Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí: Chương 6 - TS. Ngô Văn Hệ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí - Chương 6: Tính toán thủy lực đường ống, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Cơ sở lí thuyết để tính toán đường ống; bốn bài toán cơ bản về đường ống đơn giản; phương pháp hệ số đặc trưng lưu lượng K; tính toán đường ống phức tạp; hiện tượng nước va. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí: Chương 6 - TS. Ngô Văn Hệ

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG 6.1. Cơ sở lí thuyết để tính toán đường ống 6.2. Bốn bài toán cơ bản về đường ống đơn giản 6.3. Phương pháp hệ số đặc trưng lưu lượng K 6.4. Tính toán đường ống phức tạp 6.5. Hiện tượng nước va 6.6. Ví dụ và bài tập 1
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐƯỜNG ỐNG  Đường ống dùng để dẫn, vận chuyển chất lỏng - chất khí  Đường ống là phương tiện truyền cơ năng của chất lỏng  Mục đích tính toán thủy lực đường ống: thiết kế hoặc kiểm tra để sửa chữa, điều chỉnh hệ thống đường ống sẵn có cho phù hợp với yêu cầu về cột áp và lưu lượng, tổn thất năng lượng ít nhất trong điều kiện có lợi về kỹ thuật và kinh tế. 2
6.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG 6.1.1 PHÂN LOẠI ĐƯỜNG ỐNG THEO hw THEO KẾT CẤU ỐNG DÀI ỐNG NGẮN ỐNG ỐNG ĐƠN GIẢN PHỨC TẠP hc  10% h hc  10% h d d    d,Q  const    d,Q  const     3
6.1.2 ĐẶC TRƯNG CỦA ĐƯỜNG ỐNG CHIỀU DÀI ỐNG l(m) THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG ỐNG TRƯNG CHO CHẤT THÔNG SỐ ĐẶC ĐƯỜNG KÍNH ỐNG d(m) LỎNG () HỆ SỐ NHÁM ỐNG n d ĐỘ NHÁM TUYỆT ĐỐI (m) Chiều dày lớp   30d chảy rối t Re  4
ĐỘ CHÊNH CỘT ÁP p1 v2 H1  z1  γ  α1 1 p1 p2  α1v1  α2 v2 h HH1 H2  z1  z2  γ 2 2 2g w1 2 p2 v2 2g H2  z2  γ  α2 2 2g 6.1.3 THÔNG SỐ THỦY LỰC LƯU LƯỢNG CÔNG SUẤT TIÊU HAO CỦA Q v S N γ QH w  DÒNG CHẢY TRONG ỐNG TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG hd  λ 1 v2 ; h  λ 1 v2  λ 1 v2 ; h  ξ v 2 d 2g d dtl 2g 4R 2g c 2g 5
6.2 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN 6.2.1 MỘT SỐ SƠ ĐỒ THỦY LỰC THƯỜNG GẶP 1 Đường ống dẫn chất lỏng từ bể chứa lớn có mặt thoáng tiếp xúc khítrời chảy ra ngoài không khí v2 2 pd1  pd2  0 H  z1  z2   hw 12 2g 6
6.2.1 MỘT SỐ SƠ ĐỒ THỦY LỰC THƯỜNG GẶP 2 Đường ống đơn giản trong hệ thống ống nối tiếp (d  const) p1  p2 H  z1  z2    hw 12 7
6.2.1 MỘT SỐ SƠ ĐỒ THỦY LỰC THƯỜNG GẶP 3 Đường ống nối hai bể lớn chứa chất lỏng có mặt thoáng tiếp xúc khí trời p1  p2  0 v1 v 2  0 H  z1  z2  hw 12 8
