Giáo trình Thủy lực công trình - Chương 6: Dòng chảy ổn định trong ống có áp

Nội dung text: Giáo trình Thủy lực công trình - Chương 6: Dòng chảy ổn định trong ống có áp

1. NỘI DUNG CHƯƠNG 6 6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, Chương 6: Dòng chảy ổn định những công thức tính toán cơ bản trong ống có áp 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, 6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản những công thức tính toán cơ bản  Dòng chảy ổn định, có áp, chảy rối và chảy đều  Phân loại đường ống:  Ngoài ra có thể phân loại đường ống:  Ống dài: đường ống trong đó chỉ có tổn thất dọc  Ống dài: Tổn thất cục bộ nhỏ hơn 5% tổn thất dọc đường là chủ yếu. Tổn thất cục bộ và cột nước lưu tốc đường. so với tổn thất dọc đường rất nhỏ, có thể bỏ qua.  Ống ngắn: Tổn thất cục bộ lớn hơn 5% tổn thất dọc  Ống ngắn: đường ống trong đó tổn thất cục bộ đường. và cột nước lưu tốc đều quan trọng như tổn thất dọc đường . 1
2. 6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, 6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản những công thức tính toán cơ bản a. Công thức tính toán đối với ống dài a. Công thức tính toán đối với ống dài  Ống dài coi tổn thất cột nước chỉ có tổn thất dọc K – mô đun lưu lượng, thứ nguyên là lưu lượng đường: h h J * l hoặc h 1,05 1,1 h 2 y 0,5 w d w d d 1 d d K f d,n Trong đó: J – độ dốc thủy lực; l – chiều dài dòng 4 n 4 4 chảy đều trong ống có áp Ta có: Q v C RJ Với: v C RJ Q K J Với: K C R Q 2 h l, 1 d K 2 2
3. 6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài những công thức tính toán cơ bản b. Công thức tính toán đối với ống ngắn a. Đường ống đơn giản  Ống ngắn tổn thất cột nước gồm: tổn thất dọc  Đường ống đơn giản là đường ống có đường kính đường và cục bộ: khôngđổi, khôngcó ống nhánh→ lưu lượngkhôngđổi l v2  Tổn thất dọc đường: h   Phân loại dòng chảy trong đường ống đơn giản: d d 2g  Dòng chảy ra ngoài không khí: v 2  Tổn thất cục bộ: h   Dòng chảy từ ống vào bể: c 2g 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài a. Đường ống đơn giản a. Đường ống đơn giản  Dòng chảy ra ngoài không khí:  Dòng chảy ra ngoài không khí: Q2  Pt Becnuli cho 2 mặt cắt hd H 2 l, 3 K 2 1-1 và 2-2: 2v2 2 2  Trường hợp cột nước lưu tốc lớn 0 thì: pa 1v0 pa 2v2 2g 2 2 2 2 z1 z2 hd v Q v Q  2g  2g H h 2 2 l 2 2 l h , 4 d 2g K2 2g K 2 td  Đặt H = z1 – z2 2 2 2 2v2 1v0 2 v2  Coi 0; h Với: h td - cột nước tự do chưa bị tiêu hao. 2g 2g d 2g H hd , 2 Q2 4 H' H h l, 5 td K2 3
4. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài a. Đường ống đơn giản a. Đường ống đơn giản  Dòng chảy từ bể vào bể khác:  Các dạng bài toán:  Pt Becnuli cho 2 mặt cắt  Tìm Q khi biết d, l, H: 1-1 và 2-2: → tra bảng tìm K → tính H → tính Q 2 2 p v p v  Tìm H khi biết d, l, Q: z a 1 1 z a 2 2 h h 1  2g 2  2g d c → tra bảng tìm K → tính H 2 2 1v0 2 v2  Coi 0; 0  Tìm d khi biết Q, l, H: 2g 2g → Từ J = H/l đã biết → tính K → tra bảng tìm d H z z2 hd hc, 6  Tổn thất cục bộ (hc) chủ yếu tại đột mở, đối với ống dài hc<< hd H z z2 hd , 6' 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài b. Đường ống nối tiếp c. Đường ống song song Gồm nhiều đoạn ống đơn giản nối tiếp nhau. Gồm nhiều đoạn ống đơn giản có d khác nhau, nối với nhaucó chungnútvào và nútra.  Lưu lượng qua các ống khác nhau: Q Q1 Q2 Q3 Qn 8  Cột áp bằng nhau: H AB H A H B 8'  Tổn thất dọc đường của các đường ống đơn giản: Q 2 n l H h Q 2 i , 7' hi 2 li , 7 d  2 Ki i 1 Ki 4
5. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài d. Đường ống tháo nước liên tục d. Đường ống tháo nước liên tục Đường ống mà nước tới đầu cuối của ống mới tháohoặc trên đườngống tháodần 1 cách liên tục. Lưu lượngtại M: x Q Q *Q M v l th x Q Q Q *Q M m th l th Độ dốc thủylực tại M: x Q Q *Q Q 2 m th th dH 2 J M l Trong đó: Q – lưu lượng vào ống; Q – lưu M K 2 K dx v th M M lượng tháo ra dọc đoạn AB; Qm – lưu lượng mang đi. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài d. Đường ống tháo nước liên tục e. Đường ống phức tạp: Tổn thấtdọc đoạn AB: 2  Mạng đường ống hở A x Q 1 Q m Q th * Q th (chianhánh): l h H * dx d K 2 0 M  Mạng đường ống kín (vòng kín): 2 Q 1 2 Qth H Q Q *Q 9 Có nhiềuvòng kín A 2 m th m K 3 2 Qth Nếu Qm = 0 thì: H *l 9' 3K 2 Q 0,55Q 2 Q 2 Tổngquát: H m th *l tính *l 9'' K 2 K 2 5
6. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài e. Đường ống phức tạp: e. Đường ống phức tạp: Các bài toán thườngcho dưới dạngsau: * Tính toán thủy lực đường ống hở:  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 trìnhcột nướcđo á tại các điểm đó.  Ống chính: ABCD  Các đại lượng cần xác định: đường kính ống (d); cột  Ống nhánh: BE; CF nướcđo áp tại A (zA). 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài e. Đường ống phức tạp: e. Đường ống phức tạp: * Tính toán thủy lực đường ống hở: * Tính toán thủy lực đường ống hở:  Tính đường ống nhánh:  Xác định đường ống chính: là đường ống từ điểm bắt đầu A đến điểm có cột nước đo áp lớn nhất (độ o Tính hd: hd Z dau Z cuoi 11 dốc thủy lực J nhỏ nhất). o Từ Q và hd → chọn d.  Tính đường ống chính: o Có thể chọn d trước theo Q → tính hd (theo m vận tốc o Từ Q → chọn đườngkính ống (d) → tínhhd. ' kinh tế) → tính Z dau và so sánh với Z dau đã tính cho o đườngống chính. Tính cột nướcđo áp tại A: Z A Z cuoi hd 10 p Với: Z z cuoi cuoi cuoi  6
7. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài e. Đường ống phức tạp: e. Đường ống phức tạp:  Tính toán thủy lực đường ống hở:  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  Tính đường ống chính: đó (Δi) → Xác định đường kính ống và cao trình của mựcnướctrongtháp. o Lưu lượng trong từng đoạn ống: QCD qD ; QBC qF QCD qD qF ; QAB qE QBC qD qE qF Q 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài e. Đường ống phức tạp: e. Đường ống phức tạp:  Tính toán thủy lực đường ống hở:  Tính toán thủy lực đường ống hở:  Tính đường ống chính:  Tính đường ống chính: o Đường kính ống: → chọn theo bảng sau: o Cao trình mực nước ở tháp: Trong đó: - cao trình cột nước đo áp tại đầu mút D của ống chính. o Chiều cao mực nước ở tháp: Trong đó: - độ cao địa hình tại A. o Vẽ đường đo áp: dựa vào hdi xuất phát từ cao trình Q 2 o Tính tổn thất cho từng đoạn ống: i hdi 2 *l K i 7
8. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài e. Đường ống phức tạp: e. Đường ống phức tạp:  Tính toán thủy lực đường ống hở:  Tính toán thủy lực đường ống hở:  Tính đường ống nhánh: o Nhánh BE: → xác định được d. 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính e. Đường ống phức tạp: toánthủy lực đường ống của máy bơm ly tâm  Tính toán thủy lực đường ống kín: Thườngcó nhiều vòng kín → tính từng vòng.  Tính toán thủy lực ống ngắn: cần tính tổn thất cục o Các thông số biết: bộ và tổn thất dọc đường. Sơ đồ mặt bằng của mạng lưới, chiều dài đoạn ống (li),  Tính toán đường ống bơm ly tâm:gồm 2 loại lưu lượng tiêu thụ từng điểm (Qi), cao trình mực nước trong tháp và cao trình cột nước đo áp tại các điểm o Đường ống từ bể chứa đến bơm: đường ống hút. tiêu thụ lưu lượng. o Đường ống từ bơm đến bể bể chứa: đường ống đẩy. o Xác định d. 8
9. 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toánthủy 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 tâmcần phảimồi bơm.  Lưu tốc trungbình trongống hút:0,8 – 1,25m/s.  Trịsố chân khôngcho phép (tùy thuộc từng bơm): hck < (4 – 6,5m). 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toánthủy lực đường ống của máy bơm ly tâm a. Đường ống hút:  Ống hút không dài, tổn thất cục bộ có tác dụng quan trọng→ đườngống ngắn.  Áp dụng pt Becnoulicho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2: 9
10. 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toánthủy lực đường ống của máy bơm ly tâm toánthủy lực đường ống của máy bơm ly tâm a. Đường ống hút: 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 lượngchấtlỏngdo máy bơm cấp)  Viết pt Becnouli cho mặt cắt 2-2 và 3-3: Coi α = 1 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toánthủy lực đường ống của máy bơm ly tâm toánthủy lực đường ống của máy bơm ly tâm b. Đường ống đẩy: b. Đường ống đẩy:  Viết pt Becnouli cho mặt cắt 3-3 và 4-4: Mặt khác: Nhưvậy: công suất N của bơm gồm: o Công suất N để thắng chiều cao hình học: Với: 1 Suy ra: o Công suất N2 để khắcphụcsức cản ở ống hút và đẩy: 10
11. 6.4. Hiện tượng nước va: 6.4. Hiện tượng nước va:  Nước va là sự gia tăng đột ngột áp suất trong ống  Đại lượng tăng áp suất trong nước va có thể tính dẫn khi chất lỏng chuyển động trong ống bị dừng theo công thức của Jukốpxky: đột ngột. p *v *c  Nước va xuất hiện khi đóng nhanh các thiết bị ngăn Trong đó: v – vận tốc chuyển động của chất lỏng trong dòng được lắp trên đường ống như van, khóa hay khi ống trướckhi đóng khóa. các bơm dừng đột ngột, c – tốc độ truyền sóng nướcva 6.4. Hiện tượng nước va: 6.4. Hiện tượng nước va:  Vận tốc truyền sóng nướcva:  Coi thànhống khônghoàn toàn đàn hồi (E = ∞) thì: Trongđó: E – môđun đàn hồi của chất lỏng. d – đườngkính ống e – môđun đàn hồi của vật liệu làm thànhống δ – độ dày thànhống 11