chương i các hiện tượng thủy khí động lực

Chương I: CÁC HIỆN TƯỢNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC - LƯU CHẤT - TÍNH LỰC HỌC CHẤT LỎNG - ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG - BT I) Lưu chất: Trong cơ lưu chất lỏng, chất khí và hệ các chất điểm được xem là lưu chất. 1) Các tính chất của lưu chất Newton: - Tính chảy(khi chênh lệch áp suất). Đại lượng đặc trưng về sức cản khi chảy là độ nhớt, có 2 loại: + Tính nén ép: đối với chất lỏng hệ số nén ép rất bé, đối với chất khis hệ số nén ép lớn hơn nhiều. + Độ bền động lưu chất: xem như bằng 0. + Tính mao dẫn. 2) Các đại lượng trong cơ lưu chất: - Khối lượng riêng: là đại lượng của 1 đơn vị thể tích lưu chất. ƿ(roâ) = lim m , kg/m 3  0 V Trong đó: : khối lượng riêng lưu chất, kg/m 3 : khối lượng lưu chất trong thể tích V - Thể tích riêng: là thể tích của lưu chất trong 1 đơn vị khối lượng V = 1/ , m 3 /kg - Trọng lượng riêng: là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích Ƴ = P/V = mg/V = ƿg , N/m 3 Trong đó : P: Trọng lượng của lưu chất, N V : Thể tích lưu chất, m 3 g : gia tốc trọng trường, m/s 2 - Tỉ trọng: là tỷ số giữa trọng lượng riêng chất lỏng so với trọng lượng riêng của nước. Trọng lượng riêng kí hiệu: d d = Ƴ ch aát loûng = ƿ chaát loûng g = ƿ chaát loûng Ƴ n öôùc ƿ nöôùc g ƿ nöôùc 3) Các loại áp suất: Áp suất là đại lượng vật lý biểu thị lực tác dụng lên một đơn vị diện tích. Nếu lực tