intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Thủy năng và thủy điện: Chương 8 - PGS. Nguyễn Thống

Chia sẻ: Trần Văn Tân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST
Báo xấu
113
lượt xem 14
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn sinh viên và các giáo viên tham khảo bài giảng Thủy năng và thủy điện chương 8: Đường ống áp lực và hiện tượng nước va trình bày về thiết lập phương trình nước va, hệ số đàn hồi, tính toán nước va theo quy phạm Việt Nam, sơ đồ sai phân.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thủy năng và thủy điện: Chương 8 - PGS. Nguyễn Thống

  1. 4/4/2013 TRƯỜNGTHỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống KỸ THUẬT XÂY DỰNGnước va KHOA áp lực & hiện tượng Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC Chương 1 : Tổng quan. Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch khai thác Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng lượng nước. Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện. Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ. Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước. Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp. Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng nước va. Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ 1 Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện. 2 PGS. TS. Nguyễn Thống Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va ĐƯỜNG ÁP LỰC & TỔNG QUÁT Đường ống áp lực là công trình nối giữa HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA cuối đường dẫn nước đến nhà máy. 1. Tổng quát. Đường ống chịu áp lực nước bên trong đường ống. 2. Hiện tượng nước va trong - CTLN  Kênh dẫn  Bể áp lực  đường ống áp lực. Đường ống  Nhà máy. 3. Biện pháp giảm áp lực nước va. - CTLN  Đường hầm có áp  Giếng điều áp (tháp điều áp)  Đường ống  Nhà 3 máy. 4 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va PHÂN LOẠI i=0,0061 D=3,5m, L=9065m Theo vị trí xây dựng:  Đường ống áp lực kiểu hở. Đường ống áp lực (kiểu hở)  Đường ống áp lực kiểu NM ngầm.  Đường ống áp lực kiểu hổn hợp (hở +ngầm). 5 6 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 1
  2. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va GIẾNG ĐIỀU ÁP NHÀ VAN NHÀ MTĐ Đập tràn LOAL = 1866m KÊNH XẢ Đường ống áp lực Dống chính = 2,6m Dống nhánh = 1,6m 32 ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM PGS. TS. Nguyễn Thống 7 PGS. TS. Nguyễn Thống 8 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THI CÔNG ĐƯỜNG ĐƯỜNG ỐNG ỐNG ÁP LỰC ÁP LỰC HỞ 9 10 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THI CÔNG THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC ÁP LỰC e=12mm 35mm 11 12 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 2
  3. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va ĐƯỜNG ỐNG BÊ TÔNG NGẦM BỌC THÉP Đường ống 13 14 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC Khi NM vận hành bình thường  KHÔNG ỔN ĐỊNH  DÒNG CHẢY dòng chảy trong ĐÔAL là có áp QUÁ ĐỘ và ổn định. Xảy ra khi  Đóng (mở) van Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột trên đường ống với tốc độ (tăng tải, cắt tải)  dòng chảy nhanh  thay đổi nhanh quá độ (transient). chóng vận tốc (lưu lượng) trong ống. 15 16 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG Van mở t=0 Trong trường hợp đó  mỗi đoạn dòng chảy (vi phân) trong ống chịu sự thay đổi áp suất và vận tốc khác Đóng nhau theo từng thời điểm  hiện van tượng truyền sóng áp lực  được gọi là « NƯỚC VA ».  Xem đồ thị minh hoạ ở sau: 17 SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC 18 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 3
  4. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG TUYỆT ĐỐI CỨNG X ΔHA THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH BỂ CHỨA B Đường ống NƯỚC VA HA (Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC A không NÉN được) α o Mặt chuẩn G o Kênh sau NM HA:cột áp tỉnh (mH2O) ΔHA: gia số áp suất tại A sinh ra do nước va dương 19 20 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Phương trình chuyển động theo phương X (lưu ý  gLFsin  : hình chiếu của trọng lượng chiều dương chọn), Newton 2: nước trong đường ống lên phương X. d(mVx )   Fx Giả thiết không có ma sát giữa chất lỏng và dt (1) thành ống (xem là áp suất thủy tỉnh). m   FL : khối lượng nước trong đoạn AB. HA  HB  Lsin  F: tiết diện ống Thay vào p/t trên và thu gọn:  Fx : tổng ngoại lực theo phương X (trục ống).   LF dV   gFH A  H A   L dV  L dQ dt g dt gF dt   gF  H A  H A  H B  Lsin   dV (1)    LF Với V=Q/F và dQ biến đổi lưu lượng trong dt thời đoạn dt. Thay đổi áp suất tại A 21 22 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống do nước va gây ra THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va L dV L dQ - Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến H A    tính với (dQ/dt). g dt gF dt dQ CHÚ Ý: Trong trường hợp  const dt - Nếu dQ/dt < 0  đóng van   ΔHA > 0  nước va dương L Qd  Qc H A  - Nếu dQ/dt > 0  mở van gF Ts  ΔHA < 0  nước va âm  Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến Qd: lưu lượng trước khi đóng van; tính với chiều dài L từ B đến A. Qc: l/l sau khi đóng van Ts: thời gian đóng van từ Qd  Qc  L=0  ΔH=0 (tại B). 23 24 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 4
  5. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Trường hợp kể đến sự đóng không « NƯỚC VA ĐƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ĐỐI tuyến tính »: L Qd  Qc D THAY ĐỔI A H  k ΔHA gF Ts Réservoir B ΔH (1) ΔH (2) Với k = 1,25 1,5 xem như hệ an toàn. HA Nếu đóng (mở) van tức thì (dQ/dt L1,F1 L3,F3 L2,F2 A >>> 1)  H A   !!! α o Mặt chuẩn o  Kết quả không hợp lý này do từ các HA: cột nước tỉnh Kênh sau NM “giả thiết” ban đầu của bài toán ! ΔHA: gia số áp lực nước va tại A 25 26 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Giả thiết D mỗi đoạn không đổi: Bài tập: Một đường ống áp lực có D=2,25m, Gia số áp lực cho đoạn 1: Q  Qc  L1  chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng (1) H  d .  gTs  F1    Q=30m3/s. Thời gian đóng van là 10s Gia số áp lực cho đoạn 2: (tuyến tính k=1). L2 Qd  Qc Qd  Qc  L1 L2  1. Tính gia số áp lực lớn nhất do nước va. H ( 2)  H (1)      gF2 Ts gTs  F1 F2    2. Tương tự nếu D=2.5m. So sánh với kết Gia số áp lực cho đoạn 3: quả câu 1, nhận xét. Qd  Qc  L1 L2 L3  H ( 3)      gTs  F1 F2 F3    27 28 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài giải: Bài tập: Lấy số liệu bài trước. Đường ống 1. D=2.25m bây giờ gồm 2 đoạn: L1=400m, D1=2.25m; L Qd  Qc 1000*4 30  0 L2=600m, D2=2.0m. H A  k 1  76.91m mzx gF Ts 9.81*3.14159*2.252 10 Tính gia số áp lực do nước va trong 2 đoạn ống. 2. D=2.5m L Qd  Qc 1000*4 30  0 H A  k mzx 1  62.3m gF Ts 9.81*3.14159*2.52 10 Nhận xét: V  giảm  Giá trị nước va giảm 29 30 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 5
  6. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài giải: Đoạn 1: NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ĐÀN HỒI & H (1) L Q  Qc  1 d  4 * 400 30  0  30.76m NƯỚC NÉN ĐƯỢC - ĐÓNG (MỞ) VAN gF1 Ts 9.81*  * 2.252 10 TỨC THÌ Đoạn 2:  Xét trường hợp nước là NÉN L 2 Qd  Qc 4 * 600 30  0 H ( 2)  H (1)   30.76   89.16m được ( thay đổi theo áp suất). gF2 Ts 9.81*  * 22 10 Bài tập: Lấy số liệu bài trước, đường ống  Tiết diện  đường ống thay đổi gồm 2 đoạn: L1=500m, D1=3.5m; L2=250m, theo áp suất bên trong. D2=3.0m. Lưu lượng 40m3/s. Tính gia số áp lực do nước va trong mỗi đoạn. 31 32 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Trong thực tế  đường ống Khảo sát đoạn ống cuối đường ống dài Δl (bé): - Có 1 van ở A (chọn làm gốc toạ độ). bằng thép hoặc bê tông cốt - Đầu vào đường ống giả thiết là hồ chứa. thép  biến dạng khi áp - V0 vận tốc trung bình trong ống. - Thực hiện đóng van tức thì (T=0). suất thay đổi (mặc dù rất n t=dt bé) X m Δl a t=0 V0  Đường ống đàn hồi. p0 V0=0 A p0+Δp n O 33 m a 34 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Giải thích hiện tượng: l p   V0 Sau Δt (s), chỉ có đoạn chất lỏng giới hạn Từ đó: t (1) bởi (a-a);(m-m)  là dừng  Gia tăng áp Bước thời gian kế, đoạn chất lỏng giới hạn suất Δp. bởi (m-m) và (n-n) sẽ dừng  hiện tượng tiếp diễn  sự truyền sóng áp lực với tốc Trong khi đó nước bên trái (m-m) vẫn chảy độ a: “bình thường”. l a  lim Phương trình chuyển động khối chất lỏng t  0 giới hạn bởi (a-a) và (m-m) theo trục ống: Do đó (1)  p   aV0 (2) p0  ( p0  p)   l  0  V0  PGS. TS. Nguyễn Thống t  35 0 PGS. TS. Nguyễn Thống 36 6
  7. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Trong trường hợp van đóng 1 phần: Khối lượng nước trong đoạn a-a;m-m gia tăng: do đó p   a(V0  Vc ) a m        l  l H  (V0  Vc ) m     l     at g Note: Δp=g ΔH (N/m2) Tính a (tốc độ truyền sóng áp lực): Trong thời gian đó, khối lượng nước đi qua tiết Xét khi áp suất nước gia tăng một giá trị Δp: diện m-m để đi vào [a-a;m-m] là:  Khi nước bị nén:      m0  V0 t  Tiết diện ống gia tăng:      Luật bảo toàn khối lượng: m0  m 37 38 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va    at  V0 t Chú ý là khối lượng nước không Ta có: Từ đó: đổi (dù có bị nén) : V0 p p  W  c te a  a a     Vi phân toàn phần:       1      dW  Wd   0 dW d   Note: Đã sử dụng kết quả trước: p   aV0 W  39 40 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Quy luật thể tích chất lỏng thay đổi Dùng định luật Hooke: theo áp suất (GT.Cơ học chất lỏng): F .L  dp dW   W dW dp   L  L  dl  K W K AE E 1 K  :Module đàn hồi nước,  hệ số co giãn thể tích theo áp Tính:  Lực tác dụng Module đàn hồi vật liệu suất. p K    PGS. TS. Nguyễn Thống   41 PGS. TS. Nguyễn Thống Tiết diện 42 7
  8. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Löïc keùo T sinh ra do aùp suaát p treân chu vi hình Bài tập: Xét ống tròn, sử dụng định luật troøn b/kính r: Hooke (1D), chứng minh quan hệ: dF (dF vi phaân löïc taùc duïng leân r rp vi phaân chu vi dl) T  dF pdl  x .cos  p r eE  cos  pr  .d r: bán kính ống tròn, p áp suất bên trong ống, e chiều dày thành ống, E  /2 T module đàn hồi ống. 2T   dFx  pr  cos  .d  2pr 43 44 PGS. TS. Nguyễn Thống  / 2 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Xét ống tròn:    r 2 Thay kết quả này vào phương trình xác định a:  r Ta có:   2 r r  2 K  r r  d  đường kính trong a e chiều dày thành ống Với r biến dạng tương đối của bán kính r 1 K d * dưới tác dụng của gia áp suất p . thép E e Luật Hooke: r r p d p   d p Note: nếu ống KHÔNG đàn hồi ( E   )    r eE 2eE  eE Ta có: K a0  K module đàn hồi nước Với e chiều dày thành, E hệ số đàn hồi ống  d đường kính ống. Đây là vận tốc truyền của sóng âm trong nước. 45 46 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Thay vào trên ta có: a0 Với K của nước ở nhiệt độ bình thường: a (m/s)  Tốc độ a K  2.03*109 N / m2 K d 1 . Ta có: a0 =1425 m/s. truyền sóng áp lực. Một số vật liệu ống phổ biến: E e Chú ý: Tính giá trị Vật liệu Sắt Gang Gang đúc li Chì nước va trong đường ống đàn hồi: tâm a E/K 100 37 41 9 H  (V0  Vc ) g 47 48 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 8
  9. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Với đường ống bê tông cốt thép: HỆ SỐ ĐÀN HỒI K  Vật liệu E(kG/cm2) Vật liệu E(kG/cm2) a K d Thép 2.1E+06 Cao su 20-60 1 . E e(1  9.5) Gang 1.0E+06 Nước 2.1E+04 f Bêtông 2.1E+05 Dầu 1.35E+04   hệ số cốt thép vòng. f diện tích cốt e Gỗ 1.0E+05 thép trên 1m chu vi ống. Thông thường  =0.015  0.05 49 50 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Lưu lượng 25m3/s chảy trong đường 3. Lấy giá trị nước va câu 2. Khả ống có đường kính 2,5m, dài 1km. năng chịu lực thép là 1. Giả thiết ống tuyệt đối cứng, tính giá trị nước va max tại cuối ống khi đóng van [σ]=75kN/cm2. Lấy hệ số an toàn 2. trong 10’’ (nước không nén được). Lấy chiều dày dự phòng 2mm. 2. Giả thiết ống đàn hồi bằng thép dày 32mm. Tính lực dọc chu vi ống sinh ra do Nước là nén được. Hệ số đàn hồi nước gia số áp lực nước va  kiểm tra K=2.109 N/m2. Tính nước va cuối ống khi đóng van tức thời. khả năng chịu lực ống ? 51 52 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA SƠ ĐỒ TÍNH TỔNG QUÁT X ΔHA Đường ống đàn hồi. Hồ B 2 H1  Nước nén được. dx 1 HA  Van đóng dần dần. 2 1 A α  Mất năng đường dài (ma sát o Mặt chuẩn o giữa dòng chảy và đường dẫn). HA: cột áp tỉnh Kênh sau NM ΔHA: gia số áp lực tại A do nước va  Mất năng cục bộ. 53 54 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 9
  10. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Áp dụng phương trình lực khối nước trong Thay vào p/trình (1): (1-1) và (2-2) theo phương X: d(mV) x V h   Fx (1)  Fdx dt   gF ( dx  dx. sin  ) dt t x m=Fdx, Fx: ngoại lực V dV  dt V (h  z 0  x sin  ) t  Fdx dt   gF dx Lực tác dụng lên khối nước: t x h   gF dx z0 : cao độ van so mặt chuẩn. Lực bản thân phương X: x z : cao độ mặt cắt khảo sát so mặt chuẩn.   gFdx sin  55 h+z0+xsin =H 56 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Thay tất cả vào: Từ đó: V H (2) g H dt  a V H a V dx H a 2 V t x .dx  .  . t g x t g x dt t g x a dx Kết quả trước: H  (V0  Vc ) a g dt V g H (3)  . Xét sự thay đổi áp suất trong dt: H  H dt x a 2 t t Hệ phương trình (2) và (3) biểu diễn hiện tượng Sự thay đổi vận tốc: V   V dx truyền sóng nước va trong ống đàn hồi với 2 ẩn x số là H và V. 57 58 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va LỜI GiẢI HÊ PT. PHI TUYẾN (2) VÀ (3) Từ (3)  V  g  dH  H dx  (5)   1. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG: x a 2  dt x dt  Với V=V(x,t) và H=H(x,t) ta có: Hệ (4) & (5) cho: dV  1  dx   H g dx dH 2 dV V dx V dH H dx H  g 1  2     2. .   dt x dt t và   dt  a  dt   x a dt dt (6)   dt x dt t Phương pháp đường đặc trưng biến (6) Hệ p/t (2) và (3) trở thành: thành p/t bậc 1 bằng cách xem t/hợp: dV V dx H  g 2 (2)  1  dx  dx dt x dt t (4) (7) 1   0  a PGS. TS. Nguyễn Thống 59 PGS. TS. Nguyễn Thống a 2  dt  dt 60 10
