Bài giảng Thủy khí và máy thủy khí

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

LỜI NÓI ĐẦU

Thủy khí và máy thủy khí là một trong những môn học cơ sở của sinh viên

chuyên ngành cơ khí. Hiện nay, trong nhiều lĩnh vực việc ứng dụng các loại máy

thủy khí được sử dụng rất là rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất.

Chính vì vây, để giúp sinh viên nắm được các nguyên lý hoạt động và tính toán các

thông số của máy thủy khí, tôi đã tập hợp nhiều tài liệu để biên tập thành bài giảng

này.

Bài giảng Thủy khí và máy thủy khí gồm 8 chương, nội dung trình bày về lý

thuyết quy luật chuyển động của chất lỏng và chất khí, nguyên lý làm việc của các

loại máy thủy khí, cách tính toán các thông số của các đường ống.

Tôi hy vọng đây sẽ là tài liệu thiết thực cho các bạn sinh viên chuyên nghành

Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí tại trường đại học Phạm Văn Đồng học tập và nghiên

cứu môn học Thủy khí và Máy thủy khí.

Trong quá trình biên soạn, chắc chắn tài liệu không tránh khỏi có những sai

sót. Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ email sau: dmd2482004@yahoo.com. Tôi xin

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 1

chân thành cảm ơn.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Chương 1

THỦY TĨNH

1.1 KHÁI NIỆM CHẤT LỎNG TRONG THỦY LỰC

Chất lỏng và chất khí khác nhau ở chỗ mối liên kết cơ học giữa các phần tử

trong chất lỏng và chất khí rất yếu nên chất lỏng và chất khí có tính di động dễ

chảy. Thể hiện ở chỗ chất lỏng và chất khí không có hình dạng riêng mà lấy hình

dáng theo bình chứa nó ở trạng thái đứng yên.Vì vậy chất lỏng còn được là chất

chảy.

Trong chất lỏng, giữa các phần tử với nhau có tính dính rất lớn, vì tính dính

này mà chất lỏng giữ được thể tính của nó dù có thay đổi về nhiệt độ và áp lực. Chất

lỏng còn gọi là chất chảy không nén được. Đồng thời chất lỏng cũng có tính chất

không giãn ra được.

Tại mặt tiếp xúc giữa chất lỏng này với chất lỏng khác, do lực hút đẩy giữa

các phần tử sinhh ra sức căng mặt ngoài. Nhờ có sức căng mặt ngoài, một thể tích

nhỏ của chất lỏng đặt ở trường trọng lực sẽ có dạng từng hạt. Vì vậy chất lỏng được

gọi là chất chảy dạng hạt.

Chất lỏng còn được coi như môi trường liên tục tức là những phần tử chất

lỏng chiếm đầy không gian mà không có khoảng trống rỗng.

Tóm lại chất lỏng là chất chảy không nén được và có tính liên tục.

1.2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG

1.2.1.Khối lượng riêng:

=ρ

Là khối lượng của chất lỏng trên 1 đơn vị thể tích.

M W

(1.1)

Trong đó:

M - Khối lượng chất lỏng có trong thể tích W (đơn vị Kg) W - Thể tích chất lỏng có khối lượng M( đơn vị m3)

1.2.2. Trọng lượng riêng:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 2

Là trọng lượng của chất lỏng trên 1 đơn vị thể tích.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

=γ

G W

(1.2)

Trong đó:

G - Trọng lượng chất lỏng có trong thể tích W(đơn vị N) W - Thể tích chất lỏng có trọng lượng G (đơn vị m3)

g.ργ =

Và ta có công thức liên hệ giữa khối lượng và trọng lượng :

(1.3)

Trong đó:

g - Gia tốc trọng trường thường lấy giá trị là : g = 9,81 (m/s2).

Trọng lượng riêng của 1 số loại chất lỏng được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Trọng lượng riêng của một số loại chất lỏng

Nhiệt độ Tên chất lỏng Trọng lượng riêng N/m3

Nước cất 9810 4

Nước biển 10000*10100 4

Dầu hỏa 7750*8040 15

Xăng máy bay 6380 15

Xăng thường 6870*7360 15

Dầu nhớt 8730*9030 15

Thủy ngân 132890 20

Cồn công nghiệp 7750*7850 15

Diezen 8730*9220 15

1.2.3. Giãn nở vì nhiệt của chất lỏng

Biểu thị tính giãn nở vì nhiệt của chât lỏng bằng hệ số giăn nở vì nhiệt βt với

t =β

1 W

dW dt

(1.4)

Chất lỏng có đặc tính không thay đổi thể tích khi nhiệt độ và áp suất thay

đổi. Như vậy chất lỏng coi như không nén được và không giãn ra dưới tác dụng của

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 3

nhiệt độ. Nên giá trị βt rất nhỏ nên trong tính toán có thể bỏ qua.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

1.2.4. Sức căng mặt ngoài của chất lỏng

Để cân bằng với sức hút phân tử của chất lỏng tại vùng lân cận mặt tự do, vì

ở vùng này sức hút phân tử của chất lỏng không cân bằng như vùng xa mặt tự do.

Do đó có khuynh hướng giảm nhỏ diện tích mặt tự do và làm cho mặt tự do có độ

cong nhất định. Do có sức căng mặt ngoài mà giọt nước có dạng hình cầu.

1.2.5. Tính nhớt

Khi các lớp chất lỏng chuyển động, giữa chúng có sự chuyển động tương đối

và nảy sinh ra tác dụng lôi đi kéo lại. Hay nói cách khác giữa chúng sinh ra lực ma

sát, tạo nên sự chuyển biến một phần cơ năng của chất lỏng thành nhiệt năng và

biến đi. Lực ma sát này gọi là lực ma sát trong. Tính chất nảy sinh ra lực ma sát

trong giữa các lớp chất lỏng chuyển động gọi là tính nhớt của chất lỏng. Tính nhớt

biểu hiện tính sức dính của phân tử chất lỏng, mọi chất lỏng đều có tính nhớt. Biểu

.S.

T μ=

thức tính lực ma sát trong:

dv dy

(1.5)

Trong đó:

T – Lực ma sát trong.(N) S – diện tích tiếp xúc giữa 2 lớp chất lỏng.(m2) μ – hệ số nhớt động lực. (N.s/m2) hay gọi là poazơ (P) với

1P=0.1N.s/m2

dv dy

– grandien vận tốc theo phương y vuông góc với dòng chảy.

=μ

Từ công thức 1.5 ta rút ra được công thức tính hệ số độ nhớt :

T dv dy

(1.6)

1.3. LỰC TÁC DỤNG LÊN CHẤT LỎNG

1.3.1. Nội lực

Là tất cả những lực tác dụng lẫn nhau giữa các phân tử của một thể tích chất

lỏng nhất định, những lực đó xuất hiện từng đôi một và cân bằng nhau.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 4

1.3.2. Ngoại lực

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Là những lực tác dụng lẫn nhau giữa khối chất lỏng cho trước và những vật

thể tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với khối chất lỏng đó. Trọng lượng và lực quán

tính là những ngoại lực, chúng được chia ra làm hai loại sau đây.

1.3.2.1. Lực thể tích

Đây là lực tác dụng lên tất cả các phân tử chất lỏng trong khối chất lỏng đang

xét, lực này tỉ lệ thuận với thể tích của vật thể, khối chất lỏng.

1.3.2.2. Lực mặt

Là lực tác dụng lên mặt giới hạn của khối chất lỏng hoặc lên mặt đặt trong

khối chất lỏng. Lực này tỉ lệ với diện tích mặt chịu lực của chất lỏng.

1.4. KHÁI NIỆM VỀ THỦY TĨNH

Thủy tĩnh học nghiên cứu những vấn đề về chất lỏng ở trạng thái cân bằng,

tức là trạng thái không có sự chuyển động tương đối giữa các phân tử chất lỏng.

Yếu tố thủy lực cơ bản của chất lỏng ở trạng thái cân bằng là áp suất thủy tĩnh.

Chất lỏng có hai trạng thái tĩnh: tĩnh tương đối và tĩnh tuyệt đối.

Trạng thái tĩnh tuyệt đối: là trạng thái mà các phân tử chất lỏng không có sự

chuyển động tương đối với nhau cũng như không có sự chuyển động tương đối với

quả đất.

Trạng thái tĩnh tương đối: là trạng thái mà các phân tử chất lỏng không có sự

chuyển động tương đối với nhau nhưng có sự chuyển động tương đối với quả đất.

1.5. ÁP SUẤT THỦY TĨNH – ÁP LỰC VÀ MẶT ĐẲNG ÁP

1.5.1. Áp suất thủy tĩnh và áp lực

1.5.1.1. Áp suất thủy tĩnh

a) Định nghĩa:

Áp suất thủy tĩnh là những ứng suất gây ra bởi những lực khối và lực bề mặt.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 5

Hình 1.1: Biểu diễn áp suất thủy tĩnh.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Ta lấy một khối chất lỏng đứng cân bằng, nếu chia cắt khối bằng một mặt

phẳng ABCD (hình 1.1) tùy ý và vứt bỏ phần trên, muốn giữ cho dưới khối đó ở

trạng thái cân bằng như cũ ta thay thế tác dụng phần trên lên phần dưới bằng một hệ

lực tương đương.

Trên mặt phẳng ABCD ta lấy một tiết diện bất kì có chứa điểm O. Gọi P là

tbp

tác dụng của phần trên lên tiết diện w, tỉ số :

P w

(1.7)

Gọi là áp suất thủy tĩnh trung bình. Nếu tiết diện w vô cùng nhỏ thì áp suất

lim

0w→

thủy tĩnh tại một điểm được gọi là áp suất thủy tĩnh. Kí hiệu là p đơn vị (N/m2

P w

(1.8)

b) Tính chất cơ bản của áp suất thủy tĩnh

- Tính chất 1

Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào đó.

Hình 1.2: Áp suất thủy tĩnh.

Áp suất thủy tĩnh tại điểm O trên mặt phân chia ABCD được chia làm hai

thành phần:

Pn - Hướng theo pháp tuyến của điểm O của mặt ABCD.

τ - Hướng theo hướng tiếp tuyến tại O.

Do chất lỏng đang xét ở trạng thái tĩnh do vậy thành phần τ =0, còn thành

phần Pn không thể hướng ra ngoài được vì chất lỏng không chống lại sức kéo mà

chỉ chịu được sức nén. Vậy áp suất p của điểm O chỉ có thành phần pháp tuyến

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 6

hướng vào trong.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

- Tính chất 2

Áp suất của một điểm bất kì trong chất lỏng theo mọi phương đều bằng

nhau

1.5.1.2. Áp lực

Lực P tác dụng lên tiết diện w gọi là áp lực lên diện tích ấy. Đơn vị áp lực là

P=p.w (1.9)

Trong đó: p : là áp suất thủy tĩnh.

w: là tiết diện chịu lực.

a) Xác định áp lực lên thành phẳng

Xác định áp lực lên thành phẳng ta phải xác định được 3 giá trị phương,

chiều, điểm đặt của áp lực. Ta tính áp lực P tác dụng lên diện tích S như hình vẽ.

Hình 1.3 : Áp lực tác dụng lên thành phẳng

Cách tính như sau :

- Ta tính dP tác dụng lên dS sau đó tích phân toàn phần sẽ tính được P.

- Phương P vuông góc với S, chiều hướng vào mặt S.

pdS

hdS.

ydS

(

) dS.h.

dSp 0

S.p 0

∫

∫ sin αγ S

S.pP

S.y.

S.p

sin αγ

(

) S.h.

- Độ lớn :

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 7

Trong đó:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

hc – độ sâu của trọng tâm hình phẳng

Pc – áp suất tại trọng tâm hình phẳng

y.P

ydP

hdS..y

sin.y..y

sin

dSy

sin. J αγ

∫

∫ αγα =

- Điểm đặt của P, gọi D là điểm đặt ta có moomen đối với trục Ox:

dSy

S.y

2 c

= ∫

Với :

+ J0: Mômen quán tính trung tâm.

+ JX: Mômen quán tính của S quanh trục Ox.

y.S.h.

sin

y.S.

y.P D

Mà

J S.y

Ta có điểm đặt của D:

b) Xác định áp lực lên thành cong

Xét thành cong là hình cầu và hình trụ, các lực phân tố không song song

nhau. Xét trường hợp thành cong của bình chứa có một mặt tiếp xúc với chất lỏng,

còn mặ kia tiếp xúc với không khí như hình vẽ sau:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 8

Hình 1.4 : Áp lực tác dụng lên thành cong

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Ta xét diện tích dS coi như phẳng. Ta có áp lực thủy tĩnh tác dụng lên dS ở

dS.h.

dP γ=

độ sâu được xác định :

dS.h.

= γ

P x

dP x

S.h. cx

∫

γ∫

dS.h.

S.h.

= γ

∫

γ∫

dS.h.

= γ

P z

dP z

∫

γ∫

Theo 3 trục tọa độ có:

Sx, Sy- Hình chiếu của S lên mặt vuông góc Ox, Oy.

hcx, hcy – Độ sâu trọng tâm Sx, Sy.

V – Thể tích hình trụ có dáy dưới là hình cong S, đáy trên là hình chiếu của S

lên mặt thoáng Sz

2 P x

2 P y

2 P z

Ta có áp lực thủy tĩnh tác dụng lên S:

Phương của áp lực thủy tĩnh P lập với hệ tọa độ Oxyz các góc định hướng

cos

x,P

(

)

P x= P

cos

y,P

(

)

P y= P

cos

z,P

(

)

P z= P

Điểm đặt tại giao điểm của phương lực P với mặt cong.

1.5.3. Mặt đẳng áp

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 9

1.5.3.1 Định nghĩa

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Mặt đẳng áp là tập hợp tất cả các điểm có cùng giá trị áp suất như nhau, áp

suất thủy tĩnh tại mọi điểm bất kì, đều bằng nhau được gọi là mặt đẳng áp p=const.

1.5.3.2. Tính chất

- Hai mặt đẳng áp khác nhau không thể cắt nhau.

- Lực thể tích tác dụng lên mặt đẳng áp thẳng góc với mặt đẳng áp.

1.6. PHƯƠNG TRÌNH ƠLE TĨNH

Xét một khối chất lỏng cân bằng trong hình hộp với các cạnh dx,dy, dz đặt

trong hệ tọa độ Oxyz , điểm M là trọng tâm chịu áp suất thủy tĩnh p(x,y,z) như sau:

Hình 1.5: Phương trình Ơle tĩnh

Ngoại lực tác dụng lên chất lỏng bao gồm:

x với giá trị được tính

- Lực khối F tỷ lệ với khối lượng chất lỏng.

- Lực mặt là áp lực thủy tĩnh tác dụng lên các mặt chất lỏng. Xét theo phương Ox: Lực mặt tác dụng bao gồm Px, P’

dz.dy

−

dz.dy

1 2

p δ x δ

1 2

p δ x δ

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

như sau:

a.dz.dy.dx.

a.mF =

ρ=

Lực khối theo phương Ox:

PP +

' x

Phương trình cân lực theo phương Ox:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 10

Chiếu theo phương trục Ox ta có:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

0PP

−

' x

a.dz.dy.dx.

dz.dy.dx

−

p δ x δ

−

a x

p1 δ x δ ρ

Hay:

−

a y

p1 δ y ρ δ

−

a z

p1 δ z ρ δ

Tương tự cho 2 trục Oy, Oz ta có:

−

Ta có phương trình Ơle tĩnh theo hình chiếu:

−

p1 δ x ρ δ p1 δ y ρ δ p1 δ z ρ δ

⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

(1.10)

dx.a

dy.a

dz.a

dx.

dy.

dz.

1 ρ

p δ x δ

p δ y δ

p δ z δ

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

dx.a

dy.a

dz.a

Từ phương trình 1.9 nếu nhân từng vế với dx,dy,dz rồi cộng lại ta sẽ có:

1 ρ

(1.11) Hay:

Đây là dạng phương trình vi phân cân bằng của chất lỏng.

1.7. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THỦY TĨNH HỌC

1.7.1 Chất lỏng tĩnh tuyệt đối:

Ta xét khối chất lỏng ở trạng thái tĩnh tuyệt đối chịu ảnh hưởng của trọng lực

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 11

được đặt trong bình kín, áp suất tác dụng lên chất lỏng là p0:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 1.6: Tĩnh tuyệt đối

Lúc này chỉ có thành phần lực khối theo phương trọng lực hướng xuống nên

dz.g

−

1 ρ

ax=0, ay=0, az=-g thay vào phương trình 1.10 ta có:

Const

Tích phân 2 vế :

p γ

(1.12)

Đây là phương trình cơ bản của thủy tĩnh học.

Để tính áp suất thủy tĩnh tại điểm A ta sử dụng phương trình cơ bản như sau:

p γ

Tại mặt thoáng chất lỏng ta có:

p γ

Tại điểm A ta có:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 12

Thay vào phương trình 1.11 có:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

p 0 γ p

−

) .z γ A

p A γ ( z 0 .h γ

p 0 p 0

Trong đó:

h - độ sâu tính từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm đang xét (m). p0 - áp suất mặt thoáng chất lỏng (N/m2).

Ý nghĩa của phương trình thủy tĩnh:

-z: Độ cao hình học. ( Vị năng đơn vị)

p - γ

: Độ cao đo áp. (Áp năng đơn vị )

p γ

: Cột áp thủy tĩnh. (Thế năng đơn vị). -

1.7.2 Chất lỏng tĩnh tương đối:

1.7.2.1 Bình chứa chất lỏng chuyển động thẳng thay đổi đều:

Hiện tượng này có trong xe chở dầu, nước sau khi khởi động. Ta xét khối

chất lỏng chứa trong bình, hệ tọa độ chọn như hình 1.7.

g.mG =

Lực khối tác dụng lên chất lỏng bao gồm :

a.m

F −=

- Trọng lực:

- Lực quán tính:

Chiếu lực khối theo các phương của hệ tọa độ ta có gia tốc theo các phương

như sau:

ax=0, ay=-a, az=-g thay các giá trị này vào phương trình vi phân cân bằng của

dx.a

dy.a

dz.a

1 ρ

−

y.a.

( dy.a0 − p −=→

) .dz.g −

= Cz.g. +

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 13

chất lỏng (1.11) :

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Tại y=0, z=0 thì C=pa áp suất tại mặt thoáng chất lỏng.

z.g.

−

y.a. ρ −

Phân bố áp suất tại mọi điểm trong chất lỏng có dạng sau:

dy.a

dz.g

Cz.gy.a

+→=

Phương trình mặt đẳng áp: p=const, dp=0 nên :

−=α

a g

Vậy mặt đẳng áp là mặt phẳng nghiêng một góc α với:

−

Ta có 2 trường hợp:

a g

⎞ ⎟ <⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

−

chuyển động nhanh dần đều a>0. -

a g

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ >⎟ ⎠

- chuyển động chậm dần đều a<0.

Hình 1.7: Chuyển động thẳng thay đổi đều

1.7.2.1 Bình chứa chất lỏng chuyển động quay đều:

Ta xét trường hợp chất lỏng chứa trong bình chuyển động quay đều với vận

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 14

tốc góc ω=const, chọn hệ tọa độ như hình 1.8:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 1.8: Chuyển động quay đều.

.m F qt ω=

Lực khối tác dụng lên chất lỏng bao gồm 2 thành phần sau:

g.mG =

- Lực quán tính :

- Trọng lực:

Gia tốc của lực khối theo các phương của hệ tọa độ az=-g, ax=m.ω2.x, ay=m.ω2.y thay các giá trị này vào phương trình vi phân cân bằng chất lỏng 1.11 ta

dx.a x

dy.a y

dz.a z

1 ρ

dx.

dy.

−

.2 ω

( .x

p =→

Cz.g. +

−

. ρ

) .dz.g )

.2 ω ( x

p =→

−

Cz.g. +

. ρ

2 ω 2 2 ω 2

có:

z.g.

. ρ

−

ω 2

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 15

Tại x=0, y=0, z=0 thì C=p0 áp suất tại mặt thoáng chất lỏng nên:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

. ρ

− ρ

0z.g. =

ω 2

Phương trình mặt đẳng áp p=const, nên dp=0 có dạng như sau:

Đây là mặt parabolit tròn xoay quanh trục Oz..

1.8. CÁC LOẠI ÁP SUẤT VÀ ĐỘ CAO DẪN XUẤT CỦA NÓ

1.8.1.Các loại áp suất

a) Áp suất tuyệt đối

Được kí hiệu là p xác định bởi công thức cơ bản:

(1.12) p=p0 +h.γ

b) Áp suất dư

Được kí hiệu pd xác định theo công thức:

(1.13) pd= p - pa

Trong đó:

- p là áp suất tuyệt đối.

- pa là áp suất khí trời .

Nếu áp suất tại mặt thoáng chất lỏng là áp suất khí quyển thì:

(1.14) pd = p - pa= ( pa +h.γ) - pa = h.γ

+ pd < 0 khi p < pa

+ pd > 0 khi p> pa

c) Áp suất chân không

Được kí hiệu là pck. Trong trường hợp áp suất dư là âm thì hiệu số của áp

suất khí quyển và áp suất tuyệt đối gọi là áp suất chân không .

(1.15) pck= pa- p

Áp suất chân không là trị số áp suất còn thiếu để làm cho áp suất suất tuyệt

đối bằng áp suất khí quyển:

(1.16) pck= -pd

1.8.2. Độ cao dẫn xuất của các loại áp suất

Áp suất tại một điểm có thể đo bằng chiều cao cột cao chất lỏng kể từ điểm

đang xét đến mặt thoáng của cột chất lỏng đó. Ta có thể dùng độ cao cột chất lỏng

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 16

để biểu thị các loại áp suất tuyệt đối, áp suất dư và áp suất chân không như sau:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

- h=p/γ biểu thị cho áp suất tuyệt đối, gọi là độ cao đo áp suất tuyệt đối.

- hdu=pdu/γ biểu thị cho áp suất dư, gọi là độ cao đo áp dư.

- hck=pck/γ biểu thị cho áp suất chân không, gọi là độ cao đo áp suất chân

không.

Đơn vị tính là m Trong công thức trên γ = 9810 (N/m3) đối với nước, còn áp suất khí trời pa = 98100 (N/m2) (còn gọi là átmốtphe kĩ thuật). Một átmốtphe kĩ thuật tương đương

với cột nước cao: h=10m. Trị số chân cực đại được lấy bằng một átmốtphe kĩ thuật

hoặc cột nước cao là 10m.

1.8.3 Các dụng cụ do áp suất chất lỏng

a) Ống đo áp: Là ống có đường kính nhỏ hơn 10mm, có 2 loại:

- Dùng để đo áp suất dư thì để hở 1 đầu tiếp xúc với không khí, đầu còn lại

tiếp xúc với chất lỏng cần đo. Áp suấị dư tại A: pdu=γ.h

- Dùng để đo áp suất tuyệt đối thì 1 đầu hút hết không khí, đầu còn lại tiếp

xúc với chất lỏng cần đo. Áp suất tuyệt đối tại B: p=γ.h’

Hình 1.9: Ống đo áp.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 17

b) Áp kế thủy ngân: Là một ống hình chữ U chứa thủy ngân dùng để đo áp suất dư.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 1.10: Áp kế thủy ngân.

Áp suất dư tại A được xác định như sau: pdu=γTN.h-γ.a

c) Chân không kế: Là một ống hình chữ U chứa thủy ngân dùng để do áp suất chân

không.

Hình 1.11: Chân không kế.

Áp suất chân không tại A được xác như sau: pck=γTN.h + γ.a

d) Áp kế đo chênh áp:

Hình 1.12: Áp kế đo chênh áp

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 18

Chênh áp giữa hai điểm A,B được xác định như sau: pA – pB =(γTN –γ).h

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

1.9. NGUYÊN TẮC BÌNH THÔNG NHAU ĐỊNH LUẬT PASCAL VÀ ỨNG

DỤNG

1.9.1 Định luật Pascal

Định luật Pascal được phát biểu như sau: “ Trong một bình kín chứa chất

lỏng ở trạng thái tĩnh, áp suất do ngoại lực tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng được

truyền nguyên vẹn tới mọi điểm trong chất lỏng”.

Xét một bình chất lỏng đậy kín bằng 1 piston, áp suất tại mặt thoáng chất

lỏng là p0, áp suất tại 2 điểm để xét 1 và 2 là: p1=p0 + γ.h1 , p2=p0 + γ.h2 .

’=p0

’+ γ.h2 hay p1

’=p0 + ∆p + γ.h1 , p2

’=p0 + ∆p + γ.h2

Nếu ta nén piston bằng một lực G để tăng áp suất trên mặt thoáng chất lỏng ’=p0 + ∆p. Thì áp suất tại 2 điểm đang xét sẽ là:

’+ γ.h1 , p2

lên có giá trị mới là: p0 ’=p0 p1

Rõ ràng áp suất tại 2 điểm đang xét đều tăng thêm 1 lượng là ∆p , như vậy áp

suất truyền nguyên vẹn đến các điểm trong chất lỏng.

Hình 1.12: Minh họa định luật Pascal

1.9.2 Ứng dụng của định luật Pascal

Trong kỹ thuật dựa trên định luật Pascal người ta đã chế tạo ra các thiết bị

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 19

như máy ép thủy lực, máy tích năng, máy tăng áp, kích…

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 1.13: Kích thủy lực ứng dụng định luật Pascal

Hình 1.14: Sơ đồ phân tích lực của Kích thủy lực

Lực Q gây ra áp suất p1 tại xylanh nhỏ có đường kính d.Áp suất này truyền

nguyên ven trong chất lỏng tạo nên áp lực P2 trong xylanh lớn có đường kính d. Ta

p.D

π 4

có công thức tính áp lực P2:

P π 4

mà áp suất p1 được tính như sau:

D d

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

Nên áp lực P2 được tính lại:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 20

Rõ ràng áp lực P2 phụ thuộc vào đường kính D và d.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

1.10. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Ví dụ 1.1.

Một toa tàu từ ga, đi với gia tốc đều, sau 3 phút đạt tới vận tốc 30km/h. Hãy

viết phương trình mặt tự do của nước đựng trong toa tàu và mực nước Δh dâng lên

ở phía cuối toa tàu.

Hình 1.15: Sơ đồ phân tích

Giải

Lực khối tác dụng lên bình chứa chất lỏng chuyển động với gia tốc a bao

gồm:

Lực quán tính: F = -ma

Trọng lực: G = mg

Chọn hệ trục toạ độ gắn lên bình chất lỏng (hình vẽ), chiếu các thành phần

lực khối đơn vị lên các trục toạ độ:

X = 0; Y = - a; Z = - g

Thay những trị số trên vào phương trình vi phân chất lỏng cân bằng:

dp = ρ(Xdx +Ydy +Zdz)

dp = ρ (-ady – gdz)

Tích phân phương trình vi phân trên:

p = - ρay – ρgz + C (1)

Xác định hằng số tích phân C tại 0 (x = 0; z = 0) trên bề mặt chất lỏng: p = p0

. Thay vào phương trình trên:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 21

p = p0 – ρ(ay+gz)

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Viết phương trình cho mặt tự do (p = p0)

Xdx + Ydy + Zdz = 0

z =

- a y - g z = 0

a g

Hay

Ví dụ 1.2

Một cửa van AB có bề rộng b = 7m; Trọng lượng G = 3000N được nhúng

chìm trong nước (Hình vẽ). Cửa van quay quanh khớp bản lề tại B và tựa lên tường

phẳng tại A. Hãy xác định mực nước h để cửa van sẽ bắt đầu mở?

Hình 1.16: Đóng mở cửa van

Giải:

Xác định áp lực nước tác dụng lên van AB:

9810

70.8.

5493

F 1

h = ωγ C

+ Từ phía bên phải:

sin.10.7

93,53

m833,8

8 +=

70.8.12

j ω

Điểm đặt:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 22

+ Từ phía trái:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

9810

70.

686700

F 2

h = ωγ C

h . C

h C

sin. y

93,53 . ω

67,6 h C

Điểm đặt:

)833,05(

cos

0 )93,53

−

F 2

F 1

==∑

67,6 h C

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ −⎟⎟ ⎠

5493600

)833,05(

3000

cos

0 )93,53

686700

−

h C

67,6 h C

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ −⎟⎟ ⎠

Lấy mômen các lực tác dụng lên van đối với điểm B:

Giải ra ta có: hC2 = 8,412m

→ h = hC2 - 4 = 4,41 m

Với mực nước h = 4,41m thì cửa van bắt đầu mở.

Bài tập 1.1

Xác định lực Q để nâng tấm chắn nghiêng một góc a, quay quanh trục

O (Hình vẽ). Chiều rộng tấm chắn b = 1,50 m, khoảng cách từ mặt nước đến trục O, a = 20 cm. Góc α= 600, H = 1,50 m. Bỏ qua trọng lượng tấm chắn và ma sát

trên bản lề của trục O.

Hình 1.17: Đóng mở tấm chắn

Bài tập 1.2.

Xác định áp lực thuỷ tĩnh và phương của nó tác dụng lên một đập nước hình

trụ nằm ngang (đường kính D = 1m, chiều dài l = 3m) chắn ngang một kênh dẫn

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 23

nước có tiết diện hình chữ nhật (chiều sâu H = 1m; chiều rộng B = 3m).

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Bài tập 1.3.

Xác định áp suất dư tại A (tính bằng Pascals). Nó lớn hơn hay nhỏ hơn

áp suất khí quyển?

Hình 1.18: Dụng cu đo áp suất

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Trình bày đặc tính của chất lỏng thủy lực ?

2. Trình bày áp suất thủy tĩnh và mặt đẳng áp?

3. Trình bày các loại áp suất và độ cao dẫn suất của chúng?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 24

4. Nêu các ứng dụng trong thực tế của định luật Pascal?

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Chương 2

THỦY ĐỘNG HỌC

2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THỦY ĐỘNG

2.1.1. Mục đích nghiên cứu

Thủy động học nghiên cứu những quy luật chung về chuyển động của chất

lỏng mà không xét đến các lực tác dụng lên chất lỏng. Nhiệm vụ của thủy động học

là xác định mối liên hệ giữa những trị số cơ bản đặc trưng cho chuyển động như vận

tốc dòng chảy, độ sâu, áp suất thủy động sinh ra trong chất lỏng chuyển động.

2.1.2. Phân loại chuyển động

Căn cứ vào tính chất chảy phân chuyển động làm 2 trường hợp : Chuyến

động dừng và chuyển động không dừng.

2.1.2.1. Chuyển động dừng

Có các yếu tố chuyển động không biến đổi theo thời gian.

Vận tốc u = u(x,y,z); p = p(x,y,z); h = h(x,y,z) …..

Trong chuyển động dừng được chia ra:

Chảy đều: Vận tốc của dòng chảy là không đổi.

Chảy không đều: Vận tốc của dòng chảy thay đổi

2.1.2.2. Chuyển động không dừng

Có các yếu tố chuyển động biến đổi theo thời gian.

Vận tốc u=u(x,y,z); p=p(x,y,z); h=h(x,y,z) …..

Theo điều kiện và nguyên nhân chảy người ta phân ra chảy có áp và chảy

không áp.

Chảy có áp: Là chảy trong ống kín hay trong hệ thống thủy lực kín. Chảy có

áp là do sự chênh lệch về áp suất theo chiều dòng chảy.

Chảy không áp: Là dòng chảy có mặt tự do tiếp xúc với khí quyển do đó áp

suất trên mặt dòng chảy bằng áp suất khí quyển. Nguyên nhân của chảy không áp là

do tác dụng của trọng lực.

2.2 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐẶC TRƯNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA DÒNG

CHẢY

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 25

2.2.1. Khái niệm dòng chảy

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Trước hết ta phải làm quen một số khái niệm về đường dòng, dòng nguyên

tố, ống dòng...

Đường dòng: Là đường cong tại thời điểm cho trước đi qua các phần tử chất

lỏng có vectơ vận tốc là những tiếp tuyến của đường ấy.

Hình 2.1: Hình ảnh đường cong

Ống dòng: Trong không gian chứa đầy chất lỏng chuyển động, ta lấy một

đường cong kín giới hạn bởi một diện tích ds vô cùng nhỏ, tất cả các đường dòng đi

qua các điểm trên đường cong kín đó tạo thành một mặt có dạng hình ống gọi là ống

dòng.

Hình 2.2: Hình ảnh ống dòng

Dòng nguyên tố: Khối lượng chất lỏng chuyển động trong không gian giới

hạn bởi ống dòng gọi là dòng nguyên tố.

Dòng chảy:Trong không gian chứa đầy chất lỏng chuyển động, ta lấy một

đường cong kín giới hạn bởi một diện tích hữu hạn w bao gồm vô số diện tích dw

vô cùng nhỏ, nghĩa là tạo ra vô số đường nguyên tố. Tập hợp những dòng nguyên tố

đó được gọi là dòng chảy

2.2.2 Các yếu tố thủy lực của dòng chảy

a) Mặt cắt ướt

Là mặt thẳng góc với tất cả đường dòng, kí hiệu là ω đơn vị là (m2).

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 26

b) Chu vi ướt

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Trên thực tế chất lỏng chuyển động trong những biên giới rắn, chu vi mặt cắt ướt có

bộ phận là thành rắn có bộ phận không phải là thành rắn. Chu vi ướt là bề dài phần

tiếp xúc giữa chất lỏng và thành rắn trên mặt cắt ướt kí hiệu là χ đơn vị là (m).

c) Bán kính thủy lực

Là tỉ số giữa diện tích mặt ướt ω và chu vi ướt χ, kí hiệu là R.

ω χ

(2.1)

d) Lưu lượng

Là thể tích của chất lỏng đi qua mặt cắt ướt nào đó trong một đơn vị thời

gian

Kí hiệu là Q, đơn vị là (l/s) hoặc là m3/s .

e) Vận tốc trung bình của dòng chảy tại một mặt cắt

v =

Là tỉ số giữa lưu lượng Q và tiết diện ω của mặt cắt ướt đó:

Q ω

(2.2)

2.3 PHÂN LOẠI CHUYỂN ĐỘNG

2.3.1. Dòng chảy ổn định và dòng chảy không ổn định

a) Dòng chảy ổn định: là dòng chảy có các yếu tố chuyển động không biến đổi theo

thời gian.

b) Dòng chảy không ổn định: là dòng chảy có các yếu tố chuyển động phụ thuộc

theo thời gian.

2.3.2. Dòng chảy đều và dòng chảy không đều

a) Dòng chảy đều: Là dòng chảy có các đường dòng là những đường thẳng song

song.

b) Dòng chảy không đều: Là dòng chảy có các đường dòng là những đường thẳng

không song song.

2.3.3. Dòng chảy có áp, không áp, dòng tia

a) Dòng chảy có áp: Là dòng chảy mà chu vi của các mặt cắt ướt hoàn toàn là

những thành rắn cố định.

b) Dòng chảy không áp: Là dòng chảy mà chu vi của các mặt cắt ướt có bộ phận là

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 27

những thành rắn cố định, có bộ phận là mặt cắt tự do tiếp xúc với không khí.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

c) Dòng tia: là dòng chảy mà toàn bộ chu vi của mặt cắt ướt không có bộ phận nào

tiếp xúc với thành rắn mà tiếp xúc với không khí hoặc chất lỏng khác.

2.3.4. Dòng chảy đổi dần và dòng chảy đổi đột ngột

a) Dòng chảy đổi dần: là dòng chảy có các đường dòng gần như những đường

thẳng song song nhau.

b) Dòng chảy đổi đôt ngột: là dòng chảy có các đường dòng không thể coi như

những đường thẳng song song nhau.

2.4. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH

2.4.1. Phương trình liên tục của dòng nguyên tố

dω1 dω2

v1.dt v2.dt

Hình 2.3: Dòng nguyên tố

Xét một dòng nguyên tố (hình 2.3) trên đó có hai mặt cắt 1-1 và 2-2. Diện

tích tương ứng là dω1, dω2 và vận tốc trung bình mặt cắt ướt là v1,v2.

dt.

dv ω=

Trong khoãng thời gian dt, thể tích chất lỏng đi qua mặt cắt ướt 1-1 là V1 với:

dt.

dv ω=

Thể tích chất lỏng đi qua mặt cắt ướt 2-2 là V2 với:

Vì chất lỏng có tính không nén được và liên tục nên thể tích chất lỏng đi

vào phải bằng thể tích chất lỏng đi ra đoạn dòng đang xét trong cùng khoãng thời

V =

2 V

dt.

dt. ω =

ω =

gian dt.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 28

(2.3)

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Đó là phương trình liên tục của dòng chảy ổn định của chất lỏng không nén

được.

Từ công thức trên ta có dQ1= dQ2 .

2.4.2 Phương trình liên tục của toàn dòng chảy

Để xác định phương trình liên tục của dòng chảy ta lấy tích phân phương

∫

v ωω =

trình liên tục của dòng nguyên tố trên toàn bộ mắt cắt ướt ω.

(2.4)

Rút ra được Q1=Q2

2.4.3 Phương trình vi phân liên tục của dòng chảy

dz.dy.dx

V =Δ

v δ v x δ + x

Xét khối chất lỏng chuyển động có thể tích hình hộp như hình 2.4

Hình 2.4: Phương trình liên tục của dòng chảy

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 29

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

)

( V Δρ dt

(2.5)

Với ρ=ρ(x,y,z,t) là trọng lượng riêng của chất lỏng.

Vd Δ dt

d1 ρ dt ρ

1 V Δ

Lấy đạo hàm theo thời gian dt của phương trình 2.5 ta có:

Xét theo phương trục Ox:

Vận tốc tại mặt ABCD: vx

v δ + x δ x

Vận tốc tại mặt EFGH:

dt.vx

Sau khoãng thời gian t thì chất lỏng qua mặt ABCD dịch chuyển đoạn

là:

v δ x x δ

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Chất lỏng qua mặt ABCD dịch chuyển đoạn là

dt.dz.dy

dt.dz.dyu

dt.dz.dy.dx.

−

v δ x x δ

u δ x x δ

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Thể tích của chất lỏng thay đổi theo hướng trục Ox là:

v δ

u δ

dt.dz.dx

dt.dz.dxu

dt.dz.dy.dx.

−

y δ

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

dt.dy.dx

dt.dz.dxu

dt.dz.dy.dx.

−

v δ z z δ

u δ z z δ

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Tương tự thể tích của chất lỏng thay đổi theo hướng trục Oy,Oz là:

u δ

Vd Δ

u δ x δ

y δ

u δ z δ

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ dt.dz.dy.dx. ⎠

Tổng hợp lại theo 3 hướng Ox, Oy, Oz ta có:

u δ

1 V Δ

Vd u δΔ = dt x δ

y δ

u δ z δ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 30

Hay viết lại:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

u δ

d1 u δρ + dt x ρ δ

y δ

u δ z δ

0vdiv

Ta có phương trình liên tục của dòng chảy như sau:

d1 ρ dt ρ

(2.6)

u δ

vdiv

u δ x δ

y δ

u δ z δ

Với:

2.5 PHƯƠNG TRÌNH NĂNG LƯỢNG BECNULI ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY

ỔN ĐỊNH

2.5.1 Phương trình Becnuli của dòng chảy ổn định

Ta xét dòng chảy ổn định chạy trong ống như hình vẽ sau:

Tại mặt cắt 1-1 chất lỏng chảy vào có chiều cao z1, áp suất p1, vận tốc

chuyển động v1.

Tại mặt cắt 2-2 chất lỏng chảy vào có chiều cao z2, áp suất p2, vận tốc

chuyển động v2.

Theo phương trình liên tục của dòng chảy ổn định thì sau khoãng thời gian

∆t thì thể tích chất lỏng chảy vào bằng thể tích chất lỏng chảy ra ở 2 mặt cắt 1-1 và

2-2.

W Δ= K

Áp dụng phương trình cân bằng năng lượng:

(2.7)

−

K Δ

( 2 v 2

v 1

Với ∆K là sự thay đổi động năng của chất lỏng:

2 v.m 2 2

2 v.m 1 2

V Δρ 2

(2.8)

Thành phần W là thế năng của chất lỏng do trọng lực Wg và lực do áp suất

g WW +

Wp gây ra

z.g.m

z(V.g.

−

−=

Δρ

−

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 31

Với :

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

−

−=

−

x.A.pW Δ 1 1

x.A.p Δ 2 2 2

p( 2

V)p Δ 1

z(V.g.

−=

Δρ

−

)z 1

p( 2

V)p Δ 1

(2.9)

Hình 2.5: Phương trình Becnuli chất lỏng ổn định

z(V.g.

−

−=

Δρ

−

)

( 2 v 2

2 v 1

)z 1

p( 2

V)p Δ 1

V Δρ 2

z.g.

v. ρ

p 1

2 v. ρ 1

2 2

1 2

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 32

Thay 2.8 và 2.9 vào 2.7 :

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

z 1

2 v. 1

2 v. 2

1 g.2

p 1 γ

p 2 γ

(2.10)

Đây là phương trình Becnouli của chất lỏng chảy ổn định.

2.5.1 Ý nghĩa của Phương trình Becnuli của dòng chảy ổn định

Hình 2.6:Ý nghĩa của phương trình Becnuli chất lỏng ổn định

Ý nghĩa hình học:

z: độ cao hình học, m

p γ

: Độ cao đo áp, m.

p γ

: cột áp tĩnh

v g.2

: Độ cao vận tốc, cột áp động, m

v g.2

p γ

: cột áp toàn phần

Ý nghĩa năng lượng:

z: Vị năng đơn vị, m

p γ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 33

: Áp năng đơn vị , m.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

p γ

e đ

: Thế năng đơn vị, m

v g.2

: Động năng đơn vị, m

v g.2

p γ

: Năng lượng đơn vị.

2.5.3 Phương trình Becnuli của dòng chảy thực

2.5.3.1 Phương trình Becnuli đối với dòng nguyên tố chất lỏng thực

Trong chất lỏng thực do có tính nhớt gây ra sức cản chuyển động vì vậy ;àm

tổn thất một phần năng lượng của dòng nguyên tố. Nên năng lượng đơn vị trọng

z 1

v 2 g.2

v 1 g.2

p 1 γ

p 2 γ

lượng của chất lỏng thực giảm dần theo chiều dòng chảy.

w1-2 là tổn thất năng lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng khi

Đặt h’

z 1

' h 21w −

chất lỏng chuyển động từ mặt 1-1 đến mặt 2-2 thì ta có:

v 1 g.2

v 2 g.2

p 1 γ

p 2 γ

(2.11)

Phương trình 2.6 là phương trình Becnouli cho dòng nguyên tố chất lỏng

thực chuyển động dừng.

2.5.3.2 Phương trình Becnuli đối với toàn dòng chất lỏng thực

Xét phương trình Becnuli đối với dòng nguyên tố chất lỏng thực mở rộng ra

toàn dòng chất lỏng bằng cách cộng năng lượng của các dòng nguyên tố tạo thành

dòng chảy và cộng tổn thất của những dòng ấy.

Nhân 2 vế của biểu thức 2.11 với γ.dQ ta có biểu thức năng lượng của dòng

dQ.

' 21w −

v g.2

p γ

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ γ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ γ ⎟ ⎠

nguyên tố trong mặt cắt 1-1 và 2-2:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 34

Tích phân biểu thức trên theo mặt cắt toàn dòng chảy :

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

dQ.

dQ.. γ

' h 21w −

∫

v 1 g.2

v 2 g.2

p 1 γ

p γ

ω 1

ω 2

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ γ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ γ ⎟ ⎠

const

dQ.

∫

p γ

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ γ ⎠

⎛ ⎜⎜ γ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ z.Q. ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

dQ.

∫

p γ

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ γ ⎠

⎛ ⎜⎜ γ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ z.Q. ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Điều kiện ban đầu ta viết được:

dQ.. γ

21w −

∫

Các tích phân này biểu thị thế năng.

Tích phân biểu thị tổn thất năng lượng của dòng nguyên tố, đặt

h.Q.

dQ.. γ

' 21w −

21w −

∫

hw1-2 là tổn thất năng lượng trung bình trên toàn dòng chảy đó ta có:

v 2 g.2

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ γdQ. ⎟ ⎠

biểu thị động năng của dòng nguyên tố, Các tích phân có dạng ∫

do chất lỏng chuyển động phức tạp có thể chảy rối hoặc chảy tầng người ta đưa vào

dQ.

∫

g.2

2 v γα g.2

⎞ ⎟ γ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

hệ số điều chỉnh động năng α (1,01:2) tùy theo chế độ chảy để tính toán động năng:

h.dQ.Q. γ

21w −

v α g.2

p 1 γ

p 2 γ

⎞ ⎟⎟ γ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

α 2

21w −

Thay các trị số trên vào biểu thức ta có:

v g.2

p 1 γ

p 2 γ

(2.12)

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 35

Đây là phương trình Becnuli cho dòng chất lỏng chảy thực.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

2.6. PHƯƠNG TRÌNH BIỂN THIÊN ĐỘNG LƯỢNG CỦA CHẤT LỎNG

CHUYỂN ĐỘNG DỪNG

2.6.1 Phương trình động lượng của dòng nguyên tố chất lỏng chuyển động dừn

Hình 2.7: Xét dòng nguyên tố chất lỏng chuyển động dừng

Ta xét dòng chất lỏng chuyển động từ đoạn A1A2 đến đoạn B1B2, tại mặt cắt

ướt A1 có p1, v1, diện tích mặt cắt ướt là dω1 và tại mặt cắt ướt A2 có p2, v2, diện tích

mặt cắt ướt là dω2.

⎞ ⎟ ⎠

⎛ v.md ⎜ ⎝

∑=

Phương trình động lượng của Ơle được mô tả như sau:

(2.13)

Với FC là tổng ngoại lực tác động lên chất lỏng.

Lực tác dụng lên chất lỏng bao gồm :

+ Rm: tổng lực khối tác dụng lên chất lỏng.

+ Rs : tổng lực mặt tác dụng lên chất lỏng

Ta xét độ biến thiên động lượng của dòng nguyên tố chất lỏng chảy từ đoạn

−

. ωρ 2

dtv.v. 2

. ωρ 1

dtv.v. 1

⎛ vmd ⎜ ⎝

⎞ ⎛=⎟ ⎜ ⎠ ⎝

⎞ ⎛−⎟ ⎜ ⎠ ⎝

⎞ =⎟ ⎠

⎛ − v.Q. ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

A1A2 đến đoạn B1B2:

0R =

Thay vào phương trình động lượng:

⎛ − v.Q. ⎜ ⎝

⎞ dt +⎟ ⎠

(2.14)

2.6.2 Phương trình động lượng cho toàn dòng chảy

Ta xét phương trình động lượng trên toàn dòng chảy (có kích thước hữu

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 36

hạn).

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 2.8: Xét trên toàn dòng chảy

Động lượng của khối chất lỏng (động lượng thực) trong mặt kiểm tra A1A2

∫

là:

v.S.

Động lượng trung bình (theo vận tốc trung bình) :

Gọi β là hiệu số điều chỉnh phân bố động lượng không đều, hay hệ số

2 dSu

K K

∫ ρ S v.S. ρ

Businesco

Trị số β phụ thuộc vào phân bố vận tốc trong dòng chảy( 1,01-1,35).

− ββρ

v 2

R m

R s

Phương trình động lượng cho toàn dòng chảy có thể viết lại như sau:

⎞ =⎟ ⎠

⎛ .Q. ⎜ ⎝

(2.15)

2.7 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG

2.7.1 Tính phản lực của một dòng chất lỏng

Xét một bình kín chứa chất lỏng có 1 lỗ ở thành, chất lỏng thoát ra khỏi lỗ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 37

tạo nên dòng tia, tính phản lực của dòng tia này?

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 2.9: Bình chứa chất lỏng

Gọi Q là lưu lượng qua lỗ , s là tiết diện tại mặt cắt đang xét 2-2, v2 là vận

tốc trung bình của chất lỏng chảy qua mặt cắt đang xét, v1 là vận tộc của chất lỏng

tại mắt cắt 1-1( mặt thoáng chất lỏng v1=0)

Áp dụng phương trình động lượng lên dòng chất lỏng tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-

− ββρ

v 2

⎞ =⎟ ⎠

⎛ .Q. ⎜ ⎝

R là phản lực do dòng tia tạo ra lên thành bình.

Áp dụng phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 với mặt chuẩn là mặt

0-0:

Tại mặt cắt 1-1:

+ p1=pa áp suất khí trời.

+ z1=H.

+ v1=0

Tại mặt cắt 2-2:

+ p2=pa áp suất khí trời.

+ z2=0.

+ v2

2 1

2 2

1 g.2

p γ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 38

Phương trình Becnuli cho chất lỏng lý tưởng:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

00 +=+

2 v. 2

1 g.2

p a γ

gH.2

v2 =

gH.2

v2 ϕ=

Đối với chất lỏng thực thì:

Với φ: là hệ số lưu tốc

gH.2

v.sQ =

.s 2 ϕ=

Lưu lượng qua lỗ:

.H.g.2.

H.g.2.

.s. ϕρ=

. 2 ϕβ

.2R

.s.

H.g.

2ϕυρ=

Chiếu phương trình theo phương ngang ta có:

2.7.2 Tính áp lực của dòng tia lên vật chắn

Xét dòng tia chất lỏng từ vòi phun đập vào thành chắn cố định hình vẽ. Khi

gặp vật chắn chia thành 2 nhánh chảy dọc theo thành chắn.

Hình 2.10: Chất lỏng tác dụng lên vật chắn

Chọn mặt kiểm tra 0-0, 1-1, 2-2 bỏ qua trọng lượng . Viết phương trình động

v.Q.

cos

v.Q.

cos

−

+ ρα

−=

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 39

lượng chiếu lên trục x giả sử β=1.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

v.Q.

