Bài giảng Thủy lực đại cương - Chương 6: Dòng chảy ổn định trong ống có áp

Chia sẻ: Caphesuadathemduong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thủy lực đại cương - Chương 6: Dòng chảy ổn định trong ống có áp cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm cơ bản; Tính toán thủy lực ống dài; Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thủy lực đại cương - Chương 6: Dòng chảy ổn định trong ống có áp

THỦY LỰC ĐẠI CƢƠNG
CHƢƠNG 6 – DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CÓ ÁP • 6.1.1. DÒNG CHẢY CÓ ÁP 6.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN • 6.1.2. PHÂN LOẠI ĐƢỜNG ỐNG • 6.1.3. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN THỦY LỰC • 6.2.1. ĐƢỜNG ỐNG DÀI ĐƠN GIẢN 6.2. TÍNH TOÁN • 6.2.2. ĐƢỜNG ỐNG DÀI GHÉP NỐI TIẾP • 6.2.3. ĐƢỜNG ỐNG DÀI GHÉP SONG SONG THỦY LỰC ỐNG DÀI • 6.2.4. ĐƢỜNG ỐNG DÀI THÁO NƢỚC LIÊN TỤC • 6.3.1. PHÂN LOẠI MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3. TÍNH TOÁN • 6.3.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CỤT CẤP NƢỚC • 6.3.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI VÒNG
6.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.1.1. Dòng chảy có áp Dòng chảy có áp là dòng chảy mà chu vi mặt cắt ƣớt hoàn toàn là thành rắn, áp suất các điểm trên mặt cắt ƣớt khác áp suất khí trời. Dòng chảy trong những ống dẫn nƣớc của thành phố, nhà máy, những ống xiphông, những ống hút ống đẩy của máy bơm v.v... Dòng chảy rối đƣợc nghiên cứu chƣơng này chủ yếu là ở khu vực sức cản bình phƣơng. Đƣờng ống 6.1.2. Phân loại đƣờng ống có áp Đƣờng ống ngắn thủy lực: Đƣờng ống dài thủy lực: Tổn thất hd >> hc; bỏ qua Tổn thất hd và hc có ý nghĩa hc, chỉ sử dụng hd trong tƣơng đƣơng nhau. tính toán thủy lực dòng chảy
6.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.1.3. Công thức tính toán thủy lực 1 Công thức Hazen-William 3 Công thức Chezy-Manning 2 1,852 Q hd  10,67.L.Q h d  2 .L D 4,87C1,852 K Với K: Gọi là hệ số Mô đun lƣu lƣợng 2 Công thức Darcy-Vaysbach K  C R L v2 hd   d 2g
6.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1 61 K  C R với C R n Hệ số K (l/s) d  TT ống sạch ống thường ống bẩn (mm) (m2) n = 0,011 n = 0,0125 n = 0,013 1 50 0.002 9.61 8.46 8.13 2 75 0.004 28.33 24.93 23.97 3 100 0.008 61.02 53.69 51.63 4 125 0.012 110.63 97.35 93.61 5 150 0.018 179.89 158.31 152.22 6 175 0.024 271.36 238.79 229.61 7 200 0.031 387.42 340.93 327.82 8 225 0.040 530.38 466.74 448.79 9 250 0.049 702.44 618.15 594.37
6.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ỐNG DÀI zA 6.3.1. Đƣờng ống dài đơn giản Đƣờng ống dài đơn giản là đƣờng ống có H = hd zD đƣờng kính không đổi, không có ống nhánh, lƣu lƣợng dọc theo đƣờng ống không đổi. Q Các bài toán về đường ống dài đơn giản: A D Ld n 1. Bài toán tìm lưu lượng dòng chảy Q: zA Biết d, L, H, n  Q Q2 hd H = hd hd  2 L  QK zD K L Q A D Ld n
