NỘI DUNG CHƯƠNG 6
Chương 6: Dòng chảy ổn định trong ống có áp
6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản 6.2. Tính toán thủy lực về ống dài 6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm 6.4. Hiện tượng nước va
6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản
6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản
Dòng chảy ổn định, có áp, chảy rối và chảy đều
Ngoài ra có thể phân loại đường ống: Ống dài: Tổn thất cục bộ nhỏ hơn 5% tổn thất dọc đường. Ống ngắn: Tổn thất cục bộ lớn hơn 5% tổn thất dọc đường.
Phân loại đường ống: Ống dài: đường ống trong đó chỉ có tổn thất dọc đường là chủ yếu. Tổn thất cục bộ và cột nước lưu tốc so với tổn thất dọc đường rất nhỏ, có thể bỏ qua. Ống ngắn: đường ống trong đó tổn thất cục bộ và cột nước lưu tốc đều quan trọng như tổn thất dọc đường .
1
6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản
6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản
Ống dài coi tổn thất cột nước chỉ có tổn thất dọc
a. Công thức tính toán đối với ống dài a. Công thức tính toán đối với ống dài
y
5,0
2
1,1
* lJ
05,1
h w
h w
d h
K
ndf ,
d 4
1 n
d 4
d 4
K – mô đun lưu lượng, thứ nguyên là lưu lượng đường: hoặc h d
Q
C
v
RJ
Cv
RJ
Trong đó: J – độ dốc thủy lực; l – chiều dài dòng chảy đều trong ống có áp
Ta có: Với:
K
RC
JKQ 2
l
,
1
hd
2
Q K
Với:
2
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.1. Các khái niệm cơ bản về đường ống, những công thức tính toán cơ bản
Ống ngắn tổn thất cột nước gồm: tổn thất dọc
b. Công thức tính toán đối với ống ngắn a. Đường ống đơn giản
Đường ống đơn giản là đường ống có đường kính không đổi, không có ống nhánh→ lưu lượng không đổi
2
Tổn thất dọc đường:
Phân loại dòng chảy trong đường ống đơn giản:
hd
v 2
g
l d
Dòng chảy ra ngoài không khí:
2
Dòng chảy từ ống vào bể:
Tổn thất cục bộ:
hc
v 2
g
đường và cục bộ:
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Dòng chảy ra ngoài không khí:
Dòng chảy ra ngoài không khí:
3
Hhd
l ,2
2 Q K
0
a. Đường ống đơn giản a. Đường ống đơn giản
2 v 22 2 g
2
z 1
z 2
dh
p a
2 v 22 2 g
l
,
4
hH d
hl td
2
2
2 v 22 2 g
Q K
thì:
htd
;0
dh
Trường hợp cột nước lưu tốc lớn 2 2 v Q 22 2 g K 2 22 v g 2
2
Pt Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2: 2 p v a 01 g 2 Đặt H = z1 – z2 2 2 v v Coi 01 22 2 2 g g ,dhH
2
hHH
'
l
,
4
5
td
2
Q K
Với: - cột nước tự do chưa bị tiêu hao.
3
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Dòng chảy từ bể vào bể khác:
Tìm Q khi biết d, l, H:
a. Đường ống đơn giản a. Đường ống đơn giản Các dạng bài toán:
Tìm H khi biết d, l, Q:
z 1
z 2
h d h c
→ tra bảng tìm K → tính H → tính Q
2 v 22 2 g
Tìm d khi biết Q, l, H:
;0
0
→ tra bảng tìm K → tính H
zH
,
6
z 2
c
Pt Becnuli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2: 2 p p v a a 11 2 g 2 2 v v Coi 01 22 2 g g 2 h d h Tổn thất cục bộ (hc) chủ yếu tại đột mở, đối với ống dài hc<< hd
zH
,
'6
z 2
dh
→ Từ J = H/l đã biết → tính K → tra bảng tìm d
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Lưu lượng qua các ống khác nhau:
...