  11. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Giả thiết giải pt. [6] trong điều kiện: 2 (7) Cho phép xác định các đường đặc 1  dx  trưng. 1 2    0 a  dt  T X=-at+k2 Phương trình [6] trở thành: dV g dH t+2  t+ X=at+k1 dt a dt t  Đây là phương trình vi phân bậc 1, tách biến 0 X được và giải dễ dàng khi kết hợp với các điều A L B kiện biên của V và H ở hai đầu đường ống. 61 HỆ ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG 62 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Trên đường đặc trưng, p/trình (6) trở thành: Tích phân p/t (7) dọc theo đường x =-at+k1 trong a a (7) g/hạn t tại B t+ tại A: dH  dV  dQ g gF B A a H t  H t    B A (9) gF Q t  Qt   Tích phân p/t trên theo đường đặc trưng Tương tự cho tất cả các thời đoạn khác: t+ x =at+k1 với giới hạn t tại A t+ tại B: t+2; t+2 t+3; …ta có: a H t  H t   Q(8)  Qt    A  H n  H (n 1)  gF  Q n  Q(n 1)  A B A B t B a A B gF   thời gian để sóng nước va đi từ đầu  ống này sang đầu ống kia (A  B). H B  H A  n (n 1)   a  QB  Q(n 64  n A 1) PGS. TS. Nguyễn Thống 63 PGS. TS. Nguyễn Thống  gF THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Dùng các đ/kiện biên và ban đầu, ta có thể Ví dụ: Dạng tổng quát giá trị nước va tại A. giải hệ p/trình để xác định giá trị nước va tại A. 900 800 Coät nöôùc cuoái oáng aùp Exemple: Giả thiết hồ chứa lớn (mực nước 700 löïc coù keå nöôùc va không đổi khi có nước va) HtB=H0= hằng H (m) 600 500 số tại B. Giả thiết lưu lượng qua A biết 400 theo thời gian. Giá trị nước va tại A 300 Hmax (m) thường có dạng tổng quát sau: 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tf T (s) 65 66 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 11
  12. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THIẾT LẬP 2 PHƯƠNG TRÌNH 1 NƯỚC VA 2 TỔNG QUÁT 1 67 68 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 2. PHƯƠNG PHÁP SỐ (TỔNG QUÁT): Ta có thể sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình đạo hàm riêng bậc cao phi tuyến biểu thị hiện tượng bước va: Phương trình chuyển động: V 1 p fV V (10)   g sin   0 t  x 2D 69 70 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Phương trình liên tục: p V Hệ phương trình (10) và (11) cho (11)  a 2 0 phép xác định 2 ẩn số V và p theo t x K/ thời gian. t, x biến độc lập. a2  K D a tốc độ truyền sóng nước va 1  Sử dụng pp. Sai phân hửu hạn V vận tốc trung bình. E e p áp suất tại tâm mặt cắt. Sử dụng pp. Phần tử hửu hạn D đường kính ống.  Sử dụng pp. Đường đặc trưng 71 72 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 12
  13. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ví dụ: Đường ống dài 1850m, đường kính 800 thay đổi từ 2,5m3,0m. Chiều dày Cuối ống 700 40mm20mm. Lưu lượng max 39m3/s, có 2 tuabin. Ma sat giữa nước và thành có 600 T p (mH 2O) f=0,025. Thời gian đóng van 8’’. 500 t Lời giải bằng phương pháp sai phân tham 400 khảo như sau: 300 200 Giữa ống 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) 73 NƯỚC VA DƯƠNG 74 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 600 Cuối ống DỰ ÁN 500 THƯỢNG p (mH2O) 400 Giữa ống 300 KONTUM 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) NƯỚC VA ÂM 75 76 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 1300 1000 p(mH 2O) p(mH2 O) Cột nước áp suất tỉnh Cột nước áp suất tỉnh 1200 950 1100 900 1000 850 900 800 800 700 NƯỚC VA DƯƠNG (s) T 750 NƯỚC VA ÂM 600 T (s) 700 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 77 78 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 13
