Bài tập kỹ thuật thủy khí

Bài tập bộ môn Kỹ thuật thủy khí và Tàu thủy

BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY KHÍ

Lớp học phần:

Giáo viên giảng dạy:Nguyễn Thị Hiền

Yêu cầu sinh viên khi tham gia học phần Kỹ thuật thủy khí:

a

30cm

3m

50cm

pot

Câu 1:

Van một chiều ở cửa ống hút của một máy

bơm ly tâm là một viên bi dạng cầu, biết bán kính

viên bi là R=25cm Chất lỏng là nước có khối

lượng riêng =998,2kg/m3 Áp suất mặt thoáng

phía ngoài là áp suất khí trời pa=98100 N/m2, lấy

g=9,81m/s2

1/ Xác định áp lực tuyệt đối của chất lỏng

phía ngoài ống hút tác dụng lên bề mặt cầu phía

dưới?

2/ Xác định giá trị áp suất tuyệt đối pot để

cầu tự động mở cho chất lỏng đi vào phía trong

ống hút? Bỏ qua khối lượng viên bi

Cho công thức tính chỏm cầu: V=( /3)z)z 2 (3)zR-z)

Với R là bán kính cầu, z là chiều cao của chỏm.

Câu 2:

Cho hệ thống ống dẫn đặt trên một mặt

phẳng nằm ngang như hình vẽ:

Các thông số ống 1, 2, 3, 4 lần lượt như sau:

l1=3000m; d1=600mm; l2=1600m; d2=300mm; l3=900m; d3=400mm; l4=2400mm; d4=500mm; lưu lượng tháo ra trên một mét chiều dài ống 4 là q4=0,005 (

m s

l

. ) Hệ số nhám n= 0,007 cho tất cả các đường ống, tính hệ số đặc trưng K của từng ống theo công thức K = 3

8

4

R n

 (với R là bán

kính thủy lực của từng ống).

1/ Tính lưu lượng nếu tổn thất từ A đến B là 60m cột nước?

2/ Nếu dùng một ống đơn để dẫn chất lỏng từ A đến B, tính chiều dài ống đơn tương đương có đường kính d=500mm?

1

2

3

4

o

Cõu 3)z:

Một cửa van dạng chữ nhật chắn

ngang kênh đợc đặt nghiêng dới một góc

o

30



 và đợc quay quanh một ổ trục A

nh hình vẽ Chiều rộng cửa b=2,4m Cho

trọng lợng van là G=2000N; Nớc kênh ở

25oC có trọng lợng riêng n  9780N/m3 Bỏ

qua ma sát ở ổ trục; áp suất trên mặt thoáng

phía sau là áp suất khí trời, phía trớc van có

áp suất d tại mặt thoáng là 0,1at

1/ Xác định áp lực tuyệt đối do chất

lỏng phía bên trái tác dụng lên cửa van?

2/ Xác định trị số của lực F phải

đặt vào dây tời tại B để kéo cửa van lên theo

phơng thẳng đứng?

Cõu 4:

Cho hệ thống dẫn chất lỏng ( tỷ trọng =0,9) như hỡnh vẽ, dũng chảy phun ra ngoài khớ trời bằng vũi thu hẹp dần DE (chiều dài vũi khụng đỏng kể) Áp suất tại điểm D cú giỏ trị dư 0,3at; hệ số nhỏm của đường ống n=0,008; tổn thất cục bộ qua vũi DE =

g

E

2

v 1 , 0

2

Lấy g=9,81m/

s2 ; Biết trạng thỏi chảy trong đường ống là trạng thỏi chảy rối

1/ Xỏc định lưu lượng chất lỏng chảy trong ống trờn?

2/ Xỏc định chiều cao chất lỏng H trong bể chứa?

Cõu 5:

2

p

a

Khúa

cv=0,5 

K=10

H

l1=24m l2=36m

B C

pod

pa

F



h=0,2m

h2=0,9m

Chất lỏng đựng trong một

vật chứa hỡnh nún như hỡnh vẽ Biết

tỷ trọng chất lỏng =0,84 Áp suất

dư tại mặt thoỏng chất lỏng

pod=0,132 bar Cỏc thụng số cũn lại

cho như trờn hỡnh vẽ?