.Q.

cos

−

cos cos

− ρα α

2.8. TỔN THẤT CỘT NƯỚC CỦA DÒNG CHẢY

2.8.1. Khái niệm về tổn thất dòng và các loại tổn thất cột nước của dòng chảy

Trong phương trình Becnuli viết cho dòng chảy ổn định, không nén được, số

hạng hw là năng lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng bị tổn thất, để khắc

phục sức cản của dòng chảy trong đoạn dòng đang xét, hw là tổn thất cột nước của

dòng chảy.

Ta chia tổn thất cột nước thành 2 dạng:

- Tổn thất dọc đường: Sinh ra trên toàn bộ bề dài dòng chảy, kí hiệu là hd

- Tổn thất cục bộ: Sinh ra ở nơi cá biệt của dòng chảy, ở đó dòng chảy bị

biến dạng đột ngột, kí hiệu là hc

Nguyên nhân gây ra tổn thất cột nước, là do ma sát giữa các phân tử chất

lỏng với nhau và do ma sát giữa các phân tử chất lỏng với thành rắn thủy lực.

Tổn thất cột nước của dòng chảy có thể được viêt như sau:

(2.16) hw = Σhd + Σhc

Trong đó :

Σhd: Là tổng tổn thất dọc đường của dòng chảy.

Σhc: Là tổng tổn thất cục bộ của dòng chảy.

2.8.2. Tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

2.8.2.1. Tổn thất dọc đường

a). Nguyên nhấn sinh ra tổn thất dọc đường

Chủ yếu là do ma sát giữa các phân tử chất lỏng với nhau. Ngoài ra tổn thất

dọc đường còn do sự ma sát của chất lỏng với thành rắn thủy lực. Vì thế làm cản trở

sự chuyển động của chất lỏng. Chất lỏng phải giảm dần năng lượng để khắc phục

sức cản đó trên suốt bề dài dòng chảy.

. λ=

b) Công thức xác định tổn thất dọc đường

l d

v 2

(2.17)

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 40

Trong đó:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

- λ : hệ số ma sát .

- l : chiều dài của đường ống (m).

- v: vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s).

- d: đường kính ống (m).

c) Công thức xác định hệ số ma sát:

=λ

64 Re

+ Đối với dòng chảy tầng:

3164

=λ

1 4

+ Đối với dòng chảy rối: Khi 4000< Re <105

=λ

( lg8,1

1 )25,1Re −

Khi Re>105

d) Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất dọc đường:

- Hệ số ma sát λ được xác định bằng thực nghiệm và bị ảnh hưởng bởi độ

nhám trong ống, chế độ chảy trong ống và đường kính ống, ống các nhám tổn thất

dọc đường càng lớn.

- Chiều dài ống càng dài thì tổn thất càng lớn.

- Đường kình ống càng nhỏ thì tổn thất càng lớn.

- Tổn thất dọc đường tỉ lệ thuận với vận tốc trung bình dòng chảy trong ống.

2.8.2.2. Tổn thất cục bộ

a) Nguyên nhân gây ra tổn thất cục bộ

Nguyên nhân chủ yếu là do sự ma sát giữa các phân tử chất lỏng với nhau.

Tại những vị trí mà dòng chảy thay đổi đột ngột về phương hướng hình dạng của

mặt cắt ướt, thì tổn thất cột nước đặc biệt lớn loại này gọi là sức cản hình dạng.

b) Công thức tính tổn thất cục bộ

h c

ξ= c

v 2

(2.18)

Trong đó :

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 41

- ξc: Hệ số tổn thất cục bộ.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

- v: Vận tốc trung bình dòng chảy, lấy ở mặt cắt trước và sau nơi tổn

thất cục bộ.

−

h c

S S

v 1 g2

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

* Đối với dòng chảy đột ngột mở rộng:

−

1 2

S S

v g2

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

* Đối với dòng chảy đột ngột thu hẹp:

2.8.3. Tổn thất đường ống

Ống dài là đường ống trong đó tổn thất dọc đường là chủ yếu, tổn thất cục bộ

có thể bỏ qua.

Ống ngắn là ống tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ là đáng kể.

Đối với ống ngắn ta dùng công thức sau để tính tổn thất dọc đường và tổn

thất cục bộ:

h c

ξ= c

v 2

. λ=

(2.19)

l d

v 2

(2.20)

Ta có thể sử dụng công thức tính tổn thất dọc đường đối với ống dài áp dụng

cho ống hút và ống đẩy của bơm, sử dụng công thức sau:

(2.21) hd = j.l

Trong đó:

- hd là tổn thất dọc đường.

- j tổn thất cột nước trên một mét chiều dài ống gọi là độ dốc thủy lực.

2.9. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Ví dụ 2.1

Nước từ bể chứa hở, chảy qua đường ống có các đường kính d1 = 50 mm, d2

= 40 mm, d3 = 25 mm (Hình vẽ). Xác định cột nước cần thiết H để có lưu lượng Q = 10 m3/h. Vẽ đường năng và đường đo áp.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 42

Bỏ qua tổn thất năng lượng.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 2.11: Chất lỏng chảy trong bể

Giải:

65,5

/ sm

3600

4.10 025,0.14,3.

Q Q = 2 πω d 3 4

Tính vận tốc trung bình của nước chảy ra khỏi ống ở mặt cắt 3-3:

Cột nước cần thiết H, được xác định từ phương trình Becnuli, viết cho mặt

30 −

2 v α 33 2 g

2 v α 00 2 g

p 0 γ

p 3 γ

,1αα

≈

cắt 0-0 và 3-3, lấy mặt chuẩn 0-0:

Ta lấy và theo giả thiết hw0-3 = 0

+=+

2 v 3+ 2 g

p a γ

Ta có :

63,1

v 2

2 3 g

65,5 81,9.2

Rút ra :

Để vẽ được đường đo áp, cần phải xác định vận tốc trung bình và cột nước

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 43

vận tốc ở các đoạn ống 1 và 2:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

42,1

/ sm

v 1

4.10 05,0.14,3.

3600

Q ω 1

1,0

2 v 1 2 g

42,1 81,9.2

21,2

/ sm

4.10 04,0.14,3.

3600

Q ω 2

25,0

Và:

v 2

2 2 g

2 21,2 81,9.2

Và:

Vì bỏ qua tổn thất năng lượng nên đường năng là một đường thẳng nằm

ngang đi qua 0-0. Độ cao đo áp ở bất kỳ mặt cắt nào cũng được xác định bằng hiệu

0 −

v 2

p γ

số giữa đường năng và cột nước vận tốc ở mặt cắt đó:

Ví dụ 1.2

Hãy xác định nước dâng lên ở độ cao nào trong ống, nếu một đầu của ống

được nối với mặt cắt thu hẹp của ống dẫn, còn đầu kia được thả vào nước. Lưu lượng ở trong ống Q = 0,025 m3/s; áp suất dư p1= 49.103Pa, các đường kính d1= 100

mm và d2= 50 mm (Hình vẽ).

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 44

Hình 2.12: Chất lỏng chảy trong ống

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Giải :

Viết phương trình Becnuli đối mặt cắt (1-1) và (2-2), mặt chuẩn đi qua trục

2 v 1 2 g

v 2

2 2 g

p 1 g ρ

p 2 g ρ

ống (bỏ qua tổn thất), lấy α1= α2 có dạng:

v = 2

v = 1

Q 4 2 d 4 2

Q 4 2 d 4 1

Vì và

−

4 2

p p 2 1 = g g ρρ

Q 2 g π

1 4 d 1

1 4 d 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

10.49

m7,2

−

1000

81,9.

025,0.16 14,3.81,9.2

1 4 1,0

1 05,0

⎛ ⎜ ⎝

⎞ −=⎟ ⎠

Sau khi biến đổi ta có:

Ta được chiều cao với dấu âm và chính là chiều cao chân không. Nước trong

ống sẽ dâng lên chiều cao hck= 2,7 m.

Bài tập 2.1

Hình 2.13: Chất lỏng chứa trong 2 bể A, B

Dùng ống xi phông để dẫn nước từ bể chứa A sang bể chứa B (hình

vẽ). Xác định đường kính ống cần thiết và độ chân không ở điểm cao nhất của ống xi phông nếu H1= 3m; z = 6 m. Lưu lượng cần phải chảy qua ống là 100m3/h. Bỏ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 45

qua tổn thất năng lượng.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Bài tập 2.2

Const

Nước chảy từ bể chứa hở vào không khí theo ống tròn:

d1 = 50mm; d2 = 40mm; d3 = 25mm.

Q = 2,77(l/s)

Bỏ qua tổn thất cột nước.

Xác định chiều cao H?

Hình 2.14: Chất lỏng chảy trong ống tròn

Bài tập 2.3

Nước chảy từ bình trên xuống bình dưới (hình vẽ)

P0dö

d1 = 150mm; d2 = 125mm; d3 = 100mm

H = 2,6m, P0dư = 0,3at

Bỏ qua tổn thất ma sát dọc đường và tổn

thất khi ra khỏi ống.

Biết tổn thất cột nước ở chổ vào là 0,2m

ở mỗi chỗ thu hẹp sau đó 0,4m

Xác định lưu lượng nước chảy qua ống? Hình 2.15: Chất lỏng trong bình

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Trình bày các loại chuyển động của chất lỏng ?

2. Phân loại dòng chảy của chất lỏng?

3. Trình bày phương trình Becnuli của chất lỏng ổn định?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 46

4. Trình bày phương trình liên tục của chất lỏng ổn định?

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Chương 3

MÁY BƠM

3.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY BƠM

3.1.1. Định nghĩa

Máy bơm là một loại máy thủy lực tiếp thu năng lượng vào và truyền năng

lượng lại cho chất lỏng chảy qua máy. Nhờ có năng lượng đó mà áp lực của khối

chất lỏng tăng lên, đẩy chất lỏng lên một độ cao tương ứng.

3.1.2. Phân loại máy bơm

3.1.2.1. Máy bơm cánh quạt

Là loại bơm dùng chuyển động của bánh xe có gắn các cánh quạt để đưa chất

lỏng lên một độ cao nhất định. Bơm cánh quạt chia làm 3 loại: bơm ly tâm, bơm

hướng trục và bơm hướng chéo.

3.1.2.2. Bơm pittông

Do chuyển động của pittông, chất lỏng được hút lên và bị đẩy ra ngoài.

3.1.2.3. Bơm rôto

Nhờ chuyển động của bộ phận quay đều tạo ra áp lực ép chất lỏng đi vào ống

đẩy.

3.1.2.4. Bơm tia

Làm việc dựa vào nguyên lý truyền động năng cho chất lỏng cần hút lên nhờ

một chất lỏng công tác khác.

3.1.2.5. Máy bơm không khí ép

Nguyên tắc làm việc là lợi dụng việc hình thành hỗn hợp khí và nước để đưa

nước lên cao.

3.1.2.6. Bơm Taran

Lợi dụng hiện tượng nước ra và để đưa nước lên cao.

3.2. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BƠM

3.2.1. Khái niệm chung

Thông số cơ bản của máy bơm là những số liệu chủ yếu biểu thị đặc tính cơ

bản của máy bơm bao gồm: Lưu lượng Q, cột áp H, công suất N, số vòng quay n,

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 47

hiệu suất η, độ cao chân không Hck.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 3.1: Các thông số cơ bản của bơm

3.2.2. Các thông số cơ bản của máy bơm

3.2.2.1. Lưu lượng của máy bơm (Q)

Là thể tích khối nước được máy bơm lên trong một đơn vị thời gian. Công

thức tính:

Q = v.ω

(3.1)

Trong đó:

- v: là vận tốc trung bình của dòng chảy ở cửa ra của máy bơm.

- ω: là tiết diện mặt cắt tại cửa ra của máy bơm.

3.2.2.2. Cột áp của máy bơm H

Cột áp của máy bơm là năng lượng mà máy bơm đã truyền cho một đơn vị

khối lượng chất lỏng đi qua nó. Năng lương đó bằng hiệu số giữa năng lượng đơn vị

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 48

của chất lỏng ở cửa ra và cửa vào của máy bơm.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

2 21

vào

Năng lượng đơn vị của chất lỏng ở cửa vào của máy bơm biểu thị bằng :

v α g2

p γ

(3.2)

y ++

Năng lượng đơn vị của chất lỏng ở cửa ra của máy bơm biểu thị bằng:

2 v α 32 g2

p 3 γ

(3.3)

2 3

2 2

(

)

(

)

EH =

−

y −+

vào

)z h

Theo định nghĩa trên ta viết:

v − g2

− γ

(3.4)

Trong đó:

- p2, p3 là áp suất tuyệt đối tại cửa vào và cửa ra của bơm.

p2=pa-pck

p3=pa+pak

- pak và pck : là áp suất đo được tại áp kế và chân không kế

v 2 - g2

v 2 , g2

là động năng của dòng chảy tại cửa vào và cửa ra của máy

bơm tính bằng (m).

2 3

2 2

(

)

(

)

EH =

−

y +=

vào

v − g2

− γ

2 3

2 2

(

)

(

)

EH =

−

y +=

vào

Công thức 3.4 được viết lại như sau:

v − g2

+ γ

(3.5)

* Trường hợp không có giá trị đo của chân không kê và áp kế ta cũng tính

được chiều cao cột áp của bơm như sau:

h 21w −

2 v 1 g2

2 v 2 g.2

p 1 γ

p 2 λ

−

h −21w

Viết phương trình năng lượng Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 ta có:

2 v 2 g.2

2 v 1 g2

p p 1 = γλ

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 49

(3.6)

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

h 43w −

2 v 3 g2

2 v 4 g.2

p 3 γ

p 4 λ

2 3

2 4

−

h −43w

Viết phương trình năng lượng Becnuli cho 2 mặt cắt 3-3 và 4-4 ta có:

v g2

v g.2

p p = λγ

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

(3.7)

p 1

2 4

y ++

h 21w

− +

h 43w −

Thay 3.6 và 3.7 vào 3.4 ta có :

2 v − 1 g2

− λ

(3.8)

Từ 3.8 ta thấy cột áp yêu cầu của bơm cần phải khắc phục được:

+ Độ cao hình học của bơm.

+ Độ chênh lệch áp suất trên mặt thoáng ở bể chứa và bể hút.

+ Độ chênh động năng giữa mặt thoáng ở bể chứa và bể hút.

+ Tổn thất trong đường ống hút (hw1-2) và ống đẩy (hw3-4).

t HHH

Từ 3.8 ta có thể viết như sau:

− λ

2 4

h 21w

− +

h 43w −

2 v − 1 g2

Trong đó:

3.2.2.3. Công suất của máy bơm N

Công suất của trục máy bơm là công suất của động cơ truyền cho trục máy

N =

bơm kí hiệu là N. Đơn vị công suất là W hoặc KW.

. HQ . γ 102 . η

(3.9)

N- Công suất của trục máy bơm (KW).

γ- Trọng lượng riêng của chất lỏng. Q- Lưu lượng của máy bơm (m3/s).

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 50

Trong đó:

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

H- Cột nước máy bơm (m).

η- Hiệu suất của máy bơm (%).

Công suất hiệu quả là công suất thực tế mà máy bơm truyền cho chất lỏng để

nâng một lưu lượng Q lên một độ cao H, kí hiệu là Nhq (KW).

Nhq =

. HQ . γ 102 . η

(3.10)

Khi nối trục của máy bơm với trục động cơ điện bằng khớp nối cứng hoặc

NK .

khớp nối mềm thì công suất của động cơ kéo máy bơm được xác định như sau:

H đc

HQ . . γ 102 . η

(3.11)

K- Hệ số dự trữ công suất động cơ, K=1.05 ÷1.5.

N- Công suất trục máy bơm (KW).

Trong đó:

Khi truyền động giữa trục máy bơm với trục động cơ bằng đai, xích, hoặc

K .=

hộp giảm tốc thì Nđc tính theo công thức:

đc

N η tđ

(3.12)

Trong đó :

ηtđ: Hiệu suất truyền động.

3.2.2.4. Hiệu suất của máy bơm

%100.

=η

Là tỉ số giữa công suất hiệu quả và công suất của trục bơm, kí hiệu là η (%).

N hq N

(3.13)

3.2.2.5. Cột áp hút và độ cao hút cho phép của máy bơm

Cột áp hút: là độ chênh lệch áp suất cửa vào bơm và áp suất trên mặt thoáng

p 1

H h

chất lỏng, kí hiệu là Hh (m).

− γ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 51

(3.14)

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 3.2: Cột áp hút của máy bơm

2 1

2 2

21w −

v g2

v g.2

p γ

p λ

2 2

21w −

v g.2

− γ

h 21w −

Viết phương trình năng lượng cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2:

2 v 2 g.2

(3.16)

− γ

Khi p1=pa thì ta có cột áp hút bằng cột áp chân không tại lối vào của bơm:

OmH10

Max

_ck

Max

p γ

Khả năng hút lớn nhất của bơm ứng với trường hợp p2=0:

2 2

_ck

Max

21w −

v g.2

Điều kiện để bơm làm việc được là:

3.3. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC

3.3.1. Quá trình phát sinh, diễn biến của quá trình khí thực

Hiện tượng khí thực xuất hiện khi áp lực trong dòng chất lỏng chảy qua các

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 52

bộ phận của máy thủy lực, vì một lý do nào đó bị giãm xuống tới áp lực bốc hơi.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Lúc đó trong dòng chất lỏng sẽ hình thành túi rỗng chứa đầy hơi nước và khí từ chất

lỏng bốc ra. Người ta gọi túi đó là bọt khí và bọt hơi nước.

Bảng 3.1: Bảng áp suất hơi bão hòa của nước

0 10 20 30 40 60 80 100 120 Nhiệt độ, toC

pbh γ

0,06 0,12 0,24 0,48 0,75 2,03 4,83 10,33 20,2

3.3.2. Nguyên nhân sinh ra hiện tượng khí thực của trong máy bơm

Do tác động của lực biến đổi có chu kì mà chất lỏng bị đẩy ép sâu vào trong

kim loại rồi lại bị hút ra khỏi kim loại qua các khe hổng. Chính trong quá trình bị

đẩy ép sâu như vậy, chất lỏng có thể gây ra một áp lực lớn trên một diện tích nhỏ

phá hủy các bộ phận máy.

3.3.3. Tác hại và biện pháp đề phòng hiện tượng khí thực

3.3.3.1. Tác hại của hiện tượng khí thực

Khi máy bơm có hiện tượng khí thực, máy bơm bị rung động và có tiếng

động đặc biệt, nhiều khi thấy tiếng nổ dòn liên tục trong máy.

Tác hại nữa của hiện tượng khí thực là kim loại một số bộ phận máy bị phá

húy dưới dạng rỗ tổ ong.

Tác hại cuối cùng của hiện tượng khí thực là làm cho cột nước, lưu lượng,

công suất và hiệu suất của máy bơm giảm thấp.

Về mặt chế tạo:

3.3.3.2. Các biện pháp đề phòng hiện tượng khí thực

- Bọc ngoài bộ phận hay bị khí thực một lớp kim loại mỏng, rắn có số hiệu

cao như thép không rỉ.

- Chế tạo cánh quạt sao cho áp lực mặt sau cánh đồng đều không có chỗ bị

giảm áp suất đột ngột.

- Về mặt thiết kế trạm bơm, bảo đảm cho zh vừa phải.

- Đối với máy bơm nhỏ, có thể tăng đường kính ống hút rút ngắn chiều dài

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 53

ống.

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

- Trong quá trình vận hành phải đản bảo mực nước cho bơm. Nếu mực nước

Về mặt tính toán bơm:

bể hút xuống thấp thì phải dừng máy.

p γ

- Đề tránh hiện tượng khí thực thì:

2 2

_ck

Max

21w −

v g.2

2 2

−

[ z

]

[ H

]

21w −

v g.2

2 2

−

h Δ

[ z

]

21w −

v g.2

p γ

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

- Điều kiện độ cao hút cho phép của bơm:

4 3

h ≥Δ

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Với: ∆h cột áp chống xâm thực.

+ n: số vòng quay của bánh công tác (vòng/phút) + Q: Lưu lượng tính (m3/s).

+ C: Hệ số có giá trị 800-1000.

3.4. MÁY BƠM LY TÂM

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 54

3.4.1.Cấu tạo của bơm ly tâm

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 3.3: Máy bơm ly tâm.

1 - Bánh công tác. 5 - Ống hút.

2 - Trục kéo bơm. 6 - Ống đẩy.

3 - Dẫn hướng vào bơm. 7 - Van 1 chiều

4 - Bộ phận dẫn hướng ra khỏi bơm. 8 - Lưới chắn rác

Trước khi khởi động phải đổ nước đầy vào thân bơm phủ đầy bánh công tác và

ống hút phải điền đầy chất lỏng gọi là mồi bơm.

3.4.2. Nguyên lý làm việc

Khi bánh công tác quay các phần tử chất lỏng trong bánh công tác do lực ly tâm

bị dồn từ trong ra ngoài theo máng dẫn đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn đó là quá

trình đẩy. Đồng thời ở lối vào tạo ra một vùng có chân không để hút chất lỏng. Như

vậy chất lỏng liên tục chảy qua bơm do quá trình hút và đẩy liên tục.

a) Theo cột áp:

3.4.3. Phân loại bơm

- Cột áp thấp: H < 20 mH20.

- Cột áp trung bình: H < 20 - 60 mH20.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 55

- Cột áp cao: H > 60 mH20.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

b) Theo số bánh công tác:

- Bơm có 1 bánh công tác: 1 cấp, Hmax = 100 mH20.

- Bơm nhiều cấp:

Ghép nối tiếp nhiều bánh công tác. Số bánh công tác 2-8 có khi đến 12. Cột áp

bơm nhiều cấp bằng tổng cột áp từng cấp, còn lưu lượng bằng lưu lượng của 1 cấp.

c) Theo cách hút chất lỏng vào bơm:

Hình 3.4: Bơm nhiều cấp

- Bơm hút 1 phía

Hình 3.5: Bơm hút 1 phía

- Bơm hút 2 phía

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 56

Hình 3.6: Bơm hút 2 phía

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

3.4.4. Lý thuyết cơ bản của bơm ly tâm

3.4.4.1. Phương trình mômen quay của bơm ly tâm

Ta giả thiết bỏ qua tổn thất thủy lực của bơm, dòng chảy trong bánh công tác là

dòng nguyên tố, ứng dụng phương trình mô men động lượng đối với bơm ta có phát

“ Biến thiên mômen động lượng của khối chất lỏng chuyển động qua bánh công

tác trong một đơn vị thời gian đối với trục quay của bánh công tác thì bằng tổng

mômen ngoại lực tác dụng lên khối chất lỏng đó đối với trục ( bằng mô men quay của

bánh công tác)”.

biểu đối với dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác như sau:

Hình 3.7: Phân bố vận tốc của bơm ly tâm

Xét dòng nguyên tố trong khối chất lỏng chuyển động qua bánh công tác của

bơm. Dòng nguyên tố có lưu lượng dQ, động lượng của dòng nguyên tố tai 2 mặt cắt

c.dQ.

⎛= c.md ⎜ ⎝

⎞ ρ=⎟ ⎠

c.dQ.

⎛= c.md ⎜ ⎝

⎞ ρ=⎟ ⎠

1-1 và 2-2 là:

Mô men động lượng của dòng nguyên tố chất lỏng đối với trục quay của bánh

cos

ρ=

Ld 2

l.Kd 11

.R.c.dQ. 1 c

α 1

cos

ρ=

Ld 2

l.Kd 2

.R.c.dQ. 2 2

α 2

công tác tại mặt cắt 1-1 và 2-2 là:

Biến thiên mô men động lượng của dòng nguyên tố chất lỏng trong một đơn vị

dQ.

cos

R.c

cos

L Δ

−

( R.c

)1 α

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 57

thời gian:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Mô men động lượng của toàn bộ khối chất lỏng chuyển động qua bánh công tác

dQ.

cos

R.c

cos

= ρΣΣΔ

−

( R.c

)1 α

dQ.

cos

R.c

cos

L ΣΔ

Σρ

−

( R.c

)1 α

cos

R.c

cos

L ΣΔ

−

( R.cQ.

)1 α

bằng tổng mô men động lượng của các dòng nguyên tố:

cos

L = ρΣΔ

−

Với Ql lưu lượng lý thuyết ( lưu lượng chảy qua bánh công tác).

)1 α

R.c 1 1

α 2

Gọi M là phương trình mô men do ngoại lực tác dụng lên trục quay: ( R.cQ. 2 2 (3.17)

Đây là phương trình mômen quay của bánh công tác.

3.4.4.2. Phương trình cột áp của bơm ly tâm

H.Q.

H.Q.g.

∞ =

∞

Công suất thủy lực của máy bơm quan hệ với cột áp:

(3.18)

H1∞- cột áp của máy ứng với trường hợp không có tổn thất và bánh công tác có

số cánh dẫn nhiều vô cùng.

ω.MN =

Công suất trên trục quay:

(3.19)

. ρ

. ω

HQg l . .