6.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ỐNG DÀI zA 6.3.1. Đƣờng ống dài đơn giản Các bài toán về đường ống dài đơn giản: H = hd 2. Bài toán xác định cột nước tác dụng H zD Biết Q, L, n, d  H 2 Q Q H  hd  2 L A Ld n D K zA 3. Bài toán xác định đường kính ống d Biết Q, H, L, n  d H = hd Q2 L zD hd  2 L  KQ K H Q A D Từ quan hệ K = f(d,n) ta xác định đƣợc d. Ld n
6.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.2. Đƣờng ống dài ghép nối tiếp + Phƣơng trình năng lƣợng zA Z A  Z D  hdi hd1 zB hd2 Trong đó: zC hd3 zD h di  h d1  h d 2  h d3 Q1 Q2 QC Q3 L1 d 1 L 2 d2 L3 d 3 D A B C + Phƣơng trình liên tục - Phƣơng trình viết cho một nút: - Phƣơng trình liên tục tại nút B  Q vµo   Q ra Q1 = Q2 - Phƣơng trình liên tục tại nút C Q2 = Q3 + QC
6.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.3. Đƣờng ống dài ghép song song zA + Phƣơng trình năng lƣợng viết cho ống: H zB ZA  ZB  h di Trong đó: L1 d 1 Q1 H  h di  h d1  h d 2  h d3 1 hd1 A Q2 L 2 d2 B + Phƣơng trình liên tục Q 2 Q A hd2 B - Phƣơng trình viết cho một nút: 3 hd3 Q3 L3 d 3  Q vµo   Q ra - Phƣơng trình liên tục tại nút A QA = Q1 + Q2 + Q3
6.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.4. Đƣờng ống dài tháo nƣớc liên tục Các phương trình tính toán cho đường ống L tháo liên tục: d Qv Qm + Phƣơng trình liên tục: q QV = Qm + Qth Q th + Phƣơng trình tính tổn thất năng lƣợng trên đoạn ống Q tt  Q m  0,55Q th Q tt 2 hd  2 L K
6.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3.1. Phân loại mạng lƣới cấp nƣớc + Mạng lƣới cụt (mạng cành cây). + Mạng lƣới vòng (mạng lƣới đóng kín) + Mang kết hợp: Kết hợp mạng vòng và mạng cụt Ứng dụng tính toán mạng lƣới cấp nƣớc, phổ biến hay dùng các phần mềm tính toán thủy lực: EpaNet (EPA – Mỹ), WaterCad, WaterGems (Bentley – Mỹ), Pipe Flow Expert (Daxe Soft – Anh), Mike Net, Mike Urban (DHI – Đan Mạch) …
6.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3.2. Tính toán thủy lực mạng lƣới cụt - Xác định tuyến dẫn nƣớc chính q5 qD 5 q7 -Viết phƣơng trình năng lƣợng cho 7 D tuyến ống dẫn chính QA1 1 Q12 q2 Q 45 A 2 h d4D Zđầu – Zcuối = hdi h dA1 h d12 h d23 Q 23 h d34 q4 q6 6 3 Q 34 q3 4 - Viết phƣơng trình liên tục tại các nút: Qvào = Qra - Tính toán tổn thất năng lƣợng từ điểm cuối đƣờng ống tính ngƣợc lên ZA – ZD = hdi = hdA1 + hd12 + hd23 + hd34 + hd4D
6.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3.3. Tính toán thủy lực mạng lƣới vòng Cách giải q1 q2 3 q3 Q 1 2 - phân phối lƣu lƣợng dòng B Q12 h d12 Q 23 h d23 chảy qi trên các nút thoả mãn h d25 h d36 Q14  Q 25 I Q 36 điều kiện : qi = 0 h d14 q4 q5 q6 - Chọn giá trị di 4 h Q 45 h d56 Q 56 6 d45 5 - Tính tổn thất cột nƣớc trên Thường biết: các đoạn ống - Chiều dài các đoạn ống. - Kiểm tra điều kiện tổng tổn - Cao trình mặt đất z của nút thất cột nƣớc trên mỗi vòng - Cột nƣớc tự do Hn kín: - Lƣu lƣợng tổng h = hdi = 0