1/ Xỏc định ỏp lực dư của

chất lỏng tỏc dụng lờn bề mặt cong

xung quanh phớa trong nún?

2/ Xỏc định trị số ỏp lực

tuyệt đối của chất lỏng tỏc dụng lờn

đỏy nún?

Cho cụng thức tớnh thể tớch nún cụt: V=( /3)z)a (R 2 +Rr+r 2 )

Với R,r là bỏn kớnh đỏy lớn đỏy nhỏ, a là chiều cao của nún cụt.

Cõu 6:

Chất lỏng có khối lợng riêng =700kg/m3 từ bình chứa có tiết diện lớn chảy ra ngoài không khí theo các ống nối tiếp nhau Biết l1= 3,5m; l2=5m; l3 = 5m; l4=2,5m; l5 = 2m; tất cả các ống có

đờng kính d1=75mm; vòi ra có d2=50mm; áp suất d tại mặt thoáng bể chứa là 2kPa Cho lu lợng chảy trong ống là Q =6 (l/s); hệ số nhớt động học  0, 032 cm2 /s Hệ số tổn thất cục bộ cửa vào

5

,

0



cv

 ; tại các vị trí uốn đều bằng u=1,7; qua khoá K k=120; qua vòi v=1,2 (tính toán với vận tốc sau tổn thất); , g=9,81m/

s2 Trong trờng hợp chảy

rối tính theo công thức:

2

) 5 , 1 Re

lg

8

,

1

(

1





d

1

,

1



 Chảy tầng

lấy2

1/ Tìm H = ?

2/ Nếu muốn lu lợng

trong ống tăng gấp đôi giá

trị ở trên, phải hiệu chỉnh

khóa K ứng với hệ số tổn

thất bằng bao nhiêu?

Cõu 7:

Một van chắn tự động AB

đúng mở chất lỏng cú dạng hỡnh

tam giỏc và cú thể quay quanh

3

p

od

h1=0,9m

h2=1,8m

D=2m

l4

l 2

3

l

1

l

K

5

l

d

2

d1 H

Vòi

o

p

ot





10 m

6 m

8 m

4 m

3 m



T

trục đi qua E như hình vẽ Biết chất lỏng có tỷ trọng =0,88; áp suất trên mặt thoáng chất lỏng có giá trị tuyệt đối 1,13 at

1/ Xác định áp lực dư chất lỏng tác dụng lên cửa van AB?

2/ Xác định lực đẩy T của lò xo sao cho cửa van ở vị trí cân bằng cân bằng như hình vẽ ?

Câu 8:

Nước ở 20oC (có =9789 N/m3 và=0,0101cm2/s) ở hai bình chứa A và B được nối với nhau bằng hai ống dẫn bằng thép mới (hệ số nhám n=0,007) Ống 1 và 2 có đường kính lần lượt

là d1=150mm và d2=300mm, chiều dài ống 1 là l1=20m Các hệ số tổn thất cục bộ tại cửa vào

cv=0,5; cửa ra cr=1; tại vị trí mở rộng mr=0,56 (ứng với vận tốc trong ống 1) Áp suất mặt

thoáng bể A có giá trị tuyệt đối 1,25at; mặt thoáng bể B là áp suất khí trời

1/ Tìm lưu lượng chảy từ A sang B? Nếu H=2m, biết trạng thái chảy trong các ống là chảy rối và lấy =1,1

2/ Vẽ định tính đường năng, đường đo áp dư của hệ thống trên?

Câu 9:

Cho một cầu chứa đầy chất lỏng có tỷ trọng  1

=0,86; bán kính cầu R =0,5m Gắn vào điểm A một ống

đo áp, chất lỏng trong ống đo áp có tỷ trọng  2=13,6,

ứng với độ dâng cao b=350mm Khoảng cách từ mặt

phân cách hai chất lỏng đến điểm A là a=0,15m

1/ Xác định áp suất dư tại điểm B là điểm cao

nhất của chất lỏng trong cầu?

4

1

2

p

a

p

ot

Vanv=3.5

H

A

B

A

B

b a

D

A

2m

B

I E

2/ Xỏc định ỏp lực tuyệt đối của chất lỏng tỏc dụng lờn bề mặt nửa cầu ADB?