1 M =∞

Từ 2 công thức trên ta có mối quan hệ:

cos

( . Rc 2 2

α 2

) . ωα 1

Thay trị số M theo công thức 3.17 ta có:

=∞ 1

. Rc − 1 1 g

(3.20)

. 1 cos R

=α 1

uc 1

. 1 cos R

=α 2

uc 2

1. u =ω ,

2. R u =ω và 2

Ta thay: ,

c.u

( c.u

)

=∞

Ta có được phương trình cột áp của bơm ly tâm:

− g

(3.21)

1α = 90o tức là vận tốc c1 vuông góc với

Để nâng cao cột áp của bơm,chọn góc:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 58

u1 do đó thành phần c1u = 0. Khi đó phương trình cột áp của bơm là như hình vẽ dưới:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

1 =∞

c.u g

(3.22)

Hình 3.8: Tam giác vận tốc

3.4.4.3. Cột áp thực tế của bơm

Phương trình 3.19 là cột áp lí thuyết của bơm với giả thiết :

- Số cánh dẫn nhiều vô cùng,chiều dày cánh dẫn bằng 0.

- Chất lỏng lí tưởng.

Tuy nhiên thực tế bơm có số cánh giới hạn 6-12 cánh. Do đó sự phân bố vận tốc

là không đều, hơn nữa chất lỏng có độ nhớt nên cột áp thực tế khác cột áp lí thuyết.

Cột áp thực tế là:

.ηε H Z

∞

Zε : Hệ số ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn.

Hη : Hệ số kể ảnh hưởng tổn thất khi chảy qua rãnh.

(3.23)

sin.

1 −=

Các hệ số xác định như sau:

η Z

β 2

π Z

(3.24)

Có thể chọn:

Zε = 0.8

Hη = 0.7-0.9

Z ηε=

Vậy cột áp thực tế :

c.u g

(3.25)

Nhận xét chung.

Cột áp thực của bơm phụ thuộc:

- Đường kính ngoài D2 bánh công tác.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 59

- Số vòng quay n của bơm.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

2β .

- Thành phần vận tốc c2u ở lối ra của bánh công tác tức góc

Tuy nhiên không thể tăng mãi D2, số vòng quay n và 2β mãi được vì nếu n tăng

quá ảnh hưởng đến hiện tượng xâm thực, còn D2 và 2β bị giới hạn bởi tổn thất của

dòng chất lỏng nên cột áp của bơm 1 cấp có giới hạn. Trị số lớn nhất theo lí thuyết là

H < 250 mH20.

Muốn có cột áp cao hơn ta dùng bơm có nhiều cấp, thường chế tạo bơm 1 cấp

có cột áp nhỏ hơn 100 mH20.

Muốn cột áp có lợi nhất và bơm có hiệu suất cao thì phải chọn bánh công tác có

số cánh phù hợp và các thông số kết cấu góc hợp lý.

3.4.4.5. Lưu lượng của bơm ly tâm

Công thức tính lưu lượng bơm ly tâm:

.π= . bD . m

(3.26)

- Cm : hình chiếu vận tốc tuyệt đối lên phương vuông góc với u.

- D: Đường kính bánh công tác.

- b: chiều rộng máng dẫn ứng với đường kính D của bánh công tác.

Hình 3.9: Thông số tính lưu lượng bơm ly tâm

Lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lí thuyết vì không phải chất tất cả chất

lỏng sau khi ra khỏi bánh công tác đều đi vào ống đẩy mà có một phần nhỏ chảy trở về

lối vào bánh công tác hoặc rò rĩ ra ngoài qua các khe hở của bộ phận lót kín.

a) Điểm làm việc của bơm

3.4.4.6. Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm

Bơm bao giờ cũng làm việc trong 1 hệ thống. Giao điểm A giữa 2 đường đặc

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 60

tính làm việc của bơm và đường đặc tính ống chính là điểm làm việc của bơm.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

b) Phương pháp điều chỉnh lưu lượng bơm

Hình 3.10: Điểm làm việc của bơm.

* Điều chỉnh bằng khoá

Hình 3.11: Điều chỉnh bằng khóa (Van)

Phương pháp này đơn giản thuận tiện, nhưng không kinh tế vì tăng tổn thất và

phạm vi điều chỉnh bị giới hạn.

* Điều chỉnh bằng số vòng quay của n bơm

Phương pháp này làm thay đổi đặc tính của bơm còn đường đặc tính lưới không

đổi. Phương pháp này kinh tế hơn so với điều chỉnh bằng khoá.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 61

Hình 3.12: Điều chỉnh bằng số vòng quay n

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

3.5. MÁY BƠM HƯỚNG TRỤC

3.5.1. Phạm vi ứng dụng và cấu tạo

3.5.1.1 Phạm vi ứng dụng

- Bơm hướng trục là loại bơm cánh dẫn làm việc theo nguyên lý cánh nâng, có

lưu lượng rất lớn và cột áp nhỏ.

- Phạm vi sử dụng thông thường là: Q = 0.1 – 25m3/s .

H = 4 – 10 m cột nước, có khi đến 22 m.

- Khi số vòng quay đặc trưng ns lớn (ns > 600) thì dùng bánh công tác hướng

trục có lợi hơn.

3.5.1.2 Cấu tạo

Kết cấu của bơm hướng trục khá đơn giản và chắc chắn:

Hình 3.13: Sơ đồ kết cấu bơm hướng trục

1- Bánh công tác. 3- Bộ phận dẫn hướng.

2- Trục bơm. 4- Vỏ bơm.

Bơm có phần tĩnh và phần động:

- Phần động gồm: Bánh công tác gắn trên trục. Bánh công tác hình khối trụ, có

số cánh dẫn từ: 3 đến 6.

- Phần đứng yên (phần tĩnh): Là vỏ thân bơm, hình trụ rỗng, phía trong gắn các

cán dẫn hướng và bộ phận đỡ trục. Dẫn động cho bơm từ động cơ điện đặt ngoài vỏ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 62

bơm.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

3.5.2. Nguyên lý làm việc của bơm hướng trục

3.5.2.1. Chuyển động của chất lỏng trong bơm hướng trục

Hình 3.14: Chuyển động của chất lỏng trong bơm hướng trục

Khác với bơm ly tâm, trong bơm hướng trục chất lỏng chuyển động trong các

mặt trụ đồng tâm với trục bơm như vậy vận tốc vòng ở lối vào và lối ra của bánh công

tác như nhau :

u1 = u2 = u.

Chất lỏng chảy theo hình xoắn ốc dọc trục nên ở phía ra khỏi bánh công tác

người ta đặt các cánh dẫn hướng dể nắn thẳng dòng chảy cho song song với trục.

c1m = c2m = cm.

Thành phần vận tốc dọc trục: cm ở lối vào 1-1 và lối ra mặt cắt 2-2 bằng nhau:

3.5.2.2. Phương trình cơ bản của bơm hướng trục (phương trình cột áp)

Tương tự như ở bơm ly tâm ta vẽ tam giác vận tốc ở lối vào và ra của bánh

công tác bơm hướng trục.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 63

Hình 3.15: Tam giác vận tốc của bơm hướng trục

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Thành phần vận tốc c1 ở cửa vào bơm có phương dọc trục, từ tam giác vận tốc

ta có:

u1 = u2 = u và c1R = c2R

cu . 2

cu . 1 1 u

=∞ 1

− g

Từ phương trình máy cánh dẫn:

Áp dụng cho bơm hướng trục ta có (c1u=0 dòng chất lỏng chưa có chuyển động

quay ở lối vào bánh công tác)

=∞ 1

. cu u2 g

2 w 1

2 2

=∞ 1

(3.27)

− g 2

2 c − 1 g 2

(3.28)

So sánh: 3.22 và 3.28 ta thấy cột áp bơm hướng trục không có thành phần do

lực ly tâm tham dự, mà thành phần này với bơm ly tâm là rất quan trọng chủ yếu tạo

nên cột áp cho bơm. Do tính chất này bơm hướng trục có những đặc điễm sau:

- Cột áp của nó không bằng bơm ly tâm.

- Cột áp tĩnh của bơm hướng trục chỉ do độ mở rộng của các cánh dẫn của bánh

2 1

2 2

=∞

công tác tạo nên:

− g2

(3.29)

- Bánh công tác bơm hướng trục chỉ tạo được cột áp khi góc ra lớn hơn góc vào:

2 ββ > 1

tức là mặt cánh dẫn không phẳng mà phải là mặt cong.

Các cặp trị số 1β và 2β thay đổi theo bán kính R nghĩa là độ cong của cánh dẩn

giảm dần từ trong ra ngoài vì vậy cánh dẫn có độ cong 3 chiều trong không gian xoắn

vỏ đỗ.

3.5.2.3. Lưu lượng của bơm hướng trục

Lưu lượng bơm hướng trục được tính:

(3.30) Q = cm .F

(

)

2 dD −

π 4

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 64

Với F là diện tích ở mặt cắt lối ra sau bộ phận dẫn hướng của bơm.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Với: D là đường kính ngoài của bánh công tác.

(

)

2 dD −

d là đường kính trong của bánh công tác (đường kính bầu).

cQ = m

π 4

(3.31) Vậy :

Trong đó cm là thành phần vận tốc hướng trục:

3 0055 .

Kc =

Với Kc là hệ số vận tốc :

Với: ns là số vòng quay đặc trưng của bơm.

H là cột áp toàn phần của bơm.

3.5.2.4. Điều chỉnh bơm hướng trục

- Điều chỉnh số vòng quay làm việc của bơm khi có khả năng thay đổi được số

vòng quay làm việc của động cơ.

- Dùng khớp nối thủy lực cho phép thay đối số vòng quay làm việc của bơm

trong khi số vòng quay của động cơ vấn không đổi.

3.6. MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH

3.6.1. Khái niệm chung

Máy thủy lực thể tích bao gồm: bơm thể tích và động cơ thủy lực thể tích. Bơm

thể tích đẩy chất lỏng bằng áp suất thủy tĩnh, còn động cơ thủy lực thể tích thì biến áp

năng của dòng chất lỏng thành cơ năng .

a) Theo công dụng:

Phân loại bơm thể tích:

- Bơm nước và các chất lỏng khác.

b) Theo kết cấu:

- Bơm dầu dùng cho hệ thống truyền động.

- Bơm piston (chuyển động tịnh tiến).

- Bơm piston-roto ( vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay).

- Bơm roto ( chuyển động quay).

a) Lưu lượng:

3.6.2. Các thông số cơ bản

Lưu lượng lý thuyết Ql bằng tổng thể tích làm việc của máy trong một đơn vị

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 65

thời gian.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

n.qQ l =

(3.32)

ql – lưu lượng riêng của máy.

b) Áp suất

n – số chu kỳ làm việc của máy.

H =

Cột áp H và áp suất p liên hệ với nhau bằng công thức cơ bản của thủy tĩnh học:

p λ

(3.33)

* Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác

F.pP =

dụng lên piston tạo nên áp lực P:

(3.34)

F – diện tích làm việc của mặt piston.

* Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác

p.kM M=

dụng lên roto tạo nên mômen quay M:

(3.35)

kM- là hằng số đối với một máy nhất định phụ thuộc vào kết cấu và kích thước

Q n.q = .2 n. πω

q .2 π

c) Hiệu suất và công suất

máy gọi là hệ số mômen

. ηηηη=

Hiệu suất toàn phần của máy thủy lực xác định theo công thức chung:

(3.36)

Công suất làm việc của bơm:

H.Q. η

Q.p η

(3.37)

3.6.3.Bơm Piston

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 66

3.6.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Hình 3.16: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston tác dụng đơn

Bơm piston được kéo bởi động cơ, chuyển động quay của trục động cơ được

biến thành chuyển động tịnh tiến của piston 1 trong xilanh 2 nhờ hệ thống thanh truyền

tay quay với hành trình S=2.R ( R- chiều dài tay quay). Khi tay quay ở vị trí C1 thì

piston ở vị trí B1, khi tay quay ở vị trí C2 thì piston ở vị trí B2. Khi trong buồng làm

việc 5 chứa đầy chất lỏng, nếu tay quay từ vị trí C2 quay theo chiều mũi tên thì piston

di chuyển từ B2 về phía trái. Thể tích buồng 5 tăng dần áp suất p trong đó giảm đi và

bé hơn áp suất mặt thoáng bể chứa pa, bơm thực hiện chu trình hút chất lỏng qua van

hút 6 vào buồng làm việc 5, lúc đó van đẩy 4 đóng. Khi tay quay đến vị trí C1 piston

đến vị trí B1 thì quá trình hút kết thúc. Sau đó tay quay tiếp tục quay từ C1 đến C2

piston đổi chiều chuyển động từ B1 đến B2. Thể tích buồng làm việc 5 giảm dần, áp

suất chất lỏng tăng lên, van hút 6 bị đóng, van đẩy mở chất lỏng chảy vào ốn đẩy.

a) Theo hình dáng:

3.6.3.2 Phân loại

- Bơm piston đĩa: piston có dạng hình đĩa, mặt xung quanh piston tiếp xúc với

thành.

- Bơm piston trụ: piston có dạng trụ với đường kính tương đối nhỏ, mặt xung

b) Theo số lần tác dụng:

quanh không tiếp xúc với thành.

- Bơm tác dụng đơn hay gọi bơm tác dụng một chiều. trong bơm này chất lỏng

làm việc ở về một phía của piston. Một chu kỳ làm việc của piston chỉ có một quá

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 67

trình hút và quá trình đẩy nối tiếp nhau.

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

- Bơm tác dụng kép hay gọi bơm tác dụng 2 chiều, trong bơm này chất lỏng làm

việc ở về 2 phía của piston. Một chu kỳ làm việc của piston chỉ có hai quá trình hút và

c) Theo áp suất:

hai quá trình đẩy.

- Bơm áp suất thấp: p<10 atm

- Bơm áp suất trung bình: p=10-20 atm

d) Theo lưu lượng:

- Bơm áp suất cao: p>20 atm

- Lưu lượng nhỏ: Q<15 m3/h - Lưu lượng trung bình: Q=15-60 m3/h - Lưu lượng lớn: Q>60 m3/h

a) Lưu lượng lý thuyết trung bình

3.6.3.3 Cách tính lưu lượng của bơm piston

S.Fq =

* Đối với bơm tác dụng đơn, thể tích làm việc trong 1 chu kỳ là:

(3.38)

−

( F.2S

* Đối với bơm tác dụng kép, thể tích làm việc trong 1 chu kỳ là:

(3.39)

Trong đó:

2D . π 4

- diện tích làm việc của mặt piston.

D- đường kính piston.

2d . π 4

- diện tích mặt cắt cần piston.

d- đường kính cần piston.

S- Hành trinhg của piston.

Lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm piston tác dụng đơn:

n.q 60

n.S.F 60

(3.40)

−

( F.2Q =

) .f

Lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm piston tác dụng kép:

n.S 60

b) Lưu lượng trung bình thực

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 68

(3.41)

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Q η=

Q Q.

Lưu lượng trung bình thực của bơm piston:

(3.42)

ηQ – hiệu suất làm việc của bơm

- ηQ=0,85-0,90 đối với bơm nhỏ ( Đường kính piston D <150mm)

- ηQ=0,90-0,95 đối với bơm vừa ( Đường kính piston D =150-300 mm)

- ηQ=0,95-0,98 đối với bơm lớn ( Đường kính piston D >300mm)

3.6. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Ví dụ 3.1:

Một bơm cánh có đường kính ống hút d1= 80 mm và đường kính ống đẩy d2=

60mm. Khi khảo nghiệm bơm ta đo được các thông số:

8,12=

p ra γ

3 m

- Áp suất cửa ra

p ck 1 = γ

- Chân không ở cửa

- Khoảng cách giữa miệng vào và miệng ra của bơm h = 8 cm;

- Áp kế đặt cao hơn miệng ra a = 12 cm;

- Lưu lượng của bơm Q = 10l/s;

- Mômen quay trên trục bơm M = 10 Nm;

- Số vòng quay của bơm n = 2000vg/ph.

Xác định cột áp, công suất trên trục và hiệu suất của bơm?

Giải :

v .

p 1

α 2

2 v 11

−

2 α − 2 g 2

− γ

- Xác định cột áp của bơm:

p ra + γ

p 2 γ

92,12

12,08,12 +

p 2 γ

(

)

−=

−

ah +

Áp suất ở miệng ra:

p 1 γ

p 1 ck γ

γ kk γ

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 69

Áp suất ở miệng vào:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

)

( + ah

Ở đây trọng lượng riêng của không khí γkk rất bé so với trọng lượng riêng của

γ kk γ n

3 m

−=

p 1 γ

p 1 ck γ

nước γn, nên ta bỏ qua đại lượng

−

2 2

44,0

−

2 10.10 81,9.2

2 v − 1 2 g

Q 2 g

1 4 10.6

1 4 10.8

16 2 π

⎞ =⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

4 2

4 1

1 2 d π 16

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

Hiệu động năng:

Cột áp: H = 12,92 + 3 + 0,44 + 0,08 = 16,44m

209

/ sl

MN =

; ωω

. n ππ = 30

2000 30

N = 10.209 = 2090 Nm/s = 2,09kW

Xác định hiệu suất của bơm:

2 −

1000

10.

44,16.

77,0

%77

09,2.102

. . HQγ .102 N

Xác định công suất trên trục:

Một máy bơm lấy nước từ giếng với lưu lượng Q = 50 l/s. Nước có nhiệt độ 200C. Xác định chiều cao lớn nhất Zh tính từ mặt nước đến trục máy bơm (hình vẽ) nếu áp suất trước máy bơm p2= 0,3.105Pa. Trên đường ống hút bằng gang có đường

kính d = 0,25 m và chiều dài l = 50m có một lưới chắn rác, khuỷu ngoặt êm với bán

kính R = 0,5m và một khoá điều chỉnh được mở 45 %.

- Hệ số sức cản cục bộ khi vào ống hút ;

5=vζ

- Hệ số sức cản cục bộ tại chỗ ngoặt êm;

64,2=ngζ

- Hệ số sức cản cục bộ của khóa ;

5=kζ

0278

,0=λ

- Hệ số ma sát

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 70

Ví dụ 3.2:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Hình 3.17: Máy bơm hút nước ở bể

Ta viết phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2:

2 2

Δ+

p 1

2 v ρ 1 2

v ρ 2

Trong đó:

v1- vận tốc trên mặt thoáng;

v2- vận tốc trung bình trong ống hút;

p1- áp suất khí quyển;

Δp- tổn thất áp suất tổng cộng (chiều dài và cục bộ).

Vì z1= 0; v1≈0, ta xem mặt cắt 1-1 là mặt chuẩn, ta có:

2 2

h Δ+

p 1

v ρ 2

Chiều cao đặt bơm tính từ mặt nước trong giếng:

−

Z h

2 2 g

v 2

p − 1 g ρ

p Δ g ρ

Vận tốc trung bình tring ống hút:

2 −

02.1

/ sm

10.5.4 25,0.14,3

4 Q 2 d π

Tổng tổn thất áp suất:

ζρ

p =Δ

∑

l ρλ d

l d

2 v 2 2

⎞ ρζ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

Trong đó:

+ ζζζζ k

=∑

Vậy ta có :

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 71

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

p =Δ

h w

ρζζζλρ v

2 2v 2

l d

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

10.91,0

Pa4

64,25

.2,998

0278

02,1 2

50 25.0

⎛ ⎜ ⎝

⎞ .5 ⎟ ⎠

2,6

−

Suy ra :

Z h

)3,01(10 − 8,9.2,998

02,1 8,9.2

10.91,0 8,9.2,998

Vậy chiều cao đặt bơm không được quá 6,2 m.

a) Cho bơm ly tâm có thông số sau:

D= 50cm, b= 5cm, Cm= 1(m/s).

Xác định lưu lượng của bơm?

b) Cho đường kính ống hút của bơm d = 20(cm), độ cao hút của bơm hs=10m

bỏ qua tổn thất. Xác định độ cao chân không của bơm Hck ?

c) Làm cách nào để điều chỉnh lưu lượng bơm?

Bài tập 3.1

a) Cho bơm hướng trục có thông số sau:

D= 50cm, d= 5cm, Cm= 1(m/s)

Xác định lưu lượng của bơm?

b) Cho đường kính ống đẩy của bơm d = 30(cm), độ cao đo áp ở cửa ra của

bơm Hak=4m, z=30cm bỏ qua tổn thất. Xác định độ cao đẩy của bơm hđ ?

c) Làm cách nào để điều chỉnh lưu lượng bơm?

Bài tập 3.2

1. Trình bày các thông số cơ bản của bơm ?

2. Nêu nguyên lý làm việc của bơm ly tâm?

3. Nêu nguyên lý làm việc của bơm hướng trục?

4. Nêu nguyên lý làm việc của bơm piston?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 72

CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Chương 4

TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC

4.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG

Thí nghiệm của Reynolds gồm có một bình nước lớn A, một bình nước màu C,

một ống thuỷ tinh trong suốt (Hình 4.1). Điều chỉnh khoá để nước màu đỏ chảy thành

một sợi chỉ đỏ căng xuyên suốt ống thủy tinh, nghĩa là các lớp chất lỏng chảy thành

tầng riêng rẽ, đó là trạng thái chảy tầng (Hình 4.1a). Tăng vận tốc dòng chảy, đầu tiên

sợi chỉ nước màu đỏ bị đứt đoạn (Hình 4.1b) - chảy quá độ, sau đó chúng hòa trộn hỗn

loạn vào nhau (Hình 4.1c), đó là trạng thái chảy rối.

4.1.1. Thí nghiệm Reynolds

Làm thí nghiệm ngược lại, giảm dần vận tốc dòng chảy thì trạng thái chảy của

chất lỏng biến đổi theo chiều ngược lại: từ chảy rối sang chảy tầng.Qua thí nghiệm với

nhiều ống có đường kính khác nhau và với nhiều loại chất lỏng, người ta nhận thấy

trạng thái dòng chảy phụ thuộc vào vận tốc v, độ nhớt ν và đường kính ống d.

Hình 4.1: Sơ đồ thí nghiệm Reynolds

Chuyển động của nước, cũng như của bất kỳ một chất lỏng nào trong ống dẫn

đều gây ra tổn thất áp suất. Nguyên nhân cơ bản là do ma sát trong nội bộ chất lỏng và

giữa chất lỏng với vách ống dẫn.

Trong mỗi trường hợp, sự phân bố tốc độ chất lỏng trên cùng một tiết diện phụ

thuộc nhiều vào chế độ chảy của dòng. Do đó chế độ chảy của dòng chất lỏng giữ một

vai trò quan trọng trong việc xác định các tổn thất áp suất.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 73

4.1.2. Chế độ chảy

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Tùy theo giá trị của tiêu chuẩn Reynolds mà người ta phân chế độ chảy của

dòng ra thành các trường hợp: chảy tầng, chảy rối và chảy quá độ.Reynolds đã tìm ra

tổ hợp 3 đại lượng (vận tốc v, độ nhớt ν và đường kính ống d) là một số không thứ

nguyên, mang tên ông - số Reynolds:

=Re

vd ν

(4.1)

Vận tốc chuyển từ trạng thái chảy tầng sang chảy rối là vận tốc phân giới trên

(vpgt ), tương ứng có số Reynolds phân giới trên (Repgt ).

Vận tốc chuyển từ trạng thái chảy rối sang chảy tầng là vận tốc phân

giới dưới (vpgd), tương ứng có số Reynolds phân giới dưới (Repgd).

Khi dòng chảy có : Re < Repgd thì trạng thái của nó là chảy tầng;

Re > Repgt thì trạng thái của nó là chảy rối;

Repgd< Re < Repgt thì trạng thái của nó có thể là tầng hoặc

rối, nhưng thường là chảy rối, vì ứng với giai đoạn trung gian này trạng thái chảy tầng

rất không ổn định.

Qua nhiều thí nghiệm thấy rằng Repgt không có một trị số xác định (dao động từ

12000 đến 50000). Còn Repgd đối với mọi loại chất lỏng và đường kính khác nhau

đều có một giá trị không đổi (2320).

Do đó Repgd =2320 được dùng làm tiêu chuẩn xác định trạng thái chảy.

Vậy Re < 2320 : Trạng thái chảy tầng;

Re > 2320: Trạng thái chảy rối.

4.2. PHÂN LOẠI VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

Có thể chia hệ thống ống nước ra làm hai loại. Loại hệ thống hở và hệ thống kín

Hệ thống kín nước sẽ tuần hoàn trong hệ thống suốt quá trình làm việc. Mục

đích là để tiết kiệm nước và tiết kiệm năng lượng.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 74

4.2.1. Phân loại

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Hệ thống hở nước được phun ra để tiếp xúc với không khí và được hứng để đưa

trở về hệ thống nhằm tiết kiệm năng lượng.