  14. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Định nghĩa: TÍNH TOÁN • T tf : nước va gián tiếp. T thời gian đóng (mở) van (4’’-12’’). THEO QUY PHẠM tf=2L/a: thời gian truyền sóng nước va trên đoạn đường 2L. VIỆT NAM L: chiều dài ống áp lực. a: tốc độ truyền sóng nước va 79 80 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va a: vận tốc truyền sóng 1425 V0: vận tốc TB dòng chảy trước khi a đóng van. K d Vc: vận tốc TB dòng chảy sau khi đóng 1 * NƯỚC VA TRỰC TIẾP E e van Giá trị nước va max: HV: áp lực max (mH2O) do nước va + cột áp tỉnh. H  Hv  H0  a(V0  Vc ) / g H0: cột áp tỉnh. Định nghĩa hệ số:   H  a(V0  Vc ) PGS. TS. Nguyễn Thống H0 gH0 81 PGS. TS. Nguyễn Thống 82 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA DƯƠNG GIÁN TIẾP 800 Giá trị max Gọi t thời điểm nước va dương 700 max xảy ra: 600 T p (mH 2O)  Nếu t tf: nước va pha cuối. 300 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) 83 NƯỚC VA DƯƠNG 84 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 14
  15. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Gọi hệ số Allievi: aV Có 2 trường hợp:  2 gH 0 - T/h 1:  < 1nước va gián tiếp pha aT đầu. Gọi hệ số liên quan đóng van:  Theo Calame-Gaden: 2 2L 0  Đặt: 1   (  1) H  Từ đó:   H0   H   * H0  H V  H0  H 85 86 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va - T/h 2:  > 1 nước va gián tiếp pha cuối. Chú ý * Nếu ζ>=50% theo Allievi: Sau khi có  ta tính giá trị   2   2 4  gia tăng áp suất do nước * Nếu ζ>=50% theo Calame-Gaden: va:   1.1 H  .H 0 * Nếu ζ
  16. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Đường ống áp lực dài 750m, cột nước Bài giải: at 1100*7 tỉnh H0=200m. Vận tốc trung bình trong ống aV    4.53 6,5m/s. Giả thiết a=1200m/s, thời gian đóng   1.14 2 L0 2*850 van 8’’. 2 gH 0 2 a. Nước va gián tiếp hay trực tiếp?   1.14   0.25    0.28 b. Tính giá trị nước va theo Quy phạm VN.  4.53 2  c. Đường ống thép có d=2m, [σ] =20kN/cm2. Tính ( > 1  nước va gián tiếp pha đầu) chiều dày thành ống để chịu được giá trị cột nước HV với hệ số an toàn là 2. Giá trị nước va lớn nhất cuối ống: (Xem ôn ở sau, tính lực dọc CV ống tròn có áp H  H0  0.28 * 294  82.3m suất đều p tác dụng) 91 92 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Giống câu hỏi bài Ôn: Xác định lực dọc T theo chu vi ống tròn bán kính R khi chịu áp suất p phân bố đều tập trước với H0=250m, bên trong: A L=750m,V=7m/s, T=f(p,R) A a=1000m/s & t=8’’. p R 93 94 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Hãy dùng phương pháp sai Phương trình liên tục: phân hiện (xem giải thích sau), lập K/ p V a2  phương trình sai phân và sơ đồ khối  a 2 0 K D để giải bài toán nước va được biểu t x 1 diễn bởi hệ phương trình sau (V và H là E e t, x biến độc lập. lời giải cần tìm, ống chia thành 2 đoạn V vận tốc trung bình. như nhau). Phương trình lực: p áp suất tại tâm mặt cắt. V 1 p fV V D đường kính ống.   g sin   0 PGS. TS. Nguyễn Thống t  x 2D 95 PGS. TS. Nguyễn Thống 96 16
  17. 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va HƯỚNG DẪN PP. SAI PHÂN CƠ BẢN Sơ đồ sai phân hiện: f it1  f it f f f it 1  f it 2 Sơ đồ sai theo thời gian:  f là hàm cần sai phân. t t f it 1 giá trị hàm f tại nút i ở thời điểm mới giá trị hàm f tại nút i+1 ở thời điểm cũ f it1 Sai phân tiến f f it1  f it theo không gian:  x x 97 98 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va HẾT 99 PGS. TS. Nguyễn Thống 17
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
11=>2