1 6.2.2 BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN Phương pháp tổng quát - Hệ thống ống trong MMTB PHƯƠNG PHÁP TÍNH THỦY LỰC - Ống dài, ống ngắn có áp ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN - Trạng thái chảy tầng, rối [l, d,n Δ , Q,H ] * * * [H  ?]     2 Phương pháp (K) 2 1 đặc trưng lưu lượng - Hệ ống kích thước lớn [l, d,n Δ ,H ,H ] * * * [Q  ?]     - Ống dài, dòng có áp 1 2 - Dòng đều,rối trong khu vực bìnhphương sứccản [l, Q,n Δ ,H ,H ] * * * [d  ?]     1 2 (điều chỉnh kết quả ở khu vực khác) [l,n Δ , Q,H ] * * * [d,H  ?]     2 1 9
1 Phương pháp tổng quát 6.2.2 BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN - Hệ thống ống trong MMTB PHƯƠNG PHÁP TÍNH THỦY LỰC - Ống dài, ống ngắn ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN - Trạng thái chảy tầng, rối Phương pháp (K) 2 [l, d,n Δ , Q,H ] * * * [H  ?]   đặc trưng lưu lượng   2 1 3 Phương pháp biểu đồ [l, d,n Δ ,H ,H ] * * * [Q  ?]     - Ống dài, ống ngắn 1 2 - Biểu diễn f l , d , n  Δ  , Q , H  0     [l, Q,n Δ ,H ,H ] * * * [d  ?]         1 2 trên biểu đồ H f Q, d   [l,n Δ , Q,H ] * * * [d,H  ?]     Phương pháp cột áp 2 1 4 giới hạn 10
6.3 PP đặc trưng lưu lượng K 2 1  D y D K ωC R  π d   4  f D,n 4 n  4 D  y Lưu lượng qua mặt cắt ướt của C 1  n  4  dòng chảy khi độ đôc thủy lực J=1   Phương pháp (K) đặc trưng lưu lượng - Hệ thống ống dẫn kích thước lớn - Ống dài, dòng có áp, chảy đều,rối trong khuvực bìnhphương sức cản (điều chỉnh kết quả ở khuvực khác)  1  - Dùng bảng tính sẵn  K, 2  K  v  1,2 m / s 2 v  1,2 m / s Hh  α Q2 l H  h  Q l  J l             d K2 d K2 Q  ω v  ωC R J K J K H Với ống gang, thép dẫn nước l 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 11 α 1,41 1,20 1,15 1,115 1,085 1,06 1,04 1,03 1,015 1,0
6.3 Phương pháp cột áp giới hạn: 1 Xác định trạng Độ chênh cột áp thái chảy trong giữa hai đầu ống 32 υ2lRe H  ống bằng cột ứng với số Regiới hạn gh gd3 gh áp giới hạn Rối Tầng Giả thiết giá trị TB (λ1) H  H  H H H  H  H H Tính Q1,d1 1 2 gh 1 2 gh 3 2 4Q Re  1λ H  128 υ l Q π dυ 2 Thử dần tính  π gd4 λ λ QQ λ  λ (5%) Tính Q, d =?  Q, d  ? 2 1 1 2 1 λ  1  λ  λ ...   12 3 2  2 1
BÀI TOÁN TỔNG QUÁT THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG NGẮN PT Bernoulli cho mặt cắt 11-22: 2 2 Q d1, l1, 1 p αV p αV z  1  1  z  2  2 h 1 γ 2 γ f 1 1 2g 2g 2 (Vd2) 2 1 H d2, l2, 2 V Suy ra: H  k d2 2g 2 2 0 0 V2 4  l1  d2   l2  k  λ  ξ    λ ξ 1  1d 1  d   2d 2  1  1   2  Cho Q sẽ tính được H, hoặc cho H sẽ tính được Q!
l,d,n Δ ,Q,H     1  H1  ?          2   2 1 H  H h  H  Q2 l  1 8 Q2 1 2 d 2 K2 H  H  hw  H  ζ  λ  1 2 2  d  π2g d4  H  H h  H  8 λ l Q2 1 2 d 2 π2g d5 Ví dụ: Bơm bánh xe răng phải đẩy dầu với lưu lượng Q=0,2 l/s vào trong bình chứa (thông với khí trời). Xác định áp suất đẩy cần thiết của bơm (p1) biết: đường kính ốngđẩy: d = 2 cm, chiều dài l = 1m. hệ số cản của khóa trên ống đẩy ξK  4 Khoảng cách từ mặt thoáng của bình đến trục bơm z = 1,4m. Độ nhớt và trọng lượng riêng của dầu: γ dâu   8450 N / m3  ; υ  0,2 cm2 / s 14
l ,d ,n  , H             Q ?      2                     2 4 3  32 2l Re H      1  8 Q2 H hd  Q2 l  Q  K H Hgh  g d 3 2 K l gh   d  2g d 4 T R  H Hgh   H  Hgh ,   1     2g d 5 h  gd 4 h       Q1      Q                               128 l w 81l w Ví dụ: Dòng chảy trong ống có đường 2  1 Q Q1 kính d = 200mm; dài l=1000 m dưới 4Q1 tác dụng của cột nước H = 5m. Re   2 Δ λ  5% Xác định lưu lượng Q biết hệ số nhám  d của ống n=0,0125 2  1  3  1 2  15... 1 2
Ví dụ: Dòng chảy trong ống có đường kính d = 200mm; dài l=1000 m dưới tác dụng của cột nước H = 5m. Xác định lưu lượng Q biết hệ số nhám của ống n=0,0125 Ống dài: bỏ qua cột áp vận tốc và các tổn thất cục bộ (coi toàn bộ độ chênh cột áp chỉ dùng để khắc phục tổn thất dọc đường) h   ***   H  hw  h  J.l  J  d  H Q K H           d l l l  m3  Tra bảng hệ số k d  200 mm ; n  0,0125  K  0,341   s       Q  K H  0,341 5  0,024  m3   24  l      l 1000  s   s   16
  y1  d 4      y 2  f d       1  28 Q2        l ,Q,n  ,H              d  g H  d ?         3                   4      1  d   8 Q2      d   2g H 3 2 4 K  Q d Hgh   3 5l Re4 H 2gQ3 gh L T R H  Hgh ,   1 H Hgh  d  4 128 l Q 81l Q2         d1  5 2      g hw                    g hw Ví dụ: Đường ống bằng gang mới có 2  1  d  d1 chiều dài l = 2500m. Chọn đường kính Re  4Q  2 d để dưới tác dụng của cột nước H =  d1 Δ λ  5% 30m có lưu lượng Q = 250 l/s 2  1  3  1 2  17... 1 2
l ,Q,n        d  f vhc ;vkt  4    H  H 1    d ,H  ?                                     Bài toán này thông thường xác định d trước theo vận tốc kinh tế (thực tế CTM) Chế độ làm việc của ống Vận tốc hạn chế      phu luc 1     vhc(m/s)                   v hc ,v kt    Ống hút từ binh chứa dầu d  f v ; v     có mặt thoáng tự do 1,5 2  hc kt    v       n ,bang        Ông hút của bơm 1,2  kt d  K          Hệ thống ống hở, một đầu 35 tự chảy H  H  H  H  Ống đẩy bơm:Khi p=25 at 3 1 2 1 p=50 at 4 p=100 at 5 p=152 at 5 18
6.4 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP- ỐNG NỐI TIẾP NỐI TIẾP KÍN li Q H NỐI TIẾP CÓ THÁO m H Q2  3 m li TẠI CÁC NÚT i 1 K i 2  2 i 1 K i d1  d2  d3  const m 1 Q1 Q2 ...Qm  const Q1 Q2 Qt1 Q3 Qt 2 Qt1  ... Qm   Qtk k 1 m m1 H  Hđâu  Hcuôi   Hi   hn k m m1 h   h i 1 k 1 H   Hi   hn k  n k  n k i 1 k 1  Hi  hdi  hci m m ỐNG DÀI H   Hi   hdi i 1 i 1 19
ĐƯỜNG ỐNG DÀI NỐI TIẾP 20