Hình 4.3: Hệ thống hở

Hình 4.2: Hệ thống kín

Bảng sau trình bày các vật liệu làm ống dẫn nước tương ứng với một số trường

hợp sử dụng thực tế:

4.2.2. Phạm vi ứng dụng

Trường hợp

Loại ống

- Dẫn nước lạnh

Ống thép đen

- Dẫn nước nóng

Ống thép đen, ống đồng cứng

- Dẫn nước làm mát và nước ngưng

Ống thép đen, ống tráng kẽm, ống PVC

Bảng 4.1: Vật liệu làm ống dẫn nước

4.3. SỰ GIÃN NỞ VÀ SỰ CO RÚT

Trong quá trình làm việc, do nhiệt độ của nước có thể do sự biến đổi, cho nên

cần phải lưu ý đến hiện tượng giãn nở co rút của các ống để có biện pháp đối phó thích

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 75

4.3.1. Hiện tượng giãn nở và co rút

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

hợp. Chú ý rằng, sự biến đổi nhiệt độ không chỉ xuất hiện trong quá trình hoạt động

của hệ thống mà còn có thể do sự thay đổi của hệ thống từ làm việc sang dừng và

ngược lại hoặc thay đổi chế độ từ làm mát sang sưởi ấm.

Để khử các ảnh hưởng do hiện tượng giãn nở và co rút ở các ống dẫn nước lạnh

hoặc nước nóng trong các hệ thống điều hòa không khí. Người ta có thể sử dụng các

đoạn cong dạng chữ U, Z, L.

4.3.2. Phương pháp xử lý sự giãn nở và co rút

Hình 4.4: Các loại ống chống giãn nở và co rút

4.4. TREO ĐỠ ỐNG VÀ CHỐNG RUNG

Các đường ống dẫn nước thông thường bố trí dọc theo tường, trần hoặc sàn. Để

giữ cố định các ống dẫn người ta phải gia công các chi tiết phụ với mục đích treo và đỡ

ống. Cơ cấu treo cần phải chịu đựng được sức nặng của ống dẫn, lượng nước chuyển

động trong ống dẫn, các khớp nối các thành phần khác nằm trên ống dẫn. Trong

trường hợp ống dẫn có độ co rút và giãn nở thì bề mặt tiếp xúc giữa ống và cơ cấu

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 76

4.4.1. Treo và đỡ ống

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

treo nên được thiết kế sao cho ống có thể lăn được trên điểm tựa của cơ cấu treo.

Tương tự như vậy, bề mặt của các chi tiết đỡ ống phải láng, nhẵn.

Việc lắp đặt các chi tiết đỡ ống nên được thực hiện hợp lý, không nên dày quá

cũng không nên mỏng quá.

Nguồn gốc cơ bản làm cho hệ thống ống dẫn nước bị rung là do sự hoạt động

của các thành phần có chi tiết chuyển động như bơm, máy nén.

Do sự rung lắc này, có thể xảy ra một số hư hỏng trong đường ống và từ đó gây

nên hiện tượng rò rỉ.

Khi thiết kế đường ống dẫn nước, cần nghĩ đến biện pháp loại trừ gây ra hiện

tượng gây rung lắc đường ống. Ở vị trí treo hoặc đỡ ống rất gần nguồn gây ra chấn

động nên dùng loại cơ cấu có bộ giảm chấn như mô tả hình sau:

4.4.2. Chống rung hệ thống ống dẫn

Hình 4.5: Cơ cấu chống rung

Bình giãn nở là để tạo nên một thể tích dự trữ nhằm điều hòa những ảnh hưởng

do sự thay đổi thể tích của lượng nước tuần hoàn trong hệ thống, ngoài ra còn có

nhiệm vụ bổ sung nước cho hệ thống trong trường hợp bị rò rỉ.

Ưu điểm của bình giản nở loại hở là đơn giản, hoạt động ổn định và giá thành

thấp. Nhược điểm là khả năng làm gia tăng độ ăn mòn hệ thống vì nước có khả năng

hấp thụ oxy từ khí trời.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 77

4.5. HỆ THỐNG ỐNG DẪN NƯỚC

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Ưu điểm của bình giãn nở loại kín là không có sự tiếp xúc của không khí ngoài

trời với nước đang tuần hoàn trong hệ thống.

Hình 4.6: Bình giãn nở hở

Hình 4.7: Bình giãn nở kín

4.6. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN

4.6.1. Cơ sở lý thuyết để tính toán đường ống

Dựa vào đặc điểm tổn thất năng lượng trong đường ống hw, chia đường ống

thành 2 loại:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 78

4.6.1.1. Phân loại

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Đường ống ngắn: Là đường ống có chiều dài không đáng kể, tổn thất năng

lượng cục bộ là chủ yếu (hwc> 0,1 hw). Ví dụ ống hút bơm ly tâm, đường ống dẫn

nhiên liệu, dẫn dầu bôi trơn trên các động cơ...

Đường ống dài: Là đường ống có chiều dài lớn; tổn thất năng lượng dọc đường

là chủ yếu (hwc< 0,1 hw). Ví dụ các đường ống trong hệ thống cung cấp nước, dẫn

nhiên liệu từ bể chứa tới các điểm phân phối...

Căn cứ vào điều kiện thuỷ lực và cấu trúc đường ống, chia ra:

Đường ống đơn giản: là đường ống có đường kính d hoặc lưu lượng Q không

đổi dọc theo chiều dài đường ống (Hình 4.8 a)

Đường ống phức tạp: d và Q thay đổi, nghĩa là gồm nhiều đường ống đơn giản

ghép nối lại như đường ống có mạch rẽ (Hình 4.8 c), đường ống chia nhánh song song

(Hình 4.8 b), đường ống có mạch vòng kín (Hình 4.8d)...

Hình 4.8: Các loại đường ống

- Phương trình Becnuli đối với chất lỏng thực (hw tổn thất cột áp = tổn thất năng

lượng đơn vị).

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 79

4.6.1.2. Những công thức dùng trong tính toán thuỷ lực đường ống

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

2 v α 11 g 2

2 v α 22 g 2

p 1 γ

p 2 γ

Hay

H1 = H2 + hw

Trong đó:

- Cột áp đầu ống

2 v α 11 g 2

p 1 γ

- Cột áp cuối ống

2 v α 22 2 g

p 2 γ

- Phương trình lưu lượng:

ωvQ =

- Công thức tính hw:

λ=

ζ=

;

hwd

hwc

l d

v 2

Dựa vào các phương trình trên suy ra công thức chung: f(H1,H2,d,Q,l) = 0

4.6.2. Tính toán thủy lực đường ống đơn giản

Từ phương trình Becnuli

(

)

−

(4.2)

HHH 1

λζ∑ +

l d

Q 8 2 gd π

)

+ λζ

(4.3)

= ∑ (

l d

Q 8 2 gd π

Công thức (4.3) dùng khi cần tính độ cao tháp nước hoặc cột áp đầu một đoạn

ống.

4.6.2.1. Tính H1 khi biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tương đối)

Từ (4.2) ta rút ra:

4 gd

2 π

(

)

HH −

(4.4)

+ λζ

∑

l d

⎛ 8 ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Dựa vào công thức (4.4) ta thấy dù đã biết H1, H2, l, d, n nhưng chưa xác định

λ=f (Re). Bài toán phải giải theo phương pháp thử dần để chọn đúng λ từ đó giá trị Q

cũng là đúng.

4.6.2.2. Tính Q biết H1, H2, l, d, n

a) Phương pháp thử dần:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 80

4.6.2.3. Tính d biết H1, H2, Q, d, n

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

p 1

(

)

λζ

HH −

h +=

Từ (4.3):

(4.5)

∑ +

l d

− γ

Q 8 2 gd π

rồi thay vào vế

Ta giả thiết các giá trị khác nhau của d, từ đó xác định ∑ζλ,

p 1

( df

)

h +=

phải của phương trình trên. Nếu giá trị vế phải

thì di chính là

− γ

đường kính ống cần tìm.

b) Phương pháp đồ thị:

Từ (4.3) suy ra:

(

)

λζ∑ +

l d

8 Q 2 gH π

Và đặt :

y1 = d4

(

)

)( df

λζ∑ +

l d

8 Q 2 gH π

Biểu diễn hai hàm số này trên cùng một đồ thị; Giao điểm của hai đường cong

chiếu xuống trục d cho giá trị d cần tìm.

Trường hợp này trước hết xác định theo vận tốc cho phép (Vận tốc kinh tế) để

đảm bảo lưu lượng Q sau đó tính H1 như bài toán 1.

4.6.2.4. Tính d, H1, biết H2, Q, l, n

Trong tính toán về đường ống máy bơm thường có hai bộ phân: tính toán về

đường ống từ bể chứa nước đến máy bơm gọi là đường ống hút; tính toán từ máy bơm

lên đến tháp nước gọi là đường ống đẩy.

4.6.3. Tính toán đường ống đơn giản với máy bơm

Áp suất nước trong ống hút tại máy bơm nhỏ hơn áp suất không khí, tại nơi nối

ống hút vào máy bơm áp suất đạt giá trị chân không lớn nhất, vì lý do đó nên trước khi

chạy máy bơm phải mồi, nghĩa là cần làm đầy nước ở đường ống hút thì mới hút được

nước lên (đặt van một chiều cốt để việc mồi dễ dàng).

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 81

4.6.3.1. Tính toán đường ống hút

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Trị số áp suất tuyệt đối nhỏ nhất khi máy bơm chạy, phải lớn hơn áp suất bốc

hơi của nước thì mới tránh khỏi hiện tượng hóa khí và gây ra sự xâm thực nước làm

máy bơm thậm chí không hút được nước. Vì thế nên vận tốc trung bình trong ống hút

và trị số chân không cho phép là những số liệu làm căn cứ cho tính toán. Lưu tốc trung

bình trong ống hút nên ở trong khoảng 0.8 đến 1.25m/s, trị số chân không cho phép

được ấn định cho từng loại máy bơm, thường thường lấy hck < 4 đến 6.5m.

Trị số chân không cho phép không những phụ thuộc loại máy bơm mà còn phụ

thuộc nhiệt độ và loại chất lỏng. Với nhiệt độ càng tăng, trị số chân không cho phép

càng giảm (vì khi đó sự xâm thực càng mạnh).

Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt (1-1) và (2-2)

2 2

v. g.2

p γ

(4.6)

trong đó:

2 2

uon

van

Hình 4.9: Tính toán đường ống bơm

∑=

L d

v g.2

⎛ λζς ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

(4.7)

Gọi độ cao chân không là:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 82

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

(4.8)

− γ

Do đó phương trình (4.6) viết lại thành:

h ck

ζ i

∑+

(4.9)

2 v 2 g.2

2 2

−

∑ζ

(4.10)

v g.2

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Phương trình (4.10) là phương trình cơ bản để tính ống hút. Tự phương trình đó

ta thấy rõ là độ cao đặt máy bơm z2 bị độ chân không hạn chế.

Nước được hút lên và đi qua máy bơm, năng lượng được tăng thêm: gọi HP là

năng lượng tăng thêm cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng, năng lượng đó do máy

bơm cấp cho; ta có thể viết ra sự cân bằng năng lượng ở hai mặt cắt 2-2 và 3-3 ngay

trước và sau máy bơm như sau:

2 3

2 2

(4.11)

v. α 2 g.2

v. α 3 g.2

p 2 γ

p 3 γ

Thông thường: z2 = z3 ; α2 = α3 ; v2 = v3 (đường kính ống hút ống đẩy bằng

nhau), nên ta có:

(4.12)

p 3 γ

p 2 γ

Ta lại lấy hai mặt cắt 3-3 và 4-4, rồi viết phương trình Becnuly:

' h w

(4.13)

2 v 3 g.2

p 3 γ

trong đó hw là tổn thất cột nước từ máy bơm lên tháp nước. Khi tính toán cho

đường ống đẩy ta có thể tính theo ống dài hoặc ống ngắn, tùy theo trường hợp cụ thể.

Ta gọi:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 83

4.6.3.2. Tính toán đường ống đẩy

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

' i

w ∑= ζ h

(4.14)

2 v 3 g.2

Kết hợp ba phương trình (4.12) (4.11) và (4.13) ta có:

Hb = z4 + hW + h’W

ζ i

' ζ i

∑

2 v 2 g.2

2 v 3 g.2

(4.15)

Theo công thức (4.15) ta thấy năng lượng Hb của máy bơm cấp cho một đơn vị

trọng lượng chất lỏng dùng để:

1. Ðưa nước lên độ cao hình học z4 tức là độ chênh của hai mặt nước tự do ở

tháp và ở bể chứa.

2. Khắc phục trở lực ở đường ống hút và ống đẩy, trị số (hW + h’W) tức tổng số

tổn thất cột nước là một trị số biến đổi tùy theo độ nhám, đường kính ống. Nếu những

đường ống có cùng độ nhám, thì với ống có đường kính càng lớn, tổn thất năng lượng

sẽ càng nhỏ, động lực chạy máy bơm càng nhỏ; ngược lại đường kính ống càng nhỏ thì

tổn thất càng lớn lớn và động lực chạy máy càng lớn. Ở đây có một mâu thuẫn trong

việc chọn đường kính ống và động lực máy bơm; ống nhỏ thì phí tổn về ống sẽ ít,

nhưng lại cần động lực lớn, do đó tiền phí tổn về ống sẽ lớn. Phải so sánh nhiều

phương án mới có thể quyết định được đường kính thích hợp. Ðường ống ứng với tiền

phí tổn tổng cộng về động lực và đường kính ống là nhỏ nhất được gọi là đường kính

có lợi nhất về kinh tế.

4.7. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Đường ống trong cấp và thoát nước có đường kính bé nhất dmin= 3500mm.Vận

tốc tính toán của nước trong đường ống là v = 0,5 ÷4 m/s.

Xác định số Reynolds lớn nhất và bé nhất và trạng thái chảy của nước trong các

ống này.

Ví dụ 4.1.

Nhiệt độ của nước trong các hệ thống cấp và thoát nước có thể thay đổi từ 00

đến 300, còn độ nhớt động học

0ν = 1,78.10-6m2/s và

30ν = 0,81.10-6m2/s.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 84

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Số Reynolds bé nhất ứng với dmin= 3500 mm; vmin = 0,5m/s và 0ν = 1,78.10-

6m2/s

ta có:

3370

min

012,0.5,0 6 − 10.78,1

17260000

Tương tự :

max

−

5,3.4 10.81,0

Ngay cả số Reynolds Remin cũng lớn hơn số Reynolds phân giới dưới

Refgd=2320, vì vậy trong các đường ống cấp thoát nước, trạng thái chảy luôn luôn là

chảy rối.

Nước chảy từ bình chứa qua một đường ống đặt nằm ngang có tiết diện thay đổi

nối tiếp nhau d1= 75 mm; d2= 100 mm; d3= 50 mm. Độ cao cột nước trong bình chứa

kể từ trục ống là H = 1 m. Giả thiết chỉ tính tổn thất cục bộ dòng chảy dừng.

a) Tính lưu lượng chảy qua ống?

b) Vẽ đường năng, đường đo áp ?

c) Nếu bỏ qua đoạn ống thứ 3 thì đường năng và đường đo áp có gì thay đổi?

Ví dụ 4.2

Hình 4.10: Xác định H của bể nước

Chọn mặt cắt đi qua trục ống (I-I) làm mặt chuẩn, viết phương trình Becnuli

cho 2 mặt cắt (0-0) và (3-3), sau khi đơn giản và thay z0= H, ta có:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 85

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

v 2

2 3 g

Trong đó: hw = hc1 + hc2 + hc3

.5,0

h 1 c

2 v 1 g 2

Q 4 2 g d π

4 1

−

ζ 2

h c

2 v 1 g 2

d d

Q 8 2 g d π

4 1

2 1 2 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

−

ζ 3

h c

v 2

2 3 g

d d

Q 8 2 g d π

2 3 2 2

4 3

⎛ ⎜⎜ 15,0 ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Từ đó suy ra:

h c

h 1 c

v 2

2 3 g

5,0

−

16 Q 2 g

d d

1 2 d π

2 1 2 2

4 1

2 3 2 2

4 3

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎛ ⎜⎜ ⎢ 15,01 ⎢ ⎝ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎧ ⎪ ⎨ ⎪⎩

⎫ ⎪ ⎬ ⎪⎭

Thay số vào các biểu thức trên ta tính được:

Q = 7,1 l/s; hc1= 6,6 cm; hc2= 26,4 cm; hc3= 25 cm

15,4

4,13

v 2

2 2 = g

2 v 3 = 2 g

2 v 1 = g 2

Đường năng và đường đo áp theo áp suất dư được biểu diễn trên hình vẽ. Từ

hình vẽ cho ta thấy rằng trên mặt nước của bình chứa ta xem vận tốc v và áp suất dư

bằng không; do đó đường năng và đường đo áp biểu diễn đại lượng z = H, nghĩa là

chúng trùng với mặt thoáng. Vẽ đường năng hình bậc thang thấp dần có độ chênh từng

bậc lần lượt là hc1, hc2,hc3. Từ đó suy ra đường đo áp bằng cách hạ các bậc thang của

đường năng các trị số lần lượt là:

15,4

4,13

; ;

v 2

2 2 = g

2 v 3 = g 2

2 v 1 = g 2

Nếu cắt bỏ đoạn ống thứ ba thì từ phương trình Becnuli ta suy ra rằng lưu lượng

Q sẽ tăng vì hw giảm. Trong trường hợp này dạng tổng quát của đường năng sẽ không

đổi còn đường đo áp ở đoạn ống 2 sẽ trùng trục ống. ở đoạn cuối đường đo áp theo áp

suất dư trùng trục ống.

; ;

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 86

Bài tập 4.1:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Dầu chuyển qua ống có đường kính d = 150mm

l = 1000m; Q = 2,42l/s

Dầu ν = 0,20 cm2/s

Tính tổn thất dọc đường trên đoạn ống?

Hình 4.11: Đường ống dẫn nước

Ống dẫn nước

d = 200mm; l = 1000m; Q = 5 l/s

t = 20 0C (ν = 0,0101cm2/s)

Bài tập 4.2:

Xác định tổn thất cột nước?

Hình 4.12: Đường ống dẫn nướ

Nước chảy từ bể vào không khí theo

Const

ống ngằn nằm ngang có khóa

H = 16m = Const

d1 = 50mm; d2 = 70mm.

d1 K

Sức cản của khoá ζK = 4,0.

Bỏ qua tổn thất dọc đường

(chỉ tính tổn thất cục bộ)

Hình 4.13: Đường ống dẫn nước từ bể

Tính lưu lượng qua ống?

Vẽ đường năng, đường đo áp?

Bài tập 4.3:

1. Trình bày các chế độ chảy trong đường ống?

2. Nêu hiện tượng giãn nở và co rút ống?

3. Trình bày các hệ thống ống dẫn nước?

4. Nêu các loại tổn thất trong đường ống?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 87

CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Chương 5

KHÁI NIỆM VỀ KHÔNG KHÍ

5.1. KHÔNG KHÍ KHÔ VÀ HƠI NƯỚC

Không khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước.

Không khí khô là hỗn hợp các khí : 78% khí N2, 21% O2, 1% là hỗn hợp các khí

còn lại H2O và CO2.

Hơi nước ở đây được coi như là khí lý tưởng, có thể coi không khí ẩm là hỗn

hợp các khí lý tưởng.

5.1.1. Định nghĩa không khí ẩm

Áp suất P của không khí ẩm bằng tổng áp suất của không khí khô pk và hơi

nước ph

(5.1)

p = pk + ph

Nhiệt độ của không khí ẩm T bằng nhiệt độ Tk của không khí khô và Th nhiệt

độ của hơi nước.

(5.2)

T = Tk = Th

Thể tích của không khí ẩm V bằng tổng thể tích Vk của không khí khô và Vh thể

tích của hơi nước.

(5.3)

V = Vk+ Vh

Khối lượng của không khí khô G bằng tổng khối lượng của không khí khô Gk

và khối lượng Gh của hơi nước.

(5.4)

G = Gk + Gh

5.1.2. Tính chất của không khí ẩm

5.2. CÁC LOẠI KHÔNG KHÍ ẨM

Không khí ẩm trong đó chứa lượng nước lớn nhất Gh = Ghmax . Hơi nước ở đây

là bão hòa khô.

5.2.1. Không khí ẩm bão hòa

Không khí ẩm trong đó ngoài việc chứa lượng hơi nước thì sẽ có một lượng

nước tương ứng ưng tụ lại. Lúc này không khí ẩm trở nên quá bão hòa. Ví dụ thời tiết

có sương mù là lúc không khí ẩm đã quá bão hào vì có chứa những giọt nước ngưng

tụ. Hơi nước ở đây là hơi bão hòa ẩm.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 88

5.2.2. Không khí ẩm quá bão hòa

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

5.2.3. Không khí ẩm chưa bão hòa

Không khí trong đó lượng hơi nước chưa chưa đạt tới giá trị cực đại lớn nhất

Gh < Gmax, tức là không khí ẩm còn có thể nhận thêm một lượng hơi nước nữa

để trở thành bão hòa.

5.3. CÁC THÔNG SỐ BIỄU DIỄN TRẠNG THÁI CỦA KHÔNG KHÍ ẨM

Là khối lượng của hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm. Đây chính là khối

lượng riêng của hơi nước trong không khí ẩm vì V = Vh

(5.5)

h =ρ

Gh V

5.3.1. Độ ẩm tuyệt đối

Là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm chưa bão hòa và độ ẩm tuyệt

đối của không khí ẩm bão hòa ở cùng nhiệt độ.

ϕ=

(5.6)

ρ h

max

Ta có: 0≤φ≤100 đối với không khí khô φ=0, đối với không khí ẩm bão hào

φ=100%.

Dụng cụ để đo độ ẩm tương đối là ẩm kế. Ẩm kế thông dụng gồm hai nhiệt kế

thủy ngân: nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt.

5.3.2. Độ ẩm tương đối

Là lượng hơi chứa trong không khí ẩm ứng với 1kg không khí khô.

d =

(5.7)

G ht G k

5.3.3. Độ chứa hơi

Biểu diễn mối quan hệ giữa trọng lượng riêng, áp suất và nhiệt độ. Đối

với chất khí lý tưởng ta có:

T.R

(5.8)

P γ

R- hằng số khí với không khí R=29,27m/độ

(5.9)

5.3.4 Phương trình trạng thái

* Quá trình đoạn nhiệt:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 89

* Quá trình đẳng nghiệt (T=const): p=c.γ p=c.γk

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

p =

Nhiet _ dung _ dang ap_ Nhiet dung dang _ tich _ _

Với không khí k=1.4

A- Đương lượng nhiệt của công

Trong kỹ thuật: Cp-Cv=A.R

Từ 5.9 và 5.8 ta có:

1 k

1 1k −

(5.10)

p p

T T

γ γ

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎞ ⎟ =⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

Có dạng giống chất lỏng không nén được:

(5.11)

G=γ.Q=const; γ1.v1.ω1=γ2.v2.ω2

Hay :

dv v

d γ γ

d ω ω

5.3.5 Phương trình lưu lượng

Đối với dòng nguyên tố của chất khí lý tưởng, chuyển động dừng

const

(5.12)

u g.2

dp + ∫ γ

Xét quá trình đoạn nhiệt:

c γ

∫

dp γ

k −

p γ

Phương trình Becnuli có dạng:

u g.2

k −

p γ

(5.13)

u g.2

k −

p γ

Đối với quá trình đẳng nhiệt:

pln

const

(5.14)

u g.2

p γ

5.3.6 Phương trình Becnuli

Khảo sát sự biển thiên năng lượng trong khối chất khí từ mặt cắt 1-1 đến 2-2

sau khoảng thời gian dt như hình vẽ.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 90

5.3.7 Phương trình Entanpi

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Dựa vào định luật bảo toàn năng lượng: năng lượng thu vào hay sinh ra bằng

biến thiên năng lượng của thể tích chất khí hay:

Nhiệt hấp thụ + công của áp lực= thế năng + động năng + nội năng+ công cơ

học + công ma sát

Viết cho một đơn vị trọng lượng chất khí:

T.C

−

(

)

T.C A

Q A

p p − γγ

Nhiệt lượng Q=Qn( tỏa nhiệt ra ngoài) + Qt (nội nhiệt do ma sát)

Qt=A.Lms

Thay phương trình trạng thái và phương trình 5.7 vào ta có:

T.C

T.R

−

T.C A

p γ

T.C p A

T.C v A

p γ

Đặt i=Cp.T (entanpi), U=Cv.T ( nội năng)

i A

U A

p γ

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 91

Hình 5.1: Phương trình entanpi trong khối chất khí từ 1-1 đến 2-2

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Nếu xét quá trình đoạn nhiệt (Qn=0) và bỏ qua công cơ học (L=0), ta sẽ có

phương trình Entanpi:

2 1

2 2

i +=

(5.15)

u g.2

5.3.8. Các thông số của dòng khí

Ta có:

(5.16)

dp d ρ

dp.g d γ

T.R.g.k

Xét: p=c.γk;

p ρ

a: Vận tốc âm phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối.

Để so sánh vận tốc dòng chảy v với vận tốc âm a người ta đưa vào số Mắc

M=v/a

+ M<1: dòng dưới âm

+ M=1 : dòng quá độ

+ M>1 : dòng trên âm.

5.3.8.1. Vận tốc âm

Khi chất khí ở trạng thái tính v=0, đây là trạng thái hãm của chất khí các thông

số hãm là p0, T0, ρ0

Mối liên hệ giữa các thông số dòng hãm với các thông số dòng khí.

