Bài giảng Kỹ thuật thủy khí: Chương 7 - TS. Phạm Thị Thanh Hương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật thủy khí" Chương 7 - Tính toán thủy lực đường ống, được biên soạn với các nội dung chính sau: Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực đường ống; bốn bài toán cơ bản về đường ống đơn giản; tính toán đường ống phức tạp;... 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 thủy khí: Chương 7 - TS. Phạm Thị Thanh Hương

CHƯƠNG 7. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐƯỜNG ỐNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 01 THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG ✓ Dẫn-vận chuyển chất lỏng/khí (nước,dầu mỏ,khí đốt tự nhiên,hơi ..) ✓ Truyền cơ năng của chất lỏng (từ BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN 02 VỀ ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN bơm qua van phân phối đến xi lanh TÍNH TOÁN trong hệ thống truyền động, truyền THỦY LỰC 03 lực đến các ổ trục cần bôi trơn …) ĐƯỜNG ỐNG TÍNH TOÁN 03 ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP ✓ Mục đích tính thủy lực đường ống: thiết kế/ kiểm tra/ sửa chữa/ điều chỉnh hệ thống đường ống để đảm 7 BÀI TẬP 8(8,12,16,37,39,40,53) bảo yêu cầu về cột áp/ lưu lượng sao cho tổn thất năng lượng ít nhất.
7.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO CHẤT LỎNG () PHÂN LOẠI ĐƯỜNG ỐNG THÔNG SỐ THỦY LỰC CỦA DÒNG CHẢY THEO TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG 01 ĐỘ CHÊNH CỘT ÁP 01 p1 −p2 + α1v1 − α2 v 2 = h H =H1 −H2 = z1 − z2 + γ 2 2 2g w 1− 2 ✓ Ống dài: hC < 5% hd ; l > 103d p1 v2 p2 v2 H1 = z1 + γ + α1 1 H2 = z2 + γ + α2 2 ✓ Ống ngắn: hC > 5% hd 2g 2g 02 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG 02 THEO KẾT CẤU hd = λ 1 v ; hd = λ 1 v = λ 1 v ; hc = ξ v 2 2 2 2 ✓ Ống đơn giản: (d, Q) = const d 2g dtl 2g 4R 2g 2g ✓ Ống phức tạp: (d, Q)  const 03 LƯU LƯỢNG Q= v ω THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG ỐNG 04 CÔNG SUẤT TIÊU HAO N= γ QH (w ) ✓ Chiều dài, đường kính ống: l(m), d(m) Chiều dày lớp chảy rối  ✓ Hệ số nhám: n = (n-độ nhám tuyệt đối) t = 30d d Re  2
7.2 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN 7.2.1 SƠ ĐỒ THỦY LỰC THƯỜNG GẶP – BÀI TOÁN TỔNG QUÁT p −p pd1 = pd2 = 0 p1 = p2 = 0 ; v1 = v 2 = 0 H = z1 − z2 + 1 2 = hw 1−2 v2  H = z1 − z2 − 2 = hw1−2 H = z1 − z2 = hw1 − 2 2g d1,l1,1 2 2 2V Q p1 αV1 p2 αV2 2 z1 + + = z2 + + + h w1−2 2 1 1 γ 2g γ 2g 2 2 2(Vd2) H p1 αV1 p2 αV2 2 Vd2 Q z1 + + + HB = z2 + + + hW1−2 1 H d2,l2,2 H=k d2,l2,n γ 2g γ 2g 2g 1 1 2 2 20 B  l l  0  l 4  d   l  HB = H + Q2  1 + 22  V2 k =  1 1 + 1  2  +   2 2 + 2  + 1 d1,l1,n  K2 K   d  d   d   1 2 ỐNG NGẮN  1  1   2  ỐNG DÀI 1
7.2.2 BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN – PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN I Phương pháp tổng quát ✓ Ống dài, ống ngắn 1 [l, d,n Δ  , Q ,H ] * * * [H = ?]     2 1 ✓ Trạng thái chảy tầng, rối II Phương pháp đặc trưng lưu lượng (K) BỐN 2 [l, d, n Δ  ,H1,H2] * * * [Q = ?]   ✓ Ống dài hw = hd BÀI TOÁN   ✓ Trạng thái rối thành hoàn toàn nhám CƠ BẢN 03 TÍNH ỐNG III Phương pháp biểu đồ ĐƠN GIẢN 3 [l, Q , n Δ  ,H ,H ] * * * [d = ?]   ✓ Ống dài, ống ngắn   1 2 ✓ Biểu diễn hàm f l , d , n  Δ  , Q , H = 0         trên biểu đồ H = f (Q, d) IV Phương pháp cột áp giới hạn 4 [l, n Δ  , Q ,H ] * * * [d,H = ?]     2 1 ✓ Ống dài hw = hd