6.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3.3. Tính toán thủy lực mạng lƣới vòng 1. Các phương pháp điều chỉnh mạng lưới vòng a. Phương pháp cân bằng cột áp (Phương pháp vòng) - Tổn thất trên một ống đƣợc viết: h f  KQ 2 - Khi lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc ƣớc tính với sai số Q h f  K(Q  Q) 2  K[Q 2  2Q.Q  Q 2 ] - Do Q nhỏ, nên Q2 rất nhỏ, bỏ qua giá trị này, ta có: h f  K(Q 2  2Q.Q)
6.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3.3. Tính toán thủy lực mạng lƣới vòng 1. Các phương pháp điều chỉnh mạng lưới vòng a. Phương pháp cân bằng cột áp (Phương pháp vòng) - Xét cho 1 vòng kín, có: h = 0, giá trị Q đƣợc xác định giống nhau trên các ống thỏa mãn phƣơng trình liên tục.  K.Q   2 K.Q 2  f  h  K.Q 2  2 K.Q.Q  0  Q   2 K.Q K.Q 2 2 Q Từ đó xác định đƣợc giá trị điều chỉnh lƣu lƣợng trên ống: Q    h f h 2 f Q
6.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC 6.3.3. Tính toán thủy lực mạng lƣới vòng 1. Các phương pháp điều chỉnh mạng lưới vòng b. Phương pháp Newton-Raphson Phƣơng pháp do E.Todini và S.Pilati đề xuất (1987) là phƣơng pháp tính toán thủy lực mạng lƣới cấp nƣớc dựa vào phƣơng trình liên tục viết cho từng nút là phƣơng trình và phƣơng trình năng lƣợng viết cho từng kiên kết (ống, bơm hoặc van) có lƣu lƣợng chƣa biết. c. Phương pháp lý thuyết tuyến tính Phƣơng pháp do Wood và Charles đề xuất năm 1972, đến năm 1981 thì Wood và Rayes hoàn thiện phƣơng pháp tính toán.
VÍ DỤ Ví dụ 1. Hệ thống gồm 3 đƣờng ống nối song song với nhau, lƣu lƣợng chảy vào hệ thống qua điểm A là Q = 80 (l/s). Loại ống thƣờng (n = 0,0125), dòng chảy ở khu sức cản bình phƣơng. Xác định lƣu lƣợng chảy trong các ống và tổn thất cột nƣớc trên hệ thống Giải zA Với ống thƣờng (n= 0,0125) ta có: èng H zB ®o d1 = 150 mm  K1 = 158 l/s ¸p L1 = 500m Q1 d 1 = 150mm d2 = 150 mm  K2 = 158 l/s A B d3 = 200 mm  K3 = 341 l/s Q2 L2 = 350m d 2 = 150mm Q Q3 L3 = 1000m d 3 = 200mm
VÍ DỤ Theo nguyên tắc của đƣờng ống nối song, xét quan hệ 2 ống L1 và L2, Ta có: Q12 Q 22 K2 L1 h d  2 L1  2 L 2  Q2  Q1 K1 K2 K1 L2 zA  Q 2 = 1,195Q1 èng H zB ®o L1 = 500m Tƣơng tự xét 2 ống song ¸p Q1 d 1 = 150mm song L1 và L3. Ta có: A B Q3 = 1,525 Q1 Q2 L2 = 350m d 2 = 150mm Q Q3 L3 = 1000m d 3 = 200mm
VÍ DỤ Lƣu lƣợng vào hệ thống qua điểm A là: Q = 80 = Q1 + Q2 + Q3 = Q1 + 1,195Q1 + 1,525Q1 = 3,72Q1  Q1 = 21,5 l/s Ta có: Q2 = 25,7 l/s Q3 = 32,8 l/s Q12 21,52  h d  2 L1  2  500  9,2(m) K1 158 zA èng H zB ®o L1 = 500m ¸p d 1 = 150mm Q1 A B Q2 L2 = 350m d 2 = 150mm Q Q3 L3 = 1000m d 3 = 200mm
VÍ DỤ Ví dụ 2. Nƣớc chảy từ tháp A ở độ cao 15 (m) sang điểm B, biết lƣu lƣợng cần tại B = 15 (l/s). Hệ thống đƣờng ống, kích thƣớc đƣờng ống nhƣ hình vẽ, biết dòng chảy ở khu sức cản bình phƣơng, loại ống sạch có n = 0,011. Xác định cao trình cột zA nƣớc đo áp lớn nhất tại B? Q B= 15 l/s L 2= 400m d2 = 150mm zB Q2 L 3= 350m Q2 Q1 d 3 = 200mm Q m Q4 A C B L 1 = 300m Qv D L 4= 250m d 1= 250mm d 4 = 125mm Q th = 15 l/s