AT.CT.C

u g.2

1 +=

1 C

T 0 T

A g.2

u g.2

u T.R.g.k

p A.R.k

Vì: Cp-Cv=R.T; a2=k.g.R.T nên:

1M.

1 +=

T T

1k − 2

(5.17)

1 2 1k −

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 92

5.3.8.2 Dòng hãm, dòng tới hạn

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Biến đổi theo 5.11 ta sẽ có:

k 1k −

p p

1k − 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

k 1k −

(5.18)

1k − 2

ρ ρ

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

1. Trình bày các loại không khí ẩm?

2. Trình bày phương trình trạng thái của chất khí?

3. Trình bày phương trình Becnuli của chất khí?

4. Trình bày phương trình Entanpi của chất khí?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 93

5.4. CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Chương 6

KHÍ ĐỘNG HỌC

6.1. PHƯƠNG TRÌNH BECNULI VÀ CÁC LOẠI ÁP SUẤT TRONG ỐNG DẪN

Khảo sát dòng chất khí chuyển động trong ống dẫn như hình vẽ:

6.1.1. Phương trình Becnuli

Nếu không tính đến tổn thất thì phương trình Becnuli có dạng:

z.y

const

(6.1)

γ g2

Trong đó

- pt là áp suất tĩnh ( mmH2O ). - γ là trọng lượng riêng của không khí ( kgf/m3).

- g là gia tốc trọng trường.

- V là vận tốc chuyển động của không khí trong ống dẫn (m/s).

- z là độ cao tính từ mặt phẳng quy chuẩn (m).

Tính đến tổn thất thì phương trình Becnuli có dạng sau:

p Δ+

(6.2)

p t

2 V 1

2 . V 2

γ 2 g

∆p là tổn thất áp suất giữa hai tiết diện đang xét .

Thành phần

được gọi là áp suất động pđ

γ g2

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 94

Hình 6.1: Khảo sát dòng chất khí chuyển động trong ống dẫn

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

6.1.2. Các loại áp suất

- Áp suất động: Là áp suất có khả năng tạo nên dòng chảy với vận tốc tương

đương là v. Hướng tác động của áp suất động là hướng chuyển động của dòng khí.

- Áp suất tĩnh: Không phải là yếu tố trực tiếp gây ra chuyển động, trong trường

hợp không có dòng không khí chuyển động thì áp suất tĩnh bằng áp suất động. Áp suất

tĩnh tác động đồng đều theo mọi hướng.

- Áp suất tổng: Là tổng của áp suất tĩnh và áp suất động. Nếu tính theo chiều

chuyển động của dòng không khí thì áp suất tổng luôn luôn bị suy giảm về trị số.

tong

(6.3)

6.2 SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC LOẠI ÁP SUẤT

Trong thực tế, luôn luôn tồn tại một giá trị tổn thất áp suất nhất định nào đó khi

có sự chuyển động của không khí qua ống dẫn. Các ống dẫn khí do nhiều yêu cầu khác

nhau, thường có tiết diện thay đổi, có lúc mở rộng, có lúc thu hẹp. Để nắm được qui

luật biến đổi các loại áp suất đã nói, ta khảo sát ống được biểu diễn như hình vẽ:

6.2.1 Sự biến đổi của các loại áp suất

Từ sơ đồ ta có một số nhận xét như sau:

- Đối những đoạn ống thẳng có tiết diện không đổi, tổn thất áp suất tĩnh bằng

tổn thất áp suất động. Lý do là vì trong những đoạn ống này tốc độ truyền động của

không khí không thay đổi, tức là áp suất động cũng không thay đổi. Người ta gọi tổn

thất áp suất trong trường hợp này là tổn thất áp suất do ma sát.

- Tiết diện đoạn ống thẳng càng nhỏ thì độ suy giảm của áp suất tổng và áp suất

tĩnh càng nhanh do vận tốc trong ống càng tăng làm tăng tổn thất áp suất.

- Đối với những đoạn ống có tiết diện nhỏ dần, tốc độ chuyển động của dòng

không khí tăng lên, do đó áp suất động cũng tăng lên. Trong khi đó theo hướng chuyển

động của dòng khí thì áp suất tĩnh và áp suất tổng giảm đi.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 95

Hình 6.2: Sự biến đổi của các loại áp suất

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

- Ở những trường hợp mà tiết diện đoạn ống được mở rộng dần hay mở rộng

đột ngột thì áp suất động giảm đi do vận tốc giảm, áp suất tổng cũng giảm đi, áp suất

tĩnh lại gia tăng do có sự chuyển đổi một bộ phận áp động thành áp suất tĩnh. Sự gia

tăng áp suất tĩnh được gọi là sự phục hồi của áp suất tĩnh.

- Tại cửa vào hệ số tổn thất áp suất cũng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1, ở một

mức độ nào đó thì các hệ số này chịu ảnh hưởng của áp suất động ngay sau cửa vào.

Ta nhận thấy áp suất động phụ thuộc vào vận tốc của chất khí, để xác định được

vận tốc của chất khí là khó khăn. Tuy nhiên ta có thể sử dụng phương trình năng lượng

Becnuli để tính toán áp suất động.

−

tong

(6.4)

Ta sử dụng ống pilot để đo áp suất tổng và áp suất tĩnh từ đó ta xác định được

áp suất động pđ.

Để đo áp suất tổng thì miệng của ống đo phải được bố trí nằm ngang hướng

dòng chảy, ở vị trí này có sự tác động của cả áp suất tĩnh và áp suất động. Để đo áp

suất tĩnh thì miệng của ống đo đặt sát bề mặt trong của ống dẫn và thẳng góc với ống

dẫn, vị trí này đảm bảo chỉ nhận sự tác động của áp suất tĩnh.

6.2.2 Dụng cụ đo áp suất

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 96

Hình 6.3: Xác định áp suất động

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

6.3. CÂN BẰNG ÁP SUẤT

Để thỏa mãn điều kiện cân bằng áp suất cho hệ thống, cần phải bảo đảm thực

hiện các phương trình sau :

∆p1 = ∆p2

∆p4 = ∆p3 +∆p1

∆p4 = ∆p3 +∆p2

p = ∆p5 +∆p3 +∆p1

∆p = ∆p5 +∆p3 +p2

p = ∆p5 +∆p4

Trong đó:

- ∆pi là tổn thất áp suất tống của đoạn ống ứng với tiết diện i.

- p là áp suất tổng của quạt.

Hình 6.4: Hệ thống ống dẫn với 3 miệng thổi

6.4. HIỆU ỨNG ỐNG KHÓI

Khi không khí bên ngoài lạnh hơn bên trong thì sẽ có dòng không khí chuyển

động từ dưới lên trên ở bên trong tòa nhà dọc theo các đường ống thông hơi, các hố

thang máy. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng ống khói thuận và được tạo nên do sự

chênh lệch mật độ giữa không khí bên trong và ngoài ngôi nhà. Hiệu ứng ống khói

thuận càng lớn khi tòa nhà càng cao và độ chênh lệch nhiệt độ không khí giữa bên

trong và bên ngoài càng nhiều.

Trong trường hợp ngược lại nhiệt độ không khí bên ngoài cao hơn bên trong thì

sẽ có dòng không khí chuyển động từ trên xuống dưới, ta gọi là hiệu ứng ống khói

ngược.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 97

6.4.1. Khái niệm

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

6.4.2. Công thức xác định

Ở điều kiện áp suất khí quyển tiêu chuẩn ta có công thức sau:

(

)

p =Δ

−

(6.5)

1 T i

1 T 0

Trong đó:

∆p – Độ chênh lệch áp suất, Pa.

ks – Hệ số có giá trị 3460. T0 – Nhiệt độ tuyệt đối của không khí ở ngoài trời, 0K. Ti – Nhiệt độ tuyệt đối của không khí ở trong nhà 0K.

h – Khoảng cách tính từ mặt phẳng quy chuẩn m.

6.5. CÁC LOẠI TỔN THẤT ÁP SUẤT

Tổn thất áp suất do ma sát ở đoạn ống dẫn thẳng có tiết diện không đổi phụ

thuộc vào tốc độ chuyển động của dòng khí, kích thước và chiều dài ống dẫn,độ nhám

của bề mặt bên trong ống dẫn. Thông thường trong thực tế người ta tính toán độ tổn

thất áp suất do ma sát ∆pms bằng cách tra các loại đồ tương ứng được xây dưng sẵn,

tuy vây ta có thể sử dụng công thức sau :

λ=

(6.6)

pms

l . γ 2. gd

Trong đó:

∆pms – Tổn thất áp suất do ma sát, mmH2o.

λ – Hệ số trở lực của ma sát .

l – Chiều dài của ống dẫn, m.

d – Đường kính ống dẫn, m.

V – Tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn, m/s.

Trong hệ thống đơn vị của Anh – Mỹ người ta sử dụng công thức sau:

03,0

(

(6.7)

pms

f 1

l 22,1

V 1000

82.1 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ ) ⎜ ⎝

Trong đó:

∆pms – Tổn thất áp suất do ma sát, in H2o.

fl – Độ nhẵn bề mặt bên trong của ống .

l – Chiều dài của ống dẫn, ft.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 98

6.5.1. Tổn thất áp suất do ma sát

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

d – Đường kính ống dẫn, in.

V – Tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn, fpm.

Khi dòng khí chuyển động trong ống dẫn, ngoài tổn thất áp suất do ma sát giữa

không khí và thành ống, sự chuyển đổi hướng chuyển động của dòng không khí ở

những đoạn ống cong, sự rẽ nhánh hoặc thay đổi tiết diện của ống dẫn cũng đưa đến sự

sụt giảm áp suất.

Trong phần này ta nói đến trở lực cục bộ là nguyên nhân gây ra tổn thất ở

những trường hợp nêu trên. Rõ ràng tổn thất áp suất do trở lực cục bộ là lớn hơn tổn

thất âp suất do ma sát. Để thuận tiện người ta quy đổi tổn thất ở những vị trí này thành

một chiều dài xác định nào đó của đoạn ống thẳng gọi là chiều dài tương đương, chiều

dài tương đương cũng bị biến đổi bởi kích thước ống dẫn.

Khi chiều dài tương đương ứng với các tổn thất áp suất do trở lực cục bộ được

cộng vào chiều dài hiện có của đoạn ống dẫn thẳng, ta gọi toàn bộ chiều dài đó là

chiều dài tổng tương đương của đoạn ống dẫn.

Việc xác định tổn thất áp suất do trở lực cục bộ thực chất là việc xác định chiều

dài tương đương, sau khi xác định xong thì việc tìm cụ thể trị số tổn thất áp suất rất

đơn giản.

Gọi ∆pch là tổn thất áp suất do trở lực cục bộ, ta có:

β=

(6.8)

pch

γ 2 g

Trong đó:

β – là hệ số trở lực cục bộ.

Khi so sánh với công thức tổn thất áp suất do ma sát ta rút ra được:

l =

(6.9)

βd λ

l là chiều dài tương đương.

Tổn thất áp suất do trở lực cục bộ cũng chính là tổn thất áp suất tổng ở những vị

trí tương ứng. Tuy nhiên không giống như trường hợp của đoạn ống dẫn thẳng có tiết

diện không đổi, trong trường hợp này áp suất tĩnh có quy luạt biến đổi phức tạp hơn.

Gọi βT, βS là hệ số β ứng với trường hợp tổn thất áp suất tổng và áp suất tĩnh, ta

có:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 99

6.5.2. Tổn thất áp suất do chuyển đổi hướng, rẽ nhánh hoặc thay đổi tiết diện ống

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

1 −+

(6.10)

T ββ = S

V 2 V 1

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

Trong đó V1, V2 là vận tốc của không khí vào và ra khỏi những đoạn ống có trở

lực cục bộ.

6.6. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Cho đường ống như hình vẽ với các thông số sau:

Đường kính ống d=20 cm, z1=2 m, z2=4 m, áp suất tĩnh tại mặt cắt 1-1 pt1=980 Pa. Lưu lượng khí trong ống Q=900 m3/h. Giả sử bỏ qua tổn thất tính áp suất tĩnh tại mặt cắt 2-2, trọng lượng riêng của không khí γ=1.2 (N/m3)

Ví dụ 1:

Hình 6.5: Hệ thống ống dẫn khí

Áp dụng phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 ta có:

z.y

const

γ g2

V 1

V 2

γ g2

Do ống có đường kính không đổi nên:

v1=v2

Tại mặt cắt 1-1: có z1=2 m, pt1=980 Pa.

Tại mặt cắt 2-2: có z2=4m

Thay thông số vào phương trình Becnuli :

z. γ − 1

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 100

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

980

977

)Pa(6.

−

( 422.1

)

p 2t

Cho đường ống như hình vẽ với các thông số sau:

Đường kính ống d=30 cm, L=50 m, áp suất tĩnh tại mặt cắt 2-2 pt2=980 Pa. Lưu lượng khí trong ống Q=900 m3/h. Áp suất tĩnh tại mặt cắt 1-1, trọng lượng riêng của không khí γ=1.2 (N/m3) hệ số ma sát λ=0.01.

Ví dụ 2:

Hình 6.4: Đường ống dẫn khí

Áp dụng phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 ta có:

V 1

V 2

p + Δγ 2

γ g2

Do ống có đường kính không đổi nên:

v1=v2

v 1

Q d. π 4

Chọn mặt chuẩn là mặt phẳng qua tâm của đường ống.

Tại mặt cắt 1-1: có z1=0 m,

Tại mặt cắt 2-2: có z2=0 m, pt2=980 Pa.

Tổn thất ma sát trong đường ống:

L γ g.2d

Thay vào phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt ta có:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 101

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

. λ

γ g2

L γ g.2d

γ g2

. λ+

L γ g.2d

. λ

L γ g.2d

Q.4 d. π

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ . ⎜⎜ ⎝

. λ+

L γ g.2d

Q.16 d. π

Thay số vào ta tính được áp suất tĩnh tại mặt cắt 1-1:

. λ+

.L γ g

Q.8 d

)

980

.02.0

1004

)Pa(69.

2.1.50 10

( 25.0.8 ) ( 3.0

Cho đường ống có các thông số sau: H=3m; L1=10m; L2=12m; d1= d2=50cm;

hệ số ma sát là λ=0.03;bỏ qua tổn thất cục bộ; khối lượng riêng của không khí 1,2kg/m3. Áp suất P2= 980(N/m2), Q=500(m3/h).

Bài tập 1:

P 2

2 P 1

1

Xác định P1?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 102

Hình 6.5: Đường ống dẫn khí

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài tập 2:

Cho đường ống có các thông số sau: L1=10m; L2=8m; d1= 50cm; d2=30cm; hệ số ma sát là 0.03, khối lượng riêng của không khí 1,2kg/m3. Áp suất Pt1= 980(N/m2), Q=500m3/h.

1 t P

2 t P

Xác định Pt2?

1. Trình bày phương trình Becnuli trong đường ống dẫn khí?

2. Trình bày sự biến đổi của các loại áp suất trong đường ống?

3. Trình bày hiệu ứng ống khói?

4. Nêu các loại tổn thất trong đường ống?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 103

CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Chương 7

QUẠT

7.1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA QUẠT

Trong các hệ thống điều hòa không khí, quạt là phương tiện dùng để tạo nên

dòng không khí chuyển động nhằm phục vụ cho các yêu cầu kĩ thuật ở các chi tiết và

thiết bị có liên quan đến không khí như: dàn ngưng tụ, dàn bay hơi, đường ống cấp gió

và thải gió…

Về nguyên tắc, quạt sẽ chuyển đổi cơ năng nhận được ở trục thành độ gia tăng

áp suất tổng để làm cho không khí di chuyển.

7.1.1.Khái niệm

7.1.2. Các thông số của quạt

Là không khí ở điều kiện áp suất 760mmHg, nhiệt độ 2930K và độ ẩm tương

đối 50%. Ở trạng thái này khối lượng riêng của không khí khoảng 1,2kg/m3.

7.1.2.1. Không khí ở trạng thái tiêu chuẩn

Nếu gọi pr là áp suất tuyệt đối của không khí ở đầu ra của quạt, pv là áp suất

tuyệt đối của không khí ở đầu vào của quạt.

Ta định nghĩa tỷ số nén như sau:

R =

(7.1)

p r p v

7.1.2.2. Tỷ số nén

Là thể tích không khí chuyển động qua quạt trong một đơn vị thời gian

v.AQ =

(7.2)

+ A: là tiết diện tại mặt cắt đo vận tốc khí vuông góc với dòng khí.

+ v: Vận tốc trung bình của dòng khí tại mặt cắt cần đo.

7.1.2.3. Lưu lượng gió

Là áp suất có liên quan đến tốc độ của không khí ở đầu ra của quạt. Về mặt trị

số, áp suất động được xác định thông qua áp suất tổng và áp suất tĩnh, và là hiệu số

của hai giá trị này. Ở điều kiện không khí tiêu chuẩn, có thể xác định được áp suất

động của quạt bằng công thức:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 104

7.1.2.4. Áp suất động của quạt

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

(7.3)

pqđ

V 04,4

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Trong đó:

V – Tốc độ trung bình của không khí ở đầu ra của quạt, m/s.

pqđ – Áp suất động của quạt.

Gọi pft là áp suất tĩnh của quạt là áp suất cần thiết để dòng khí thắng sức cản

của đường ống, được xác định theo công thức Becnuli cho dòng khí:

(7.4)

p = qt ρ g.

7.1.2.5. Áp suất tĩnh của quạt

Là độ chênh lệch áp suất tổng giữa đầu vào và đầu ra của quạt. Ta hiểu áp suất

tổng của quạt như là thông số thể hiện sự gia tăng mức năng lượng khi dòng không khí

tiếp nhận lượng cơ năng từ quạt.

7.1.2.6. Áp suất tổng của quạt

(7.5)

Pqtong = pqt + pqđ

Hình 7.1: Đo áp suất của quạt

Công suất lý thuyết là công suất cần thiết để kéo quạt khi không tính đến các

tổn thất. Ta có công thức tính như sau:

qtong

(7.6)

3600

102.

Ở đây:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 105

7.1.2.7. Công suất lý thuyết của quạt và các loại hiệu suất

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

P – Công suất lý thuyết của quạt, KW. Q – Lưu lượng thể tích quạt, m3/h. pqtong – Áp suất tổng của quạt, kg/m2.

Gọi N là công suất thực tế của quạt, ηf là hiệu suất toàn phần của quạt

(7.7)

=η f

qtong 102

3600

7.2. CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ QUẠT

- Quan hệ giữa tốc độ và lưu lượng:

(7.8)

Q 1 Q 2

n 1 n 2

- Quan hệ giữa tốc độ và áp suất:

1qt

(7.9)

n n

2qt

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

- Quan hệ giữa tốc độ và công suất:

(7.10)

N 1 N

n 1 n 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

7.2.1. Tốc độ quạt thay đổi

- Quan hệ giữa lưu lượng thể tích và khối lượng riêng:

(7.11)

Q1 = Q2

- Quan hệ giữa áp suất và khối lượng riêng:

(7.12)

P qt P qt

ρ 1 ρ 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

- Quan hệ giữa công suất và khối lượng riêng:

(7.13)

N 1 N

ρ 1 ρ 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

7.2.2. Khối lượng riêng không khí thay đổi

Trong trường hợp này lưu lượng thể tích tốc độ của quạt và công suất phụ thuộc

vào khối lượng riêng của không khí theo công thức sau:

1 2

(7.14)

N 1 N

Q 1 Q 2

n 1 n 2

ρ 1 ρ 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 106

7.2.3. Tốc độ quạt và khối lượng riêng không khí thay đổi

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

7.2.4. Tốc độ vòng quay của quạt thay đổi

Khi tốc độ quay của quạt thay đổi, lưu lượng khối lượng và hệ thống khảo sát

không biến đổi thì ta có:

1qt

(7.15)

Q 1 Q 2

n 1 n 2

2qt

ρ 1 ρ 2

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

(7.16)

N N

ρ 2 ρ 1

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

- Khi kích thước D của quạt thay đổi:

(7.17)

N 1 N

Q 1 Q 2

D 1 D 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

(7.18)

qqt1 = pqt2

(7.19)

n 1 n 2

D 2 D 1

- Khi kích thước D của quạt thay đổi:

(7.20)

Q 1 Q 2

D 1 D 2

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

1qt

(7.21)

2qt

D 1 D 2

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

(7.22)

u 1 u

D 1 D 2

(7.23)

N 1 N

D 1 D 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

7.2.5. Kích thước D của quạt thay đổi

Người ta gọi các đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất tổng và áp

suất tĩnh do quạt tạo nên,công suất tiêu thụ, hiệu suất toàn phần, hiệu suất tĩnh theo lưu

lượng thể tích của quạt ứng với một tốc độ quay cụ thể của quạt là các đường đặc tính

của quạt.

Các đường đặc tính của quạt sẽ được trình bày ứng với không khí ở trạng thái

tiêu chuẩn.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 107

7.3. CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Trường hợp n thay đổi sự thay đổi các thông số của quạt được trình bày ở hình

Hình 7.2: Các đường đặc tính của quạt hướng trục

Hình 7.3: Các đường đặc tính của quạt ly tâm

7.4. PHÂN LOẠI QUẠT

7.4.1. Phân loại quạt.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 108

Hình 7.4: Các loại quạt trong thực tế

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Người ta chỉ chế tạo quạt ly tâm và quạt hướng trục.

Lý thuyết của quạt ly tâm và quạt hướng trục không khác gì với bơm ly tâm và

bơm hướng trục ,chỉ khác ở đặc tính đường ống.Đường tổn thất áp lực ở quạt bắt đầu

từ gốc toạ độ vì chiều cao địa lý với quạt bỏ qua do khối lượng riêng của không khí

1000

29,1=ρ

=ρ

kg/m3) rất nhỏ so với của nước (

kg/m3).

(

Phân loại quạt theo áp suất làm việc và theo số vòng quay riêng.

- Quạt thấp áp: Áp suất đến 1000N/m2 (100 mm H2O). - Quạt trung áp: Áp suất đến 3000N/m2 (300 mm H2O). - Quạt cao áp: Áp suất đến 10.000N/m2 (1000 mm H2O).

7.4.1.1. Căn cứ vào áp suất

- Quạt quay chậm: ns = 100-200

- Quạt quay vừa: ns = 200-600

- Quạt quay nhanh: ns = 600-1200

- Quạt quay đặc biệt nhanh: ns = 1200- 4000.

Số vòng quay riêng được tính theo công thức:

.13

(7.24)

ns =

Qn 3 4

Trong đó :

- n : Số vòng quay của quạt [vòng / phút].

- H:Chiều cao cột áp của quạt [mm H2O]. - Q:lưu lượng của quạt [m3 / s] .

(Số vòng quay riêng của quạt là vòng quay với chế độ tối ưu có lưu lượng: Q =

1m3/s,áp suất: 30 mmH2O, vì 303/4 = 13) .

Quạt ly tâm và quạt hướng trục hút không khí ở điều kiện khí quyển nên tỷ số

nén là:

m = 1,002 - 1,1

Như vậy ta thấy tỷ số nén khá nhỏ, có thể bỏ qua coi như quạt làm việc với chất

khí không bị nén vì vậy các công thức của bơm cánh dẫn có thể dùng được cho quạt.

Áp suất của quạt H bằng tổng áp suất động và áp suất tĩnh:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 109

7.4.1.2. Căn cứ vào số vòng quay riêng

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

H = Ht + Hđ

(7.25)

(7.26)

H đ

2 C 2= g 2

(7.27)

p 1 g

p − 2 . ρ K

Trong đó:

- C2 : vận tốc không khí ở cửa đẩy [ m/s ] - P2: áp suất không khí ở cửa đẩy của quạt [N/m2] - P1:áp suất không khí ở cửa hút [N/m2] Kρ : Khối lượng riêng của không khí [ kg/m3]

- Ht: Cũng chính là tổng tổn thất tĩnh đường ống m

. λ

(7.28)

∑

2 ρ K 2

l d

⎛ ⎜ ⎝

⎞ . ⎟ ⎠

Công suất đặt trên trục quạt :

N =

(7.29)

. . . HQg ρ K 1000 . η

Trong đó: - Q: m3/s

- Hk: áp suất quạt tính theo m cột khí.

Kρ : Khối lượng riêng của không khí [ kg/m3]

- g: gia tốc trọng trường m/s2

- h : Hiệu suất chung của quạt:h = 60-70%

Công thức chuyển đổi áp lực cột khí sang cột nước:

Hg . . ρ

. ρ K

Đổi ra:

(7.30)

ρ. H ρ K

Với:

- HK : Áp cột khí đo theo m cột khí

- H : áp suất quạt đo theo m H2O.

Nếu áp lực quạt tính theo mmH2O thì ta có công thức khác tính công suất:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 110

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

N =

(7.31)

.81.9 1000

. HQ η.

Với :

- Q: m3/s

- H: mmH2O. (1mmH2O = 10 N/m2).