2 1  D y D y II PP đặc trưng lưu lượng K K =ωC R = π d   = f (D,n) C = n   1 D  4 4 n 4   4   K - Lưu lượng qua mặt cắt ướt của dòng chảy khi độ đôc thủy lực J=1 - Hệ thống ống dẫn kích thước lớn - Ống dài, dòng có áp, chảy đều rối trong khu vực bình phương sức cản (v  1,2 m / s) ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ 2 H = h = Q l = Jl d K2 Điều chỉnh kết quả ở khu vực khác (v  1,2 m / s) ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ H = hd =  Q2 l Dùng bảng tính sẵn  K ,  1   K2  K 2  Q =ω v =ωC R J =K J =K H l Với ống gang, thép dẫn nước v (m / s ) 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 5 α 1,41 1,20 1,15 1,115 1,085 1,06 1,04 1,03 1,015 1,0
IV Phương pháp cột áp giới hạn B1 XĐ trạng thái chảy trong ống Hgh: Độ chênh cột áp giữa H = 32 υ2lRe bằng cột áp giới hạn hai đầu ống ứng với số Regh gh gd3 gh Rối Tầng XĐ  bằng thử dần H = H − H H Giả thiết giá trị TB (λ ) B3 H = H − H H 1  Q, d =? 1 2 gh 1 2 gh B2 Tính Q1, d1 4Q H = 128 υ l Q Re = 1λ π gd4 π dυ 2  Q,d = ? λ  λ  Q = Q λ  λ (5%) 3 = 1 (2 + 1)... 2 1 1 2 1 2 Δ λ  5% 6
l,d,n  Δ ,Q,H      1 ⎯⎯ ⎯ ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ H = ?          2  1 I   2 II H = H + hw   ζ + λ 1 8 Q =H + 2 1 2 2  d  π2g d4  H = H +h = H + Q l 1 2 d 2 K2 H = H +h = H + 8 λ l Q2 1 2 d 2 π2g d5 V7.1 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 K = 4; khoảng cách từ V7.3 Tính công suất bơm, biết: mặt thoáng của bình đến trục bơm z = V7.2 Tính công suất bơm, biết: (lh=10m;D=10cm); H=14m 1,4m. Độ nhớt và trọng lượng riêng l = 25 m; d =10 cm; H = 20m; (lđ=5m;d=5cm); V1 = 30 m/s; của dầu: d=8450 N/m3; =0,2 cm2/s  = 0,03; Q = 10 l/s 7  = 0,03; V=0,5; ch = 0,7
l ,d ,n  ,H             Q =?           2 2     ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯  →  ⎯ II IV I;III Hgh = 32 3 l Regh H =  +   2  Q2 l  Q = K H H =hd = 2 2  1  8 Q 2 d  g d 4   K l gd  V7.4 Dòng chảy trong ống có đường kính d = 200mm; dài Tầng Rối l=1000 m dưới tác dụng của   H Hgh    gd 4 (H  Hgh⎯→ Q ) 2g d5 h Q= ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 1=   cột nước H = 5m. Xác định hw ( = 1) 8 1l w   ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯→ lưu lượng Q biết hệ số nhám 128 l của ống n=0,0125 Re = 4Q1  2 2  1 Q=Q1  d Δ λ  5% ( PP thử dần ) 2  1  3 = 1 (2 + 1)... 8 2
l ,Q,n  ,H             d =? y1 = d 4        3       ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯→           1  8 Q2 y 2 = f d =  +   2       III     d  g H    II IV K = Q d 3 5l Re4  1 H Hgh = gh I d4 =    +   8 Q2 L 2 gQ3  d  2gH V7.5 Chọn V7.6 XĐ đk ống hút đường kính H  H gh    H  H gh  ;  = 1 của bơm dầu. Biết     ống gang d = 4 128 l Q ống dài 4m, lưu sạch biết 81l Q 2  g hw d1 = 5 lượng dầu 1,25 l/s. ống dài  2 g hw Chiều cao từ mặt 2500m; thoáng đến trục bơm Dưới tác 4Q 1m. Áp suất tuyệt đối dụng cột Re =  2 2  1  d = d1 tại cửa vào bơm 0,45  d1  nước at. Độ nhớt dầu  H=30m; Δ λ  5% =1,0 cm2/s ở 60C. lưu lượng 2  1  3 = 1 2 + 1... d=860.9,81 N/m3; Q=250 l/s 2  k= 4