Cõu 10:

ống xi phông dẫn chất lỏng ( có  = 9810N/m3) nh hình vẽ Biết áp suất d ở mặt thoáng bể

A là 0,3at; áp suất ở mặt thoáng bể B là áp suất khí trời; h = 1,8m; H =1,2m; l1 = 2,4m; l2 = 6m; l3

= 3,6m; d = 200mm; cho hệ số nhám n = 0,01 ; biết trạng thái chảy trong ống là chảy rối; = 1;

hệ số tổn thất tại cửa vào cv  0 , 5; tại cửa ra cr  1; tại 2 vị trí uốn cong đều có u  1 , 7 Nhiệt

độ chất lỏng 15oC; lấy g = 9,81m/s2

1/ Tìm lu lợng Q chảy trong ống xi phông?

2/ Xác định áp suất tuyệt đối tại đầu đoạn ống 3 ( Sau vị trí uốn cong)?

Cõu 11:

Một cửa van chắn AE dạng hỡnh

chữ nhật rộng b=3m; cạnh AE = 3,5m;

đoạn BI =0,5m; đoạn IE=0,5m Chất lỏng

cú tỷ trọng =0,84; ỏp suất trờn mặt thoỏng

cú giỏ trị tuyệt đối 1,05at Lấy g=9,81m/s2

1/ Xỏc định ỏp lực tuyệt đối của

chất lỏng tỏc dụng lờn cửa van?

2/ Van cú thể quay quanh trục đi

qua I vuụng gúc với mặt phẳng hỡnh vẽ,

xỏc định thể tớch vật đối trọng W (được nối

5

H

d

a

o

l2

1

l

3 l

h

với I bởi một cánh tay đòn dài 2m) sao cho cơ cấu cân bằng như hình vẽ? Biết vật đối trọng làm

bằng bê tông có tỷ trọng =2,5 Cửa van đồng chất có khối lượng M =0,8 tấn

Câu 12:

Cho sơ đồ cấp nước như hình vẽ:

Các thông số ống 1, 2, 3 lần lượt như sau: l1=1200m; d1=250mm; l2=1800m; d2=200mm;

l3=1500m; d3=150mm; lưu lượng tháo đơn vị trên ống 3 là q3=0,01 (

m s

l

. ) Hệ số nhám n= 0,01 cho tất cả các đường ống, tính hệ số đặc trưng K của từng ống theo công thức K= 3

8

4

R n

 (với R

là bán kính thủy lực của từng ống) Trọng lượng riêng của nước =9810N/m3, lấy g=9,81m/s2 , lưu lượng bơm Q=87,4(l/s) và áp suất dư tại A là 16 bar

1 Xác định H=?

2 Xác định áp suất tuyệt đối tại điểm D

Câu 13)z:

Cho một trụ chứa chất lỏng có tỷ trọng 

=0,85; bán kính đáy trụ R =1m; chiều dài đường

sinh trụ vuông góc với mặt phẳng hình vẽ L

=2,5m Độ ngập sâu chất lỏng trong trụ z=0,7m

Biết áp suất mặt thoáng chất lỏng trong trụ có giá

trị tuyệt đối pot=1,15at

1/ Xác định áp lực tuyệt đối của chất lỏng

tác dụng lên mặt cong AE ?

2/ Xác định áp lực dư của chất lỏng tác

dụng lên mặt AEB?

6

Bơm

C

D

A

2 3

1

H

pot

z

A

E B

Cõu 14:

Dầu có tỷ trọng  = 0,85 đợc dẫn từ bể chứa ra ngoài theo một đờng ống có đờng kính d2 = 100mm; tổng chiều dài ống dẫn là l = 25m; đầu ống có lắp một vòi phun T có đờng kính

d1=50mm với chiều dài a = 20cm; hệ số tổn thất tại vị trí cửa vào  cv  0 , 5; tại 2 vị trí uốn đều có

2

u 

 ; tại vòi ra v  1 , 6 (tính với vận tốc sau tổn thất); hệ số nhám n=0,01; biết trạng thái chảy

trong ống là chảy rối Bỏ qua tổn thất dọc đờng trên vòi phun T có chiều dài a; H=10m

cho g = 9,81m/s2; lấy  = 1,1; áp suất trên mặt thoáng bể có giá trị tuyệt đối là 1,3at

1/ Xác định lu lợng Q?