Dòng chuyển động của không khí tiếp tuyến với rotor của quạt. Dựa vào cấu tạo

người ta chia quạt ly tâm thành các loại sau:

a) Quạt ly tâm cánh cong về phía trước:

Người ta sử dụng quạt này khi cần lưu lượng lớn nhưng áp suất tĩnh thấp. Phần

đỉnh cánh và phần chân cánh hướng theo chiều quay của quạt.

7.4.2 Quạt ly tâm

Ưu diểm :

+ Giá thành thấp

+ Tốc độ vòng quay thấp.

+ Phạm vi hoạt động rộng.

Nhược điểm:

+ Kết cấu quạt không vững chắc.

+ Dễ gây quá tải cho động cơ khi áp suất tĩnh giảm xuống.

b) Quạt ly tâm cánh cong nghiêng về phía sau:

Người ta sử dụng quạt này khi cần lưu lượng lớn nhưng áp suất tĩnh cao. Phần

đỉnh cánh và phần chân cánh hướng ngượctheo chiều quay của quạt.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 111

Hình 7.5: Quạt ly tâm cánh cong phía trước

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Ưu diểm :

+ Hiệu suất làm việc cao

+ Kết cấu chắc chắn hơn.

+ Phạm vi hoạt động rộng.

Nhược điểm:

+ Số vòng quay của quạt cao

+ Giá thành cao.

c) Quạt ly tâm có cánh hướng kính:

Phần đỉnh cánh và phần chân cánh lắp hướng kính với rotor.

Hình 7.6: Quạt ly tâm cánh cong nghiêng về phía sau

Ưu diểm :

+ Có khả năng tạo áp suất tĩnh lớn.

+ Kết cấu chắc chắn hơn.

+ Lưu lượng khí cao

Nhược điểm:

+ Hiệu suất thấp.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 112

Hình 7.7: Quạt ly tâm hướng kính

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

+ Giá thành cao.

Dòng không khí chuyển động song song với trục quay của quạt.

Dựa vào cấu tạo người ta chia quạt hướng trục

a) Loại ít cánh

Với loại quạt này thường có 3-6 cánh quạt, cánh thường làm bằng tôn hoặc

nhựa.

7.4.3 Quạt hướng trục

b) Loại có số cánh trung bình

Với loại quạt này thường có 6-9 cánh quạt..

Hình 7.8: Quạt hướng trục loại ít cánh

c) Loại nhiều cánh

Với loại quạt này thường có 8-16 cánh quạt, cánh có dạng khí động.

Hình 7.9: Quạt hướng trục loại ít cánh

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 113

Hình 7.10: Quạt hướng trục loại nhiều cánh

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

7.5. CÁCH CHỌN QUẠT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG

QUẠT

7.5.1. Cách chọn quạt

- Nơi đặt quạt và mà nhiệm vụ kỹ thuật mà quạt thực hiện

- Các đặc điểm của hệ thống ống dẫn đi kèm

- Yêu cầu về độ ồn

- Chi phí năng lượng

Thông thường việc chọn quạt phải trải qua 2 bước:

- Chọn loại quạt thích hợp

- Xác định hợp lý các thông số cần thiết và các kích thước của quạt để đảm bảo

các yêu cầu đề ra

Trong quá trình chọn quạt cần xem kĩ các yếu tố sau đây:

- Ở chế độ hoạt động bình thường của quạt, lưu lượng và áp suất tổng của quạt

phải đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống.

- Do phụ tải của hệ thống không ổn định cho nên cần có cơ cấu điều chỉnh sự

làm việc của quạt phù hợp với phụ tải, đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh

tế và hiệu quả của hệ thống trong quá trình vận hành.

- Cần lưu ý đến hiệu suất của quạt vì năng lượng tiêu tốn cho sự hoạt động của

quạt chiếm một phần đáng kể trong tổng năng lương chi phí cho hệ thống.

- Thông thường nguyên nhân gây ồn trong hệ thống điều hòa không khí tập

trung xuất phát từ quạt và ống dẫn không khí, vì vậy cần phải đảm bảo độ ồn trong

không gian cần điều hòa nằm ở phạm vi cho phép.

- Việc nối các ống dẫn ở đầu vào và đầu ra của quạt có ảnh hưởng đáng kể đến

các đặc tính của toàn bộ hệ thống ống dẫn khí, do đó cần quan tâm đến việc đảm bảo

đáp ứng được các yêu cầu kèm theo của hệ thống ống dẫn.

- Các đặc điểm về vận hành

Để điều chỉnh lưu lượng quạt có những cách sau:

7.5.2. Phương pháp điều chỉnh lưu lượng quạt

Cách này đơn giản,có thể đặt van ở ống hút hay ống đẩy.Đặt ở đường ống hút

kinh tế hơn.Khi đóng bớt hay mở thêm làm thay đổi đường đặc tính tĩnh Ht để dịch

chuyển đường làm việc của quạt.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 114

7.5.2.1. Điều chỉnh lưu lượng bằng van

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

7.5.2.2. Điều chỉnh bằng thay đổi số vòng quay

Đây là phương án kinh tế nhất nhưng cần có động cơ thay đổi tốc độ hay hộp số

nên phức tạp.

Bộ cánh thường đặt ở cửa hút của quạt,khi chế tạo làm cho nó có thể xuay được

khi cần,phương pháp này làm thay đổi độ dốc của đường đặc tính H-Q của quạt với

số vòng quay không đổ ,điểm A vẫn không thay đổi.

7.5.2.3. Thay đổi bằng điều chỉnh cánh hướng dòng

Hình 7.11: Sự thay đổi đường đặc tính khi điều chỉnh quạt

7.5. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Một quạt cấp gió có tốc độ vòng quay 600 vòng/phút , sử dụng động cơ có công

suất là 7.5kW, áp suất tĩnh của hệ thống là 600 Pa và lưu lượng khí vận chuyển là

18000 m3/h ở điều kiện tiêu chuẩn. Xác định tốc độ và công suất của quạt thay đổi nếu

lưu lượng khí tăng lên 24000 m3/h.

Ví dụ 7.1:

Do lưu lượng của khí tăng lên nên tốc độ của quạt cũng thay đổi ta sử dụng

công thức sau:

Q Q

n n

Từ đây thay thông số Q1=18000 m3/h, Q2=24000 m3/h, n1=600 vg/ph ta có:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 115

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

n 1

.600

800

Q 2 Q 1 24000 18000 )ph/vg (

Công suất của quạt liên hệ với số vòng quay theo công thức sau:

N N

n n

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

n n

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

Từ đây thay thông số N1=7.5 kW, n2=800 vg/ph, n1=600 vg/ph ta có:

n 2 n 1

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

800 600

⎛ ⎞ 5.7 ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ⎠ kW78.17

Một quạt cấp gió có tốc độ vòng quay 600 vòng/phút , sử dụng động cơ có công

suất là 3 kW, áp suất tĩnh của hệ thống là 300 Pa và lưu lượng khí vận chuyển là 6000

m3/h ở điều kiện tiêu chuẩn. Xác định tốc độ, lưu lượng và áp suất tĩnh của quạt thay

đổi nếu nếu dùng động cơ có công suất là 4.5kW.

Ví dụ 7.2:

Khi công suất động cơ tăng lên thì tốc độ vòng quay sẽ tăng lên ta dựa vào công

thức sau để tính số vòng quay:

N N

n 2 n 1

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

1 3

N N

⎛ ⎜ .n ⎜ 1 ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Từ đây thay thông số N1=3 kW, N2=4.5 kW, n1=600 vg/ph ta có:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 116

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

1 3

N N

⎛ ⎜ .n ⎜ 1 ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

1 3

5.4 3

⎛ ⎞ .600 ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ⎠ ph/vg

686

Lưu lượng khí của quạt liên hệ với số vòng quay theo công thức sau:

Q Q

n n

Từ đây thay thông số Q1=6000 m3/h, n1=600 vg/ph, n2=686 vg/ph ta có:

QQ =

n n

6000 .

6860

686 600 h/m

Áp suất tĩnh của quạt liên hệ với số vòng quay theo công thức sau:

p p

n n

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

Từ đây thay thông số p1=300 Pa, n1=600 vg/ph, n2=686 vg/ph ta có:

p p

n n

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

n 2 n 1

⎛ ⎜ .p ⎜ 1 ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

686 600

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ .300 ⎜⎜ ⎝ Pa

392

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 117

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài tập 7.1:

Một quạt cấp gió có thông số sau đường kính quạt D1=400 mm, lưu lượng 6000

m3/h , áp suất tĩnh p1=200 Pa, tốc độ 650 vg/phút và công suất N1=1.7 kW. Lưu

lượng, áp suất tĩnh, công suất sẽ thay đổi thế nào nếu tăng đường kính quạt lên

D2=600 mm với tốc độ vòng quay không đổi.

Một quạt cấp gió có s lưu lượng 9000 m3/h , áp suất tĩnh p1=200 Pa, tốc độ 800

vg/phút và công suất N1=9 kW. Nhiệt độ của không khí 1150C.Công suất, áp suất tĩnh

quạt thay đổi thế nào nếu nhiệt độ không khí giảm xuống 200C.

Bài tập 7.2:

1. Trình bày các thông số cơ bản của quạt?

2. Nêu nguyên lý làm việc và phân loại quạt ly tâm?

3. Nêu nguyên lý làm việc và phân loại quạt hướng trục?

4. Nêu các cách điều chỉnh lưu lượng quạt?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 118

CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Chương 8

ỐNG DẪN KHÍ

8.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ỐNG DẪN KHÍ

Ống dẫn khí là một trong các phương tiện dùng để vận chuyển và phân phối khí

đến nơi có yêu cầu. Về mặt cấu tạo, hệ thống ống dẫn không khí bao gồm một số đoạn

ống ghép nối tiếp với nhau, có hoặc không có rẽ nhánh, tiết diện ống có thể tròn,

vuông, chữ nhật hoặc một tiết diện bất kì. Trong hệ thống,người ta dùng quạt để làm

không khí chuyển động.

Đường ống dẫn không khí từ bộ phận làm lạnh của hệ thống lạnh đến không

gian cần điều hòa được gọi là ống cấp hay ống đi, còn đường ống dẫn không khí từ

bên trong không gian cần điều hòa trở về hệ thống lạnh được gọi là ống tái tuần hoàn

hay ống về. Ngoài ra còn có ống thải, thải bớt một phần không khí trong không gian

cần điều hòa ra môi trường.

Khi thiết kế ống dẫn khí cần chú ý một số yêu cầu sau:

- Ít gây tiếng ồn.

- Tổn thất lạnh nhỏ.

- Tổn thất áp suất trên đường ống ít.

- Chiếm không gian không nhiều và đảm bảo các yêu cầu mỹ thuật.

- Có cấu tạo hợp lý dễ lắp đặt giá thành thích hợp.

- Chí phí vận hành thấp

8.1.1. Khái niệm chung

8.1.2. Phân loại ống dẫn khí

Phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của không khí bên trong ống dẫn mà người

ta chia ống dẫn không khí thành 2 loại: loại tốc độ cao và loại tốc độ thấp.

8.1.2.1 Phân loại theo tốc độ

- Loại áp suất thấp: dưới 95 mmH2O.

- Loại áp suất trung: từ 95 mmH2O đến 172 mmH2O

- Loại áp suất cao: từ 172mmH2O đến 380 mmH2O

Áp suất này là áp suất tổng của hệ thống

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 119

8.1.2.2 Phân loại theo áp suất

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

8.2. LỰA CHỌN TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐƯỜNG KÍNH TƯƠNG

ĐƯƠNG CỦA ỐNG DẪN

Để đảm bảo yêu cầu của phụ tải lạnh, rõ ràng cần phải xác định lưu lượng

không khí cần thiết đi qua hệ thống và đi vào từng không gian cần điều hòa. Tùy theo

việc lựa chọn tốc độ chuyển động của không khí mà kích thước ống dẫn sẽ to hay nhỏ,

ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến chi phí vận hành và độ ồn.

8.2.1. Lựa chọn tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn

Trong tế người ta thường dùng ống dẫn có tiết diện hình chữ nhật hoặc hình

tròn.

Để tính toán thiết kế hệ thống ống dẫn khí, thông thường người ta xây dựng sẵn

các giản đồ trong đó ống dẫn được xem như dạng tròn và đường kính của ống là một

trong vài thông số chủ yếu của giản đồ. Trong trường hợp ống dẫn có tiết diện hình

chữ nhật thì ta vẫn có thể sử dụng giản đồ nói trên, tuy nhiên cần phải tính thông số

mới là đường kính tương đương dtđ bằng công thức sau :

1 8

(8.1)

dtđ

( ) ba . ( ba +

)

⎡ .3,1 ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

Với a,b là các cạnh hình chữ nhật tính bằng mm

Với giá trị dtđ tính trên thì ta có thể xem như ống dẫn hình chữ nhật và ống dẫn

hình tròn ứng với đường kính dtđ có cùng tổn thất áp suất khí chúng có cùng một lưu

lượng không khí chuyển động qua ống và tính trên một đoạn ống dài như nhau.Tuy

nhiên tiết diện thực sự của ống dẫn chử nhật a, b và ống dẫn tròn có đường kính dtđ tính theo công thức trên là không bằng nhau ra luôn có : S > S’

Trong đó: - S’ là tiết diện hình chữ nhật, S’ = a.b. - S tiết diện ống dẫn tròn, S = πd2/4.

Trong thực tế ta cũng gặp ống dẫn không khí có tiết diện hình oval, thì đường

kính dtđ được tính theo công thức sau:

625

(8.2)

d tđ =

A 25,0

55,1 p

Ở đây:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 120

8.2.2. Xác định đường kính tương đương

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

- A là tiết diện mặt cắt ống dẫn oval mm2

( )bab . −

2π d 4

- P là chu vi của mặt cắt mm

P= πb + 2( a – b)

- a, b là cạnh tương ứng của hình chữ nhật ngoại tiếp với tiết diện oval, a là

cạnh dài b là cạnh ngắn (mm)

Thông thường khi thiết kế ống dẫn không khí người ta sử dụng một trong ba

phương pháp sau:

- Phương pháp ma sát đồng đều (equal friction ).

- Phương pháp giảm tốc độ ( velocity reduction ).

- Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh ( static ragain ).

Ngoài ra còn có một số phương pháp khác :

- Phương pháp T ( T – method ).

- Phương pháp tốc độ không đổi ( constant velocity ).

- Phương pháp áp suất tổng ( Total pressure).

- Phương pháp sở đồ mạch điện.

8.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ỐNG DẪN KHÔNG KHÍ

Được xem là phương pháp đơn giản nhất tuy nhiên đòi hỏi người thiết kế phải

có kinh nghiệm thực tế. Thông thường người ta chỉ sử dụng phương pháp này cho

những hệ thống ống dẫn không khí đơn giản. Khi thiết kế theo phương pháp này cần

thực hiện các bước tuần tự sau:

- Chọn tốc độ chuyển động của không khí trong đoạn ống chính trước lúc rẽ

nhánh

- Ở các đoạn ống kế tiếp và đoạn ống nhánh, tốc độ được chọn phải theo

khuynh hướng giảm dần so với giá trị ban đầu của đoạn ống chính

- Ứng với tốc độ đã chọn và lưu lượng không khí qua từng đoạn ống đã biết,

xác định cụ thể kích thước tương ứng của từng đoạn ống

- Trên cơ sở tốc độ, lưu lượng và kích thước của từng đoạn ống, tra đồ thị để

tìm các giá trị tổn thất áp suất tương ứng

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 121

8.3.1. Phương pháp giảm tốc độ

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

- Giá trị tổn thất áp suất lớn nhất tính theo một đường dẫn bất kì nào đó trong hệ

thống là giá trị cần thiết để lựa chon quạt gió.

Nội dung cơ bản của phương pháp này là tổn thất áp suất tính trên một đơn vị

chiều dài ống đều như nhau trong toàn bộ hệ thống. Phương pháp này thích hợp cho

các hệ thống thuộc loại có tốc độ thấp, được dùng để thiết kế các ống đi, ống về, ống

thải.

Quá trình thiết kế hệ thống ống dẫn theo phương pháp ma sát đồng đều có thể

được tiến hành theo một trong hai hướng:

-Lựa chon tiết diện điển hình trong hệ thống ống dẫn và chọn tốc độ không khí

thích hợp ứng với diện tích đó. Từ giá trị lưu lượng đã biết, xác định cụ thể các thước

của tiết diện này và trên cơ sở đó tính toán tổn thất áp suất. Giá trị tổn thất áp suất đã

xác định ở tiết diện điển hình được xem như yếu tố chuẩn để tính kích thước của các

đoạn ống tiếp theo.

- Chọn giá trị tổn thất áp suất hợp lý và giữ nguyên giá trị này cho toàn bộ hệ

thống. Trên cơ sở lưu lượng đã biết,có thể xác định được kích thước của ống dẫn ở các

vị trí khác nhau.

Vấn đề chon tổn thất áp suất chuẩn để làm cở sở thiết kế là vấn đề quan trọng.

Các nhà nghiên cứu đã đề nghị đối với các hệ thống tốc độ thấp nên chọn giá trị tổn thất áp suất chuẩn vào khoảng trên dưới 1 N/m2 cho 1m chiều dài ống.

8.3.2. Phương pháp ma sát đồng đều

Có thể sử dụng phương pháp này để thiết kế các ống đi với bất kỳ loại tốc độ và

áp suất nào. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là xác định kích thước của ống

dẫn sao cho tổn thất áp suất trong đoạn ống đó đúng bằng độ gia tăng áp suất tĩnh do

sự giảm tốc độ chuyển động của không khí sau mỗi nhánh rẽ.

Hệ thống ống dẫn thiết kế theo phương pháp này có một số đặc điểm sau

- Kích thước của ống dẫn chình tương đương nhau.

- Kích thước của các ống nhánh lớn hơn.

- Chí phí đầu tư ban đầu lớn, nhưng ví tổn vận hành thấp.

Để tiến hành tính toán hệ thống ống dẫn không khí theo phương pháp này cần

phải thực hiện các bước sau:

- Chọn tốc độ hợp lý ở ống dẫn chinh theo bảng

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 122

8.3.3. Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

- Xác định kích thước của ống dẫn chính

- Kích thước của tiết diện còn lại trong hệ thống ống dẫn được xác định nhờ vào

các đồ thị

- Khi đã có tốc độ V2 kết hợp với lưu lượng không khí qua ống đã biết, ta sẽ

tính được kích thước của các tiết diện đó.

Là phương pháp tối ưu hóa trong việc thiết kế hệ thống ống dẫn không khí mới

được phát triển trong thời gian gần đây. Điểm đặc biệt của phương pháp này là hết sức

chú ý đến các vấn đề như chi phí vật tư ban đầu, chi phí vận hành, sự tiêu hao năng

lượng, số giờ vận hành… Có thể thực hiện các tính toán theo phương pháp này bằng

tay và bằng các phương trình cho sẵn.

8.3.4. Phương pháp T

Nội dung cơ bản của phương pháp này là việc lựa chọn tốc độ hợp lý nhất cho

toàn bộ hệ thống. Phương pháp này áp dụng cho các hệ thống áp suât cao.

8.3.5. Phương pháp tốc độ không đổi

Là phương pháp được cải tiến trên cơ sở phương pháp phục hồi áp suất tĩnh.

Phương pháp này cho phép người thiết kế xác định các tổn thất áp suất tổng tức thời

tại mỗi tiết diện của hệ thống ống dẫn. Ưu điểm của phương pháp này là xác định ngay

được tổn thất áp suất ngay tại các tiết diện ống dẫn, từ đó có thể biết được các yêu cầu

về áp suất tổng mà quạt phải đáp ứng.

8.3.6. Phương pháp áp suất tổng

8.4. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT Ở CÁC ĐOẠN ỐNG THẲNG CÓ TIẾT DIỆN

Với mục đích công thức hóa các mối quan hệ giữa ∆pms và các thông số có liên

quan, Friztsche đã đề nghị thêm công thức sau:

825,1

p =Δ

629,1

(8.3)

v16.91 d

Ở đây:

∆pms – Tổn thất áp suất do ma sát, N/m2

v – Tốc độ chuyển động trung bình của không khí, m/s

l – Chiều dài của ống dẫn không khí, m

d – Đường kính bên trong của ống dẫn, mm

Công thức của Colebrook và White :

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 123

KHÔNG THAY ĐỔI

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

4 −=

(8.4)

( dpN . Δ

)

k s .7,3 d

dpN Δ

⎛ ⎜ log. ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟⎟ ⎠

Trong đó:

V – Lưu lượng thể tích của không khí, m3/s ∆pms – Tổn thất áp suất tính trên 1m chiều dài ống, N/m2

d – Đường kính bên trong của ống, m

ks – Độ nhấp nhô tuyệt đối của bề mặt bên trong ống, m

30842

1 − . γ

(8.5)

2 π 32

(8.6)

N4 = 1,255πμ/4γ = 0,98567 μ/ γ

γ – Trọng lượng riêng của không khí , kgf/m3

μ – Độ nhớt tuyệt đối của không khí, kg/m.s

Ngoài ra Darcy cũng đề nghị phương trình sau:

(8.7)

∆pms = f.(800L/Dh)pđ

Với :

f – Hệ số ma sát

L – Chiều dài của ống dẫn, m

Dh – Đường kính tính toán

pđ – Áp suất động, Pa

8.5. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở NHỮNG ĐOẠN ỒNG CONG

Một số thuật ngữ dùng trong phần này:

- Đoạn cong liên tục: Là đoạn cong được gia công liên tục không phải do sự lắp

ghép của nhiều đoạn nhỏ.

- Đoạn cong do lắp ghép: Là đoạn cong được chế tạo bằng cách lắp ghép nhiều

đoạn khác nhau

Ngoài ra tùy theo góc chuyển hướng của đoạn cong mà ta có thể có loại 450 và

900

∆pcb = β. pđ

Tổn thất áp suất do trở lực cục bộ ∆pcb cũng chính là tổn thất áp suất tổng ở

những đoạn cong tương ứng, đó chính là mục tiêu ta tìm cách xác định.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 124

8.5.1. Đoạn cong có tiết diện hình tròn

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

0.5

0.75

1.0

1.5

2.0

2.5

Bảng 8.1: Xác định hệ số trở lực cục bộ β của loại đoạn cong liên tục (900)

0.71

0.33

0.22

0.15

0.13

0.12

R/D

θ=900

Bảng 8.2: Xác định hệ số trở lực cục bộ β của loại đoạn cong lắp ghép có

0.46

0.33

0.24

0.19

0.50

0.37

0.27

0.24

0.98

0.54

0.42

0.34

0.33

R/D N 0.5 0.75 1.0 1.5 2.0

200

300

450

600

750

900

Bảng 8.3: Xác định hệ số trở lực cục bộ β của loại đoạn cong kết nối thẳng góc

0.08

0.16

0.34

0.55

0.81

1.2

Giá trị hệ số trở lực cục bộ chịu ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của không

khí và các kích thước hình học của đoạn cong.

8.5.2. Đoạn cong có tiết diện chữ nhật

W

H

L

Khi W/H = 1 ta dùng bảng 8.4

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 125

Hình 8.1: Ống có tiết diện chữ nhật

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Bảng 8.4: Hệ số trở lực cục bộ β

0,62

0,90

1,6

3,6

4,0

4,2

L/H

2,4

2,8

3,2

4,0

6,0

7,0

9,0

10,0

∞

3,7

3,3

3,2

3,1

2,9

2,8

2,7

2,5

2,3

L/H

8.6. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở NHỮNG ĐOẠN ỐNG CÓ TIẾT DIỆN

THAY ĐỔI

Khi đoạn ống có tiết diện mở rộng theo chiều chuyển động của không khí thì áp

suất động sẽ giảm xuống còn áp suất tĩnh sẽ tăng lên. Hình bên dưới trình bày sự biến

đổi của các loại áp suất trong đó đường liền nét ứng với trường hợp có xét đến tổn thất

áp suất, còn đoạn đứt ứng với trường hợp bỏ qua tổn thất áp suất.