l ,Q,n    H =H 1    d = f v hc ;v kt  4            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 bình chứa dầu có mặt thoáng tự do 1,5  2 Ông hút của bơm d = f v ; v     1,2  hc kt   Hệ thống ống hở,một đầu tự chảy 35     Ống đẩy bơm: Khi p=25 at 3   v      n ,bang      kt⎯  ⎯⎯ ⎯ ⎯ → d ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ K        p=50 at 4 p=100 at 5 H = H −H  H = p=152 at 5 1 2 1 10
7.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP - ỐNG NỐI TIẾP d1  d2  d3  const ỐNG NGẮN Hi = hdi + hci NỐI TIẾP KÍN Q1 = Q2 = ... = Qm = const H = Q2  li m m−1 m H = Hđâu − Hcuôi =  Hi +  hn k 2 i=1 K i i =1 k =1 ỐNG NGẮN m −1 Q1 =Q2 +Qt1 =Q3 +Qt 2 +Qt1 = ... =Qm +  Qtk NỐI TIẾP k =1 Q= H CÓ THÁO m m−1 h   h m li TẠI CÁC NÚT H =  Hi +  hn k  n k  n k  i =1 k =1 () 2 i =1 K i Q = Q1 = Q2 = Q3 H = m Hi = m hdi Q =   H i =1 i =1 3 l ỐNG DÀI  i2 NỐI TIẾP 3 l H = hd1 + hd 2 + hd 3 = Q2  i i =1 K i 2 i =1 K i 11
7.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP - ỐNG SONG SONG HAB = H1 = hd1 + hc11 + hc12 m HAB = H2 = hd 2 Q =Q +Q +Q +...+Qm =  Q 1 2 3 i =1 i HAB = H3 = hd3 + hc31 + hc32 m m−1 H =H −H = H + cuôi i i k1 n k h Ống dài HAB = H1 = H2 = H3 = hd1 = hd2 = hd3 đâu =1 = Q = Q1 + Q2 + Q3 H = H = H =... = H = h +  h + h + h 1 2 i di c i nv i n r i Qi2 hdi H = hdi = l  Qi = Ki 2 i li   Ki m  m K  Q2 Q =K H 3 Ki ỐNG DÀI Q=  Q = H   i  Q = Q1 + Q2 + Q3 = HAB   HAB = i i l   2 i =1 i  3 K  (i =1) li i = 1 l  SONG SONG i i 12 i    (i=1) l   i 
VÍ DỤ V7.7 Cho hệ thống ống song song có: L1=600m; d1=0,3m; 1=0,02 L2=460m; d2=0,47m; 2=0,018 a) Tính Q1=?; Q2=? Biết: pAB=500 kPa b) Tính hd1=?; Q2=?; Q=? Biết Q1=122 lít/s V7.8 Cho hệ thống ống song song có: L1=600m; d1=0,2m; n1=0,02 L2=460m; d2=0,2m; n2=0,02 Tính Q1=?; Q2=?; Q=? Biết: H=10m Chỉ tính đến tổn thất cục bộ tại van 13
7.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP ỐNG PHÂN NHÁNH HỞ ỐNG PHÂN PHỐI LIÊN TỤC Qpp Qpp 1 Chọn đường ống cơ bản QM =Qv − x =Qr +Qpp − x  l l OABCD5   Q , l  max   Tổn thất năng lượng trên dx 2 Tính toán thuỷ lực đường ống (từ cuối về nguồn) (=0) 2 Qpp=ql * , H05=H ;Q05=Q dD5 = d05 8 dx  Qpp    Qr + Qpp − x     Đoạn 05 dh =     5      ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → d HD5        ⎯  2 (Ống đơn giản) 05  g d  l       * , HD4 ;Q4     * , QCD =Q5+Q4              dD4       Độ chênh l  2  ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ H = hd =  dh = 8  l Qr2 +Qr Qpp + 1Qpp         ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ →    ⎯   d H CD CD cột áp 0  2g d 5  3  m m−1 Tiếp tục tính cho đến gốc O ! H=  H +  h i nk () Q2 i =1 k =1 PP hệ số K: H = hd = 2 l l 1 Qpp  2 ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯→ H =  dhd =   Qr + Qpp − K x  dx 3 Kiểm tra trên ống nhánh: Nếu năng lượng đủ tải thì K = f (D, n ) 2 0K  l   dừng tính, phải tính chọn lại nếu không đủ tải... 2 1  1  H=  Q + QQpp + 3 Q  l Qtt = Qr + 0,55Qpp 2 r Dầu từ bình chứa được máy K  bơm hút lên đẩy qua lọc dầu và Q2 theo đường ống phân nhánh thực tế H = 1 ( 2 Qr + 0,55Qpp l = tt l ) chảy tới bôi trơn các ổ trục. K2 K2 14