2/ Xác định áp suất d tại điểm A là điểm sau tổn thất

uốn cong

Cõu 15:

Một tấm phẳng tam giỏc ABE

ngập trong chất lỏng cú trọng lượng

riờng =0,8 Biết ỏp suất trờn mặt

thoỏng cú giỏ trị tuyệt đối

pot=122,6kPa Tam giỏc cõn tại đỉnh

E, cạnh AB = 5m; chiều cao tương

ứng hạ từ đỉnh E xuống đỏy AB là

a=3m

1/ Xỏc định ỏp lực tuyệt đối

tỏc dụng lờn tấm phẳng?

2/ Xỏc định trị số ỏp lực dư tỏc

dụng lờn tấm phẳng

Biết mụmen quỏn tớnh của tấm

phẳng lấy đối với trục EG: J C =

12

2

2

3

a

AB











Cõu 16:

Nước được dẫn trong hệ thống ống đặt trờn cựng một mặt phẳng và đổ ra ngoài khớ trời tại

E như hỡnh vẽ Biết QE=12 (l/s); tại D lấy ra một lưu lượng QD=10 (l/s); lưu lượng thỏo dọc trờn

7

A

o

H

d

d1

2

T

a









pot

E



a h=2m

G

đường ống 2 là q=0,05 (l/s.m) Cỏc thống số của ống dẫn cho như sau: l1=150m; K1=158,4 (l/s);

l2=170m; K2=113,5 (l/s); l3=140m; K3=186,3 (l/s); l4=200m; K4=186,3 (l/s); l5=150m; K5=186,3 (l/s);=9810 N/m3

1/ Tỡm

chiều cao cột

ỏp tại C?

2/ Nếu

độ cao tối đa

cột thỏp cho

phộp xõy tại A

là Hmax=10m thỡ

ỏp suất dư trờn

mặt thoỏng bể

chứa phải bằng

bao nhiờu?

Cõu 17:

Một vật hình lăng trụ đáy vuông (cạnh là a)

đậy kín một lỗ hình chữ nhật (một cạnh là b và một

cạnh là L) Các dữ liệu bài toán cho nh sau: áp suất

mặt thoáng có giá trị tuyệt đối là 0,96at; H=3m;

a=60cm; b=30cm; L=2m; tỷ trọng chất lỏng1,1

Xác định áp lực tuyệt đối tác dụng lên lăng trụ?

Cõu 18:

Chất lỏng (tỷ trọng  =0,8) chảy trong một

ống xi phông có đờng kính d1 = 150mm; đầu ống có lắp một ống thu hẹp dần với đờng kính miệng

ra là d2 = 75mm; H = 4,2m; h =5,8m; l=12m; Hệ số tổn thất cục bộ cửa vào cv 0,5; Vị trí uốn

ở S u 0,3; qua đoạn co hẹp ch 0,1 (tính với vận tốc sau v 2 ); tại vị trí cửa ra cr  1; a = 20cm; hệ số nhám của ống n=0,01; biết trạng thái chảy trong ống là chảy rối áp suất trên mặt

8

D

E

QD

QE

H

l1 l2

l3

l4 l5

p

ot

H a

b

thoáng bể là áp suất khí trời;  =1,1; g=9,81m/s2 Bỏ qua tổn thất dọc đờng trên đoạn ống thu hẹp

có chiều dài a

1/ Tìm lu lợng trong ống xi phông?

2/ Tìm áp suất tuyệt đối tại điểm A?

3/ Vị trí nào trong ống có áp suất nhỏ nhất? Xác

định áp suất chân không tại đó

Cõu 19:

Một van AB cú dạng là một

phần tư trụ dựng để đúng mở chất

lỏng trong một cơ cấu khộp kớn như

hỡnh vẽ Biết trụ cú bỏn kớnh

R=80cm; chiều dài đường sinh trụ

L=1,3m; h=900mm; a=120cm;

b=120cm Chất lỏng trong bể cú tỷ

trọng 1= 0,9; chất lỏng ngoài ống đo

ỏp cú tỷ trọng 2=3,5 Mặt thoỏng ống

đo ỏp hở ra ngoài khớ trời

1/ Tỡm ỏp lực dư chất lỏng tỏc

dụng lờn bề mặt trụ AB?

2/ Người ta cú gắn tại A một

bản lề, xỏc định lực giữ F để cho cơ

cấu cõn bằng như hỡnh vẽ?

Cõu 20:

Trong một đám cháy, muốn dập tắt đợc ngọn lửa thì tia nớc phun thẳng đứng từ vòi hình nón cụt lên cần phải đạt độ cao h =20m (vòi dài l = 1m) Tại mặt cắt cuối ống có đ ờng kính D áp suất d là 1 at, đờng kính D = 100mm, Xác định lu tốc Q và đờng kính d của miệng vòi, nếu hệ số

điều chỉnh động năng   1 , 1 và hệ số cản của vòi ứng với vận tốc tại cửa ra là   0 , 2 Sức cản không khí không đáng kể, bỏ qua tổn thất dọc đờng trong vòi phun Cho   9810N/m3

9

d2

1

A

h

H

l

a

Bản lề

F

h

R









a

b B

A

l

h

D d

Câu 21:

Một van dạng nón ngược dùng để đóng mở chất

lỏng trong một cơ cấu khép kín như hình vẽ Biết chất

lỏng trong bể có tỷ trọng 1 =0,8; chất lỏng ở ống đo áp

có tỷ trọng 2=8 Cho đường kính van D=1m; h=0,4m;

H=0,6m; b=1m; a=0,8m; R=300mm Lấy g=9,81m/s2

1/ Tìm áp lực dư chất lỏng tác dụng lên van?

2/ Nếu van làm bằng thép có khối lượng riêng

=7800kg/m3 thì van có bị đẩy lên không? Nếu không

tìm lực kéo van lên theo phương thẳng đứng?

Câu 22:

Một bơm hút chất lỏng từ bể chứa A sang bể

chứa B như hình vẽ Biết chất lỏng có tỷ trọng =0,87

Đường kính ống dẫn d=150mm, áp suất mặt thoáng bể

A là áp suất khí trời; mặt thoáng bể B có giá trị áp suất

dư là 0,3at Coi chất lỏng trong hai bể là tĩnh

1/ Tìm năng lượng bơm cần thiết phải có (Hp) để

cấp cho chất lỏng (với hiệu suất bơm chỉ đạt 80%) để

lưu lượng từ bể A sang B đạt Q=30(l/s)? Biết tổn thất từ bể A sang bể B bao gồm cả tổn thất qua bơm là 122vg

2

và H=16m

2/ Vẽ đường năng của hệ thống đã cho?

10

R









a

H D

b h

Cõu 23)z:

Một miếng phẳng dạng trũn AB, tõm I cú bỏn

kớnh R=1,5m Tấm phẳng cú thể quay quanh một bản

lề đi qua I như hỡnh vẽ Gúc nghiờng =30o,

H=0,8m Một nửa tấm trũn BI bờn khoang chứa chất

lỏng cú tỷ trọng =0,88; ỏp suất trờn mặt thoỏng cú

giỏ trị dư là 0,27at

1/ Tỡm ỏp lực dư chất lỏng tỏc dụng lờn nửa

trũn BI?

2/ Tỡm ỏp suất tuyệt đối của khớ phớa bờn

khoang của nửa trũn AI để cho tấm phẳng cõn bằng

như hỡnh vẽ?

Biết mụmen quỏn tớnh của nửa hỡnh trũn lấy đối với trục GG đi qua tõm C là:

4

1102

,

J C 

Cõu 24:

Một hệ thống cấp nớc cho nhà máy đợc bố trí trên một mặt phẳng nằm ngang nh hình vẽ Lu lợng ra tại D là QD=15(l/s); lấy ra tại B một lu lợng QB =7 (l/

11

P

po

pa

H

B

A

p

o

Khớ

A

B I

 H

G



3

4R

s); lu lợng tháo đều dọc theo ống 3 là q3=0,015

m s

l

; độ cao cột áp tại D là 1m; Biết  = 9810N/

m3, các đặc trng ống là:

1/ Tìm độ cao cột áp tại điểm C?

2/ Tìm độ cao cột áp tại điểm A?