8.6.1. Đoạn ống có tiết diện mở rộng

Nếu chuyển động của không khí không gây ra tổn thất thì p1 = p2

Do đó:

pt1 + pđ1 = pt2 + pđ2

Ở đây :

- pt: áp suất tĩnh

- pđ : áp suất động

Như vậy:

pđ1–pđ2 = pt1 – pt2

Tuy nhiên trong thực tế luôn có tổn thất áp suất nên p2 < p1. Ta gọi tổn thất này

là tổn thất áp suất do trở lực cục bộ ∆pcb

∆pcb = p1 – p2

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 126

Hình 8.2: Ống có tiết diện mở rộng

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Suy ra :

(8.8)

∆pcb = pt1 + pđ1 – (pt2 + pđ2)

a) Ống có tiết diện tròn

Bảng 8.5 : Hệ số trở lực cục bộ của ống

0.24

0.19

0.32

0.33

0.32

0.31

Re A2/A1 160 200 300 θ 450 600 900 1200

0.23

0.30

0.46

0.61

0.68

0.64

0.63

0.27

0.33

0.48

0.66

0.77

0.74

0.73

0.29

0.38

0.59

0.76

0.80

0.83

0.84

0.5.105 6

0.31

0.38

0.60

0.84

0.88

0.07

0.12

0.23

0.28

0.27

0.26

≥16

0.15

0.18

0.36

0.55

0.59

0.57

0.19

0.28

0.44

0.90

0.70

0.71

0.69

0.20

0.24

0.43

0.76

0.80

0.81

0.21

0.28

0.52

0.76

0.87

6 2.105 10

0.05

0.07

0.12

0.26

0.27

0.07

≥16

0.17

0.24

0.36

0.51

0.56

0.58

0.57

0.16

0.29

0.46

0.60

0.69

0.71

0.70

0.21

0.33

0.52

0.60

0.76

0.83

≥6.105 6

0.21

0.34

0.56

0.72

0.79

0.85

0.89

Trước tiên cần xác định Reynolds:

Re = 66,4.D.V

D - Đường kính đầu vào của đoạn ống

V – Tốc độ không khí ở đầu vào của đoạn ống

A1 – Tiết diện của đoạn ống đầu vào

A2 – Tiết diện của đoạn ống đầu ra

b)Ống có tiết diện chữ nhật

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 127

≥16

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bảng 8.6 : Hệ số trở lực cục bộ của ống tiết diện chữ nhật

A2/A1 160 200 300

θ 450

0,18

0,22

0,25

0,29

0,31

0,32

0,33

0,36

0,43

0,50

0,56

0,63

0,42

0,47

0,58

0,68

0,76

10≥

0,42

0,49

0,59

0,70

0,87

0,85

600 900 1200

Khi đoạn ống có tiết diện thu hẹp thì tốc đọ tăng lên áp suất động tăng lên nếu

không tính đến tổn thất áp suất ta có:

p1 = p2

pt1 + pđ1 = pt2 + pđ2

pt1 – pt2 = pđ2 – pđ1

Tuy nhiên do rối loạn dòng và xuất hiện ma sát nên tổn thất áp suất luôn tồn tại

∆pcb = p1 – p2

(8.9)

∆pcb = pt1 + pđ1 – (pt2 + pđ2)

8.6.2. Đoạn ống có tiết diện thu hẹp

Giá trị β cho bảng sau:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 128

Hình 8.3: Sự biến đổi áp suất của ống thu hẹp

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bảng 8.7 : Hệ số trở lực cục bộ của ống thu hẹp

0,05

0,06

0,12

0,18

0,24

A1/A2 150 – 450 500 – 600 100 900 1200 1500

0,05

0,04

0,07

0,17

0,27

0,35

0,05

0,04

0,07

0,18

0,28

0,36

0,05

0,08

0,19

0,29

0,37

8.7 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP

Cho đường ống có tiết diện mở rộng ( ống tròn) có thông số sau d1=100mm,

d2=2 d1, θ=200, lưu lượng khí Q=1800 m3/h. Xác định tổn thất cục bộ của không khí đi qua đoạn ống trên.Biết khối lượng riêng của không khí ρ=1.2kg/m3 không khí ở điều

kiện tiêu chuẩn.

Ví dụ 1:

Hình 8.4:Ống mở rộng

Để xác định tổn thất áp suất cục bộ ta phải tìm hệ số trở lực cục bộ β.

Tính hệ số Reynol:

V.D.4,66

Re =

Ta có đường kính vào D=d1=100 mm

Vận tốc khí vào:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 129

Giải:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Q.4 2 d π 1

3600

.4 1800 ( ) 2 .1.0.14,3 s/m69.63

Thay V,D vào ta tính được:

69,63.1.0.4,66

423

Dựa vào bảng 8.5 ta tra được thông số với θ=200, A2/A1=4 ta có β=0.3

Tổn thất cục bộ của không khí qua đoạn ống trên:

p βΔ =

Áp suất động tính cho không khí chuyển động đầu vào:

p Δ

2 1

p Δ

( 69.63.

)

ρ 2 2.1 2 2433

p Δ

Tổn thất cục bộ của không khí qua đoạn ống trên:

.3,0

2433

730

= βΔ cb

Cho đường ống có tiết diện thu hẹp ( ống tròn) có thông số sau d1=300mm,

d1=2d2, θ=300, lưu lượng khí Q=600 m3/h. Xác định tổn thất cục bộ của không khí đi qua đoạn ống trên.Biết khối lượng riêng của không khí ρ=1.2kg/m3 không khí ở điều

kiện tiêu chuẩn.

Ví dụ 2:

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 130

Hình 8.5: Ống thu hẹp

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Để xác định tổn thất áp suất cục bộ ta phải tìm hệ số trở lực cục bộ β.

d d

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

d.2 d

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ =⎟ ⎠

Dựa vào bảng 8.6 ta tra được thông số với θ=300, A2/A1=4 ta có β=0.03

Tổn thất cục bộ của không khí qua đoạn ống trên:

p βΔ =

Áp suất động tính cho không khí chuyển động đầu vào:

p Δ

2 1

ρ 2

Q.4

p Δ

ρ 2

p Δ

⎞ ⎟ ⎟ ⎠ )

( 359,2.

⎛ ⎜ . ⎜ ⎝ 2.1 2 34,3

p Δ

Tổn thất cục bộ của không khí qua đoạn ống trên:

34.3.03,0

Pa1.0

= βΔ cb

Giải:

Cho đường ống có tiết diện mở rộng ( ống tròn) có thông số sau d1=100mm,

d2=2 d1, θ=200, lưu lượng khí Q=1200 m3/h áp suất tĩnh đầu vào p1=900 Pa, xác định áp suất tính đầu ra p2 đoạn ống trên.Biết khối lượng riêng của không khí ρ=1.2kg/m3

không khí ở điều kiện tiêu chuẩn.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 131

Bài tập 1:

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Hình 8.6:Ống mở rộng

Cho đường ống có tiết diện thu hẹp ( ống tròn) có thông số sau d1=300mm,

d1=2d2, θ=300, lưu lượng khí Q=600 m3/h, áp suất tĩnh đầu ra p2=600 Pa. Xác định áp

suất tĩnh đầu vào của không khí đi qua đoạn ống trên.Biết khối lượng riêng của không khí ρ=1.2kg/m3 không khí ở điều kiện tiêu chuẩn.

Bài tâp 2:

Hình 8.7:Ống thu hẹp

1. Trình bày khái niệm và phân loại đường ống dẫn khí?

2. Nêu các phương pháp thiết kế đường ống?

3. Nêu các loại tổn thất trong đường ống dẫn khí?

4. Nêu các thay đổi lưu lượng khí trong đường ống?

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 132

CÂU HỎI ÔN TẬP

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Chí Hiệp (1998), Kỹ thuật điều hòa không khí, NXB Khoa học kỹ thuật.

[2] Nguyễn Văn May (1995), Bơm quạt, máy nén, NXB Khoa học kỹ thuật.

[3] Hoàng Đức Liên (2007), Kỹ thuật thủy khí, Trường ĐH Nông Nghiệp Hà Nội.

[4] Phùng Văn Khương- Phạm Văn Vĩnh (2008), Thủy lực và máy thủy lực, NXB.

Giáo dục.

[5] Phạm Thị Thanh Tâm (2003), Thuỷ khí kỹ thuật và máy bơm, Trường ĐH SP KT

Tp. HCM.

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 133

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

MỤC LỤC

Chương 1.THỦY TĨNH...................................................................................................2

1.1 KHÁI NIỆM CHẤT LỎNG TRONG THỦY LỰC.........................................................2

1.2. NHỮNG ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG......................................2

1.2.1.Khối lượng riêng: ......................................................................................................2

1.2.2. Trọng lượng riêng:....................................................................................................2

1.2.3. Giãn nở vì nhiệt của chất lỏng..................................................................................3

1.2.4. Sức căng mặt ngoài của chất lỏng ............................................................................4

1.2.5. Tính nhớt ..................................................................................................................4

1.3. LỰC TÁC DỤNG LÊN CHẤT LỎNG...........................................................................4

1.3.1. Nội lực ......................................................................................................................4

1.3.2. Ngoại lực ..................................................................................................................4

1.3.2.1. Lực thể tích........................................................................................................5

1.3.2.2. Lực mặt..............................................................................................................5

1.4. KHÁI NIỆM VỀ THỦY TĨNH .......................................................................................5

1.5. ÁP SUẤT THỦY TĨNH – ÁP LỰC VÀ MẶT ĐẲNG ÁP ...........................................5

1.5.1. Áp suất thủy tĩnh và áp lực.......................................................................................5

1.5.1.1. Áp suất thủy tĩnh ...............................................................................................5

1.5.1.2. Áp lực ................................................................................................................7

1.5.3. Mặt đẳng áp .............................................................................................................9

1.5.3.1 Định nghĩa ..........................................................................................................9

1.5.3.2. Tính chất ..........................................................................................................10

1.6. PHƯƠNG TRÌNH ƠLE TĨNH......................................................................................10

1.7. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THỦY TĨNH HỌC................................................11

1.7.1 Chất lỏng tĩnh tuyệt đối: ..........................................................................................11

1.7.2.1 Bình chứa chất lỏng chuyển động thẳng thay đổi đều:.....................................13

1.7.2.1 Bình chứa chất lỏng chuyển động quay đều:....................................................14

1.8. CÁC LOẠI ÁP SUẤT VÀ ĐỘ CAO DẪN XUẤT CỦA NÓ......................................16

1.8.1.Các loại áp suất........................................................................................................16

1.8.2. Độ cao dẫn xuất của các loại áp suất .....................................................................16

1.8.3 Các dụng cụ do áp suất chất lỏng ............................................................................17

1.9. NGUYÊN TẮC BÌNH THÔNG NHAU ĐỊNH LUẬT PASCAL VÀ ỨNG DỤNG...19

1.9.1 Định luật Pascal .......................................................................................................19

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 134

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

1.9.2 Ứng dụng của định luật Pascal ................................................................................19

1.10. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ...................................................................................................21

Chương 2.THỦY ĐỘNG HỌC .....................................................................................25

2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THỦY ĐỘNG ....................................................25

2.1.1. Mục đích nghiên cứu ..............................................................................................25

2.1.2. Phân loại chuyển động............................................................................................25

2.1.2.1. Chuyển động dừng...........................................................................................25

2.1.2.2. Chuyển động không dừng................................................................................25

2.2 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG CHẢY...............................25

2.2.1. Khái niệm dòng chảy..............................................................................................25

2.2.2 Các yếu tố thủy lực của dòng chảy..........................................................................26

2.3 PHÂN LOẠI DÒNG CHẢY..........................................................................................27

2.3.1. Dòng chảy ổn định và dòng chảy không ổn định ...................................................27

2.3.2. Dòng chảy đều và dòng chảy không đều................................................................27

2.3.3. Dòng chảy có áp, không áp, dòng tia .....................................................................27

2.3.4. Dòng chảy đổi dần và dòng chảy đổi đột ngột ......................................................28

2.4. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH..................................28

2.4.1. Phương trình liên tục của dòng nguyên tố..............................................................28

2.4.2 Phương trình liên tục của toàn dòng chảy ...............................................................29

2.4.3 Phương trình vi phân liên tục của dòng chảy ..........................................................29

2.5 PHƯƠNG TRÌNH NĂNG LƯỢNG BECNULI ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH .31

2.5.1 Phương trình Becnuli của dòng chảy ổn định .........................................................31

2.5.1 Ý nghĩa của Phương trình Becnuli của dòng chảy ổn định .....................................33

2.5.3 Phương trình Becnuli của dòng chảy thực ..............................................................34

2.5.3.1 Phương trình Becnuli đối với dòng nguyên tố chất lỏng thực.........................34

2.5.3.2 Phương trình Becnuli đối với toàn dòng chất lỏng thực..................................34

2.6. PHƯƠNG TRÌNH BIỂN THIÊN ĐỘNG LƯỢNG CỦA CHẤT LỎNG CHUYỂN

ĐỘNG DỪNG......................................................................................................................36

2.6.1 Phương trình động lượng của dòng nguyên tố chất lỏng chuyển động dừng..........36

2.6.2 Phương trình động lượng cho toàn dòng chảy ........................................................36

2.7 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG .............................................37

2.7.1 Tính phản lực của một dòng chất lỏng ....................................................................37

2.7.2 Tính áp lực của dòng tia lên vật chắn......................................................................39

2.8. TỔN THẤT CỘT NƯỚC CỦA DÒNG CHẢY ...........................................................40

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 135

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

2.8.1. Khái niệm về tổn thất dòng và các loại tổn thất cột nước của dòng chảy ..............40

2.8.2. Tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ ...................................................................40

2.8.2.1. Tổn thất dọc đường..........................................................................................40

2.8.2.2. Tổn thất cục bộ ................................................................................................41

2.8.3. Tổn thất đường ống ................................................................................................42

2.9. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP .....................................................................................................42

Chương 3.MÁY BƠM...................................................................................................47

3.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY BƠM..............................................................47

3.1.1. Định nghĩa ..............................................................................................................47

3.1.2. Phân loại máy bơm .................................................................................................47

3.1.2.1. Máy bơm cánh quạt .........................................................................................47

3.1.2.2. Bơm pittông.....................................................................................................47

3.1.2.3. Bơm rôto..........................................................................................................47

3.1.2.4. Bơm tia ............................................................................................................47

3.1.2.5. Máy bơm không khí ép....................................................................................47

3.1.2.6. Bơm Taran .......................................................................................................47

3.2. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BƠM......................................................47

3.2.1. Khái niệm chung.....................................................................................................47

3.2.2. Các thông số cơ bản của máy bơm .........................................................................48

3.2.2.1. Lưu lượng của máy bơm (Q) ...........................................................................48

3.2.2.2. Cột áp của máy bơm H ....................................................................................48

3.2.2.3. Công suất của máy bơm N ..............................................................................50

3.2.2.4. Hiệu suất của máy bơm ...................................................................................51

3.2.2.5. Cột áp hút và độ cao hút cho phép của máy bơm............................................51

3.3. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC ..........................................................................................52

3.3.1. Quá trình phát sinh, diễn biến của quá trình khí thực.............................................52

3.3.2. Nguyên nhân sinh ra hiện tượng khí thực của trong máy bơm ..............................53

3.3.3. Tác hại và biện pháp đề phòng hiện tượng khí thực...............................................53

3.3.3.1. Tác hại của hiện tượng khí thực .....................................................................53

3.3.3.2. Các biện pháp đề phòng hiện tượng khí thực ..................................................53

3.4. MÁY BƠM LY TÂM ...................................................................................................54

3.4.1.Cấu tạo của bơm ly tâm ...........................................................................................54

3.4.2. Nguyên lí làm việc..................................................................................................55

3.4.3. Phân loại bơm.........................................................................................................55

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 136

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

3.4.4. Lý thuyết cơ bản của bơm ly tâm ...........................................................................57

3.4.4.1. Phương trình mômen quay của bơm ly tâm ....................................................57

3.4.4.2. Phương trình cột áp của bơm ly tâm................................................................58

3.4.4.3. Cột áp thực tế của bơm....................................................................................59

3.4.4.5. Lưu lượng của bơm ly tâm ..............................................................................60

3.4.4.6. Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm ..............................................................60

3.5. BƠM HƯỚNG TRỤC...................................................................................................62

3.5.1. Phạm vi ứng dụng và cấu tạo..................................................................................62

3.5.1.1 Phạm vi ứng dụng.............................................................................................62

3.5.1.2 Cấu tạo..............................................................................................................62

3.5.2. Nguyên lý làm việc của bơm hướng trục ...............................................................63

3.5.2.1. Chuyển động của chất lỏng trong bơm hướng trục .........................................63

3.5.2.2. Phương trình cơ bản của bơm hướng trục (phương trình cột áp) ....................63

3.5.2.3. Lưu lượng của bơm hướng trục.......................................................................64

3.5.2.4. Điều chỉnh bơm hướng trục.............................................................................65

3.6. MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH .....................................................................................65

3.6.1. Khái niệm chung.....................................................................................................65

3.6.2. Các thông số cơ bản................................................................................................65

3.6.3.Bơm Piston ..............................................................................................................66

3.6.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc .........................................................................66

3.6.3.2 Phân loại ...........................................................................................................67

3.6.3.3 Cách tính lưu lượng của bơm piston ................................................................68

3.6. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP .....................................................................................................69

Chương 4.TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC.................................................73

4.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG .........................................................................................73

4.1.1. Thí nghiệm Reynolds .............................................................................................73

4.1.2. Chế độ chảy ............................................................................................................73

4.2. PHÂN LOẠI VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG...................................................................74

4.2.1. Phân loại .................................................................................................................74

4.2.2. Phạm vi ứng dụng...................................................................................................75

4.3. SỰ GIÃN NỞ VÀ SỰ CO RÚT ...................................................................................75

4.3.1. Hiện tượng giãn nở và co rút ..................................................................................75

4.3.2. Phương pháp xử lý sự giãn nở và co rút.................................................................76

4.4. TREO ĐỠ ỐNG VÀ CHỐNG RUNG ..........................................................................76

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 137

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

4.4.1. Treo và đỡ ống........................................................................................................76

4.4.2. Chống rung hệ thống ống dẫn ................................................................................77

4.5. HỆ THỐNG ỐNG DẪN NƯỚC ...................................................................................77

4.6. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN ...................................................................78

4.6.1. Cơ sở lý thuyết để tính toán đường ống .................................................................78

4.6.1.1. Phân loại ..........................................................................................................78

4.6.1.2. Những công thức dùng trong tính toán thuỷ lực đường ống ...........................79

4.6.2. Tính toán thủy lực đường ống đơn giản .................................................................80

4.6.2.1. Tính H1 khi biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tương đối) ........................................80

4.6.2.2. Tính Q biết H1, H2, l, d, n ................................................................................80

4.6.2.3. Tính d biết H1, H2, Q, d, n ...............................................................................80

4.6.2.4. Tính d, H1, biết H2, Q, l, n ...............................................................................81

4.6.3. Tính toán đường ống đơn giản với máy bơm .........................................................81

4.6.3.1. Tính toán đường ống hút .................................................................................81

4.6.3.1. Tính toán đường ống đẩy.................................................................................83

4.7. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP .....................................................................................................84

Chương 5.KHÁI NIỆM VỀ KHÔNG KHÍ ...................................................................88

5.1. KHÔNG KHÍ KHÔ VÀ HƠI NƯỚC ...........................................................................88

5.1.1. Định nghĩa không khí ẩm .......................................................................................88

5.1.2. Tính chất của không khí ẩm ...................................................................................88

5.2. CÁC LOẠI KHÔNG KHÍ ẨM .....................................................................................88

5.2.1. Không khí ẩm bão hòa............................................................................................88

5.2.2. Không khí ẩm quá bão hòa .....................................................................................88

5.2.3. Không khí ẩm chưa bão hòa ...................................................................................89

5.3. CÁC THÔNG SỐ BIỄU DIỄN TRẠNG THÁI CỦA KHÔNG KHÍ ẨM ...................89

5.3.1. Độ ẩm tuyệt đối ......................................................................................................89

5.3.2. Độ ẩm tương đối.....................................................................................................89

5.3.3. Độ chứa hơi ............................................................................................................89

5.3.4 Phương trình trạng thái............................................................................................89

5.3.5 Phương trình lưu lượng ...........................................................................................90

5.3.6 Phương trình Becnuli...............................................................................................90

5.3.7 Phương trình Entanpi...............................................................................................90

5.3.8. Các thông số của dòng khí......................................................................................92

5.3.8.1. Vận tốc âm.......................................................................................................92

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 138

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

5.3.8.2 Dòng hãm, dòng tới hạn ...................................................................................92

5.4. CÂU HỎI ÔN TẬP .......................................................................................................93

Chương 6.KHÍ ĐỘNG HỌC .........................................................................................94

6.1.1. Phương trình Becnuli..............................................................................................94

6.1.2. Các loại áp suất.......................................................................................................95

6.2 SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC LOẠI ÁP SUẤT..................................................................95

6.2.1 Sự biến đổi của các loại áp suất...............................................................................95

6.2.2 Dụng cụ đo áp suất ..................................................................................................96

6.3. CÂN BẰNG ÁP SUẤT.................................................................................................97

6.4. HIỆU ỨNG ỐNG KHÓI ...............................................................................................97

6.4.1. Khái niệm ...............................................................................................................97

6.4.2. Công thức xác định.................................................................................................98

6.5. CÁC LOẠI TỔN THẤT ÁP SUẤT ..............................................................................98

6.5.1. Tổn thất áp suất do ma sát ......................................................................................98

6.5.2. Tổn thất áp suất do chuyển đổi hướng, rẽ nhánh hoặc thay đổi tiết diện ống ........99

6.6. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ...................................................................................................100

Chương 7.QUẠT .........................................................................................................104

7.1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA QUẠT .....................................................104

7.1.1.Khái niệm ..............................................................................................................104

7.1.2. Các thông số của quạt...........................................................................................104

7.1.2.1. Không khí ở trạng thái tiêu chuẩn .................................................................104

7.1.2.2. Tỷ số nén .......................................................................................................104

7.1.2.3. Lưu lượng gió ................................................................................................104

7.1.2.4. Áp suất động của quạt ...................................................................................104

7.1.2.5. Áp suất tĩnh của quạt .....................................................................................105

7.1.2.6. Áp suất tổng của quạt ....................................................................................105

7.1.2.7. Công suất lý thuyết của quạt và các loại hiệu suất ........................................105

7.2. CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ QUẠT....................................................................................106

7.2.1. Tốc độ quạt thay đổi .............................................................................................106

7.2.2. Khối lượng riêng không khí thay đổi ...................................................................106

7.2.3. Tốc độ quạt và khối lượng riêng không khí thay đổi ...........................................106

7.2.4. Tốc độ vòng quay của quạt thay đổi.....................................................................107

7.2.5. Kích thước D của quạt thay đổi............................................................................107

7.3. CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT....................................................................107

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 139

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

7.4. PHÂN LOẠI QUẠT....................................................................................................108

7.4.1. Phân loại quạt. ......................................................................................................108

7.4.1.1. Căn cứ vào áp suất.........................................................................................109

7.4.1.2. Căn cứ vào số vòng quay riêng .....................................................................109

7.4.2 Quạt ly tâm ............................................................................................................111

7.4.3 Quạt hướng trục.....................................................................................................113

7.5. CÁCH CHỌN QUẠT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG QUẠT.114

7.5.1. Cách chọn quạt .....................................................................................................114

7.5.2. Phương pháp điều chỉnh lưu lượng quạt...............................................................114

7.5.2.1. Điều chỉnh lưu lượng bằng van .....................................................................114

7.5.2.2. Điều chỉnh bằng thay đổi số vòng quay ........................................................115

7.5.2.3. Thay đổi bằng điều chỉnh cánh hướng dòng .................................................115

7.5. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ...................................................................................................115

Chương 8. ỐNG DẪN KHÍ.........................................................................................119

8.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ỐNG DẪN KHÍ .......................................................119

8.1.1. Khái niệm chung...................................................................................................119

8.1.2. Phân loại ống dẫn khí ...........................................................................................119

8.1.2.1 Phân loại theo tốc độ ......................................................................................119

8.1.2.2 Phân loại theo áp suất .....................................................................................119

8.2. LỰA CHỌN TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐƯỜNG KÍNH TƯƠNG ĐƯƠNG

CỦA ỐNG DẪN ................................................................................................................120

8.2.1. Lựa chọn tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn................................120

8.2.2. Xác định đường kính tương đương.......................................................................120

8.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ỐNG DẪN KHÍ..................................................121

8.3.1. Phương pháp giảm tốc độ .....................................................................................121

8.3.2. Phương pháp ma sát đồng đều..............................................................................122

8.3.3. Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh.......................................................................122

8.3.4. Phương pháp T .....................................................................................................123

8.3.5. Phương pháp tốc độ không đổi.............................................................................123

8.3.6. Phương pháp áp suất tổng.....................................................................................123

8.4. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ÁP SUẤT TRONG CÁC ĐOẠN ỐNG THẲNG CÓ TIẾT

DIỆN KHÔNG ĐỔI ...........................................................................................................123

8.5. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở NHỮNG ĐOẠN ỒNG CONG ....................124

8.5.1. Đoạn cong có tiết diện hình tròn ..........................................................................124

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 140

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

8.5.2. Đoạn cong có tiết diện chữ nhật ...........................................................................125

8.6. XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở NHỮNG ĐOẠN ỐNG CÓ TIẾT DIỆN THAY

ĐỔI .....................................................................................................................................126

8.6.1. Đoạn ống có tiết diện mở rộng .............................................................................126

8.6.2. Đoạn ống có tiết diện thu hẹp...............................................................................128

8.7 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ....................................................................................................129

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................133 MỤC LỤC ...................................................................................................................134

Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC

Trang 141

Bài giảng Thủy khí và máy thủy khí - ĐH Phạm Văn Đồng

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

LỜI NÓI ĐẦU

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Chương 1

THỦY TĨNH

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Chương 2

THỦY ĐỘNG HỌC

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Hình 2.9: Bình chứa chất lỏng

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Bài tập 2.2

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Chương 3

MÁY BƠM

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

3.4.4. Lý thuyết cơ bản của bơm ly tâm

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ

Bài giảng: THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