi biết d, l, Q:

→ tra bảng tìm K → tính H

Tìm d khi biết Q, l, H:

→ Từ J = H/l đã biết → tính K → tra bảng tìm d

b Đường ống nối tiếp

Gồm nhiều đoạn ống đơn giản nối tiếp nhau

Tổn thất dọc đường của các đường ống đơn giản:

 7 ,

2

i

K

Q

1 2 2









n

i d

K

l Q h H

c Đường ống song song

Gồm nhiều đoạn ống đơn giản có d khác nhau, nối với nhau có chung nút vào và nút ra

Lưu lượng qua các ống khác nhau:

 8 '

B A

Cột áp bằng nhau:

 8

3 2

Q

Trang 5

d Đường ống tháo nước liên tục

Đường ống mà nước tới đầu cuối của ống mới

tháo hoặc trên đường ống tháo dần 1 cách liên tục

Trong đó: Qv – lưu lượng vào ống; Qth – lưu

lượng tháo ra dọc đoạn AB; Qm– lưu lượng mang

đi

Lưu lượng tại M:

th v

l

x Q

Độ dốc thủy lực tại M:

th th m

l

x Q Q



dx

dH K

Q l

x Q Q K

Q J

M

th th

m

M

M M

2 2





















Tổn thất dọc đoạn AB:

dx K

Q l

x Q Q

H

h

M

th th m

*

1

0

2 2







 9

* 3

2











Q

K

H

 9 '

*

3 2

2

l K

Q

Nếu Qm= 0 thì:

 9 ''

*

* 55 , 0

2 2 2

2

l K

Q l K

Q Q







Tổng quát:

e Đường ống phức tạp:

Mạng đường ống hở (chia nhánh):

Mạng đường ống kín (vòng kín):

Có nhiều vòng kín

A

Q

A

Q

Trang 6

Các bài toán thường cho dưới dạng sau:

Các số liệu cho trước: lưu lượng (Q) hoặc lưu lượng

nước tại các điểm tiêu thụ (qi); áp suất dư tại các nút

(p/γ); chiều dài ống (l); độ nhám thành ống (∆, ktd, n);

cao độ đặt đường ống (cao trình mặt đất (z)) hoặc cao

trình cột nước đo á tại các điểm đó

Các đại lượng cần xác định: đường kính ống (d); cột

nước đo áp tại A (zA)

* Tính toán thủy lực đường ống hở:

Ống chính: ABCD

Ống nhánh: BE; CF

Xác định đường ống chính: là đường ống từ điểm

bắt đầu A đến điểm có cột nước đo áp lớn nhất (độ

dốc thủy lực J nhỏ nhất)

Tính đường ống chính:

oTừ Q → chọn đường kính ống (d) → tính h d

oTính cột nước đo áp tại A:Z AZ cuoih d  10



cuoi

p



 cuoi

cuoi z

Z

Với:

oCó thể chọn d trước theo Q → tính h d(theo m vận tốc kinh tế) → tính và so sánh với đã tính cho đường ống chính

Tính đường ống nhánh:

oTính h d: h d Z dauZ cuoi  11

'

dau

Z

oTừ Q và h d → chọn d.

dau

Z

Trang 7

Tính toán thủy lực đường ống hở:

Bài toán: Cho sơ đồ mạng lưới đường ống trên đó biết

độ dài các đoạn ống (li), lưu lượng cần thiết tại các điểm

tiêu thụ nước (qi), cao trình cột nước đo áp tại các điểm

đó (Δi) → Xác định đường kính ống và cao trình của

mực nước trong tháp

Tính đường ống chính:

oLưu lượng trong từng đoạn ống:

Q q q q Q q Q

q q Q q Q

q Q

F E D BC E AB

F D CD F BC D CD



















;

oĐường kính ống: → chọn theo bảng sau:

oTính tổn thất cho từng đoạn ống: l

K

Q h

i

di 2*

2



oCao trình mực nước ở tháp:

mút D của ống chính.

oChiều cao mực nước ở tháp:

oVẽ đường đo áp: dựa vào hdixuất phát từ cao trình

Trang 8

Tính đường ống nhánh:

oNhánh BE: → xác định được d.

Sơ đồ mặt bằng của mạng lưới, chiều dài đoạn ống (li),

lưu lượng tiêu thụ từng điểm (Qi), cao trình mực nước

trong tháp và cao trình cột nước đo áp tại các điểm

tiêu thụ lưu lượng

Tính toán thủy lực đường ống kín:

Thường có nhiều vòng kín → tính từng vòng.

oXác định d.

oCác thông số biết:

6.3 Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm

Tính toán thủy lực ống ngắn: cần tính tổn thất cục

bộ và tổn thất dọc đường.

Tính toán đường ống bơm ly tâm: gồm 2 loại

oĐường ống từ bể chứa đến bơm: đường ống hút.

oĐường ống từ bơm đến bể bể chứa: đường ống đẩy.

Trang 9

6.3 Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính

toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm

a Đường ống hút:

Đặc điểm: áp suất trong đường ống hút nhỏ hơn áp

suất khí quyển → áp suất chân không; tại nơi nối giữa

ống hút và bơm (cửa hút) – mặt cắt 2-2, áp suất đạt trị

số chân không lớn nhất → trước khi mở máy bơm ly

tâm cần phải mồi bơm

Lưu tốc trung bình trong ống hút: 0,8 – 1,25m/s

Trị số chân không cho phép (tùy thuộc từng bơm):

hck< (4 – 6,5m)

Ống hút không dài, tổn thất cục bộ có tác dụng quan trọng → đường ống ngắn

Áp dụng pt Becnouli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2:

Trang 10

Coi α = 1

b Đường ống đẩy:

Nước khi hút về bơm sẽ tăng năng lượng lên giá trị nào đó Hp (năng lượng tăng thêm cho 1 đơn vị trọng lượng chất lỏng do máy bơm cấp)

Viết pt Becnouli cho mặt cắt 2-2 và 3-3:

Viết pt Becnouli cho mặt cắt 3-3 và 4-4:

Với:

Suy ra:

Mặt khác:

Như vậy: công suất N của bơm gồm:

oCông suất N1để thắng chiều cao hình học:

oCông suất N2để khắc phục sức cản ở ống hút và đẩy:

Trang 11

6.4 Hiện tượng nước va:

Nước va là sự gia tăng đột ngột áp suất trong ống

dẫn khi chất lỏng chuyển động trong ống bị dừng

đột ngột

Nước va xuất hiện khi đóng nhanh các thiết bị ngăn

dòng được lắp trên đường ống như van, khóa hay khi

các bơm dừng đột ngột,…

Đại lượng tăng áp suất trong nước va có thể tính theo công thức của Jukốpxky:

c

v *

*

p 



Trong đó: v – vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống trước khi đóng khóa

c – tốc độ truyền sóng nước va

Vận tốc truyền sóng nước va:

Trong đó: E – môđun đàn hồi của chất lỏng

d – đường kính ống

e – môđun đàn hồi của vật liệu làm thành ống

δ – độ dày thành ống

Coi thành ống không hoàn toàn đàn hồi (E = ∞) thì:

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	1,09 MB