8
QQQQ 3
nQ
2
1
Cột áp bằng nhau: H
H
H
'8
A
B
AB
Tổn thất dọc đường của các đường ống đơn giản:
2
n
Q
,
l
,
'7
7
hH d
h i
i
2
l i K
Q K
i
1
2 i
2 i
b. Đường ống nối tiếp c. Đường ống song song Gồm nhiều đoạn ống đơn giản nối tiếp nhau. Gồm nhiều đoạn ống đơn giản có d khác nhau, nối với nhau có chung nút vào và nút ra.
4
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài d. Đường ống tháo nước liên tục
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài d. Đường ống tháo nước liên tục
Q
M
Q v
Q th
x * l
Q th
Q th
x * Q Q m M l Độ dốc thủy lực tại M:
Q
*
2
m
Q th
Q th
x l
J
M
Q K
K
dH dx
M
2 M 2 M
Đường ống mà nước tới đầu cuối của ống mới tháohoặc trên đường ống tháodần 1 cách liên tục. Lưu lượng tại M:
Trong đó: Qv – lưu lượng vào ống; Qth – lưu lượng tháo ra dọc đoạn AB; Qm – lưu lượng mang đi.
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài d. Đường ống tháo nước liên tục
e. Đường ống phức tạp:
2
Tổn thất dọc đoạn AB:
A
Q
Q
Q
*
Q
m
th
th
1
Mạng đường ống hở (chia nhánh):
x l
*
dx
h
H
d
2 M
0
Q
A
Mạng đường ống kín (vòng kín): Có nhiều vòng kín
H
Q
9
2 m
QQ * th
m
K 2 Q th 3
1 2 K
H
*
l
'9
2
2
Q
m
Q th
Nếu Qm = 0 thì:
H
*
l
*
l
''9
2 Q th 3 2 K 55,0 2 K
Q tính 2 K
Tổng quát:
5
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Ống chính: ABCD
Các số liệu cho trước: lưu lượng (Q) hoặc lưu lượng nước tại các điểm tiêu thụ (qi); áp suất dư tại các nút (p/γ); chiều dài ống (l); độ nhám thành ống (∆, ktd, n); cao độ đặt đường ống (cao trình mặt đất (z)) hoặc cao trìnhcột nước đo á tại các điểm đó.
Ống nhánh: BE; CF
Các đại lượng cần xác định: đường kính ống (d); cột nước đo áp tại A (zA).
e. Đường ống phức tạp: Các bài toán thường cho dưới dạng sau: e. Đường ống phức tạp: * Tính toán thủy lực đường ống hở:
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Tính đường ống nhánh:
Z
Z
11
h d
dau
cuoi
o Tính hd:
Xác định đường ống chính: là đường ống từ điểm bắt đầu A đến điểm có cột nước đo áp lớn nhất (độ dốc thủy lực J nhỏ nhất).
'
e. Đường ống phức tạp: * Tính toán thủy lực đường ống hở: e. Đường ống phức tạp: * Tính toán thủy lực đường ống hở:
dauZ
dauZ
o Từ Q và hd → chọn d. o Có thể chọn d trước theo Q → tính hd (theo m vận tốc kinh tế) → tính đã tính cho đường ống chính .
Tính đường ống chính: o Từ Q → chọn đường kính ống (d) → tính hd. o Tính cột nước đo áp tại A:
Z
Z
10
A
cuoi
h d
và so sánh với
Z
cuoi
z cuoi
cuoip
Với:
6
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống hở: e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống hở:
Tính đường ống chính: o Lưu lượng trong từng đoạn ống:
Q
q
;
CD
D
Q
q
Q
q
q
;
BC
F
CD
D
F
Q
q
Q
q
q
q
Q
AB
E
BC
D
E
F
Bài toán: Cho sơ đồ mạng lưới đường ống trên đó biết độ dài các đoạn ống (li), lưu lượng cần thiết tại các điểm tiêu thụ nước (qi), cao trình cột nước đo áp tại các điểm đó (Δi) → Xác định đường kính ống và cao trình của mực nước trong tháp.
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Tính đường ống chính: o Đường kính ống: → chọn theo bảng sau:
Tính đường ống chính: o Cao trình mực nước ở tháp: Trong đó:
e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống hở: e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống hở:
- cao trình cột nước đo áp tại đầu mút D của ống chính.
o Chiều cao mực nước ở tháp: Trong đó: o Vẽ đường đo áp: dựa vào hdi xuất phát từ cao trình
o Tính tổn thất cho từng đoạn ống:
h
l
di
*2
2 Q i K
i
- độ cao địa hình tại A.
7
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
Tính đường ống nhánh: o Nhánh BE:
e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống hở: e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống hở:
→ xác định được d.
6.2. Tính toán thủy lực về ống dài
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
e. Đường ống phức tạp: Tính toán thủy lực đường ống kín:
Tính toán thủy lực ống ngắn: cần tính tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường.
o Các thông số biết:
Tính toán đường ống bơm ly tâm: gồm 2 loại
o Đường ống từ bể chứa đến bơm: đường ống hút.
o Đường ống từ bơm đến bể bể chứa: đường ống đẩy.
Thường có nhiều vòng kín → tính từng vòng.
Sơ đồ mặt bằng của mạng lưới, chiều dài đoạn ống (li), lưu lượng tiêu thụ từng điểm (Qi), cao trình mực nước trong tháp và cao trình cột nước đo áp tại các điểm tiêu thụ lưu lượng. o Xác định d.
8
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
Đặc điểm: áp suất trong đường ống hút nhỏ hơn áp suất khí quyển → áp suất chân không; tại nơi nối giữa ống hút và bơm (cửa hút) – mặt cắt 2-2, áp suất đạt trị số chân không lớn nhất → trước khi mở máy bơm ly tâm cần phải mồi bơm. Lưu tốc trungbình trong ống hút: 0,8 – 1,25m/s. Trị số chân không cho phép (tùy thuộc từng bơm): hck < (4 – 6,5m).
a. Đường ống hút:
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
a. Đường ống hút:
Ống hút không dài, tổn thất cục bộ có tác dụng quan trọng → đường ống ngắn. Áp dụng pt Becnouli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2:
9
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
Nước khi hút về bơm sẽ tăng năng lượng lên giá trị nào đó Hp (năng lượng tăng thêm cho 1 đơn vị trọng lượng chất lỏng do máy bơm cấp) Viết pt Becnouli cho mặt cắt 2-2 và 3-3:
a. Đường ống hút: b. Đường ống đẩy:
Coi α = 1
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
6.3. Tính toán thủy lực về ống ngắn – Tính toán thủy lực đường ống của máy bơm ly tâm
Viết pt Becnouli cho mặt cắt 3-3 và 4-4:
b. Đường ống đẩy: b. Đường ống đẩy:
Mặt khác:
Như vậy: công suất N của bơm gồm: o Công suất N1 để thắng chiều cao hình học: Với:
o Công suất N2 để khắc phục sức cản ở ống hút và đẩy:
Suy ra:
10
6.4. Hiện tượng nước va:
6.4. Hiện tượng nước va:
Đại lượng tăng áp suất trong nước va có thể tính theo công thức của Jukốpxky: cv **
p
Nước va là sự gia tăng đột ngột áp suất trong ống dẫn khi chất lỏng chuyển động trong ống bị dừng đột ngột. Nước va xuất hiện khi đóng nhanh các thiết bị ngăn dòng được lắp trên đường ống như van, khóa hay khi các bơm dừng đột ngột,…
Trong đó: v – vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống trước khi đóng khóa. c – tốc độ truyền sóng nước va
6.4. Hiện tượng nước va:
6.4. Hiện tượng nước va:
Vận tốc truyền sóng nước va:
Coi thành ống không hoàn toàn đàn hồi (E = ∞) thì:
Trongđó: E – môđun đàn hồi của chất lỏng.
d – đường kính ống e – môđun đàn hồi của vật liệu làm thành ống δ – độ dày thành ống