Cõu 25:

Một van chứa dạng cầu dựng để đúng mở chất

lỏng trong một cơ cấu khộp kớn như hỡnh vẽ Biết chất

lỏng trong bể cú tỷ trọng 1 =0,8; chất lỏng ở ống đo ỏp

cú tỷ trọng 2=7 Cho đường kớnh van D=1,4m;

h=60cm; H=50cm; b=1m; a=80cm Lấy g=9,81m/s2

Áp suất mặt thoỏng ống đo ỏp là ỏp suất khớ trời

1/ Tỡm ỏp lực dư chất lỏng tỏc dụng lờn cầu?

2/ Nếu trọng lượng cầu là Q=2000N thỡ cần tăng,

hay giảm ỏp suất mặt thoỏng ống đo ỏp để cầu được cõn

bằng như hỡnh vẽ? Tỡm giỏ trị ỏp suất cần thay đổi đú?

Cụng thức tớnh thể tớch chỏm cầu: V  z 3R z

3

2



Với: R là bỏn kớnh cầu; z chiều cao của chỏm.

Cõu 26:

Một bơm ly tõm hỳt nước ở 40oC (cú trọng

lượng riờng =9737N/m3) từ bể chứa lờn theo đường

ống hỳt như hỡnh vẽ Lưu lượng bơm Q=31,4 (l/s);

đường kớnh ống hỳt d=200mm; độ nhớt động học của

nước =0,661.10-2 cm2/s Hệ số nhỏm của ống

12

TT L (m) d (mm) K (l/s)

1 420 150 158,4

2 350 200 340,8

3 200 200 340,8

4 600 250 616,4

2

l

B

A

D

Q

l3

h









a

H D

b

pa

ck

p

s

h

2 2

a

h

H

A

A

D 1

2

3

4

n=0,014 Hệ số tổn thất qua lưới L=3,4; uốn cong u=0,86 Lấy =1,1 nếu chất lỏng chảy rối,

=2 nếu chất lỏng chảy tầng trong ống; g=9,81m/s2

1/ Xỏc định số chỉ của chõn khụng kế nếu chiều cao đặt bơm hs=8m? Biết chiều dài ống dẫn từ lưới chắn rỏc đến vị trớ đặt chõn khụng kế là 15m

2/ Chất lỏng cú bị húa hơi ở vị trớ đặt chõn khụng kế khụng? Nếu ỏp suất hơi bóo hũa của nước ở nhiệt độ này là pbh=7,5kN/m2 Nếu xảy ra hiện tượng húa hơi cần khắc phục hiện tượng này bằng những cỏch nào để bơm hoạt động bỡnh thường?

Cõu 27:

Một đập chắn nước bằng bờ tụng cú

tỷ trọng =2,5 Cỏc kớch thước cho như sau:

h=7m; H=20m; a=3m; b=4m; c=11m Chiều

rộng đập L=10m Áp suất mặt thoỏng là ỏp

suất khớ trời, trọng lượng riờng của nước

=9810N/m3

1/ Xỏc định ỏp lực dư của nước tỏc

dụng lờn đập? (Xỏc định riờng cho từng

phần ngập ứng với h và H).

2/ Tỡm tổng mụ men của ỏp lực dư

chất lỏng và trọng lượng bản thõn đập với

đường chõn đập đi qua điểm A? Trong

trường hợp này đập cú cõn bằng khụng? Bỏ

qua lực đẩy nổi của chất lỏng ở chõn đập

Cõu 28:

Bơm P duy trì hoạt động cho nớc chảy trong hệ thống đờng ống nh hình vẽ Chiều dài các ống lần lợt là l1 = 400m, l2 = 300m, l3 = 250m và l4 = 500m, đờng kính các ống lần lợt nh sau

d1=d4=300mm, d2 = d3 = 200mm Xác định hệ số K theo công thức 3

8

4

R n

K   , với độ nhám của ống n=0,011; R là bán kính thủy lực của từng ống Cao độ điểm A là zA = 2m, cao độ điểm D là

zD=12m Coi chất lỏng chảy rối ở trong ống, cho =9810N/m3

1/ Hãy xác định áp suất cần thiết của máy bơm để chuyển lu lợng nớc Q = 75 (l/s) đến ống thứ 4 để vừa phân phối hết chất lỏng ra khỏi ống? Biết rằng điểm D cuối ống 4 hở ra ngoài khí trời

2/ Nếu thay bơm bằng một bể chứa có mặt thoáng hở ra ngoài khí trời thì chiều cao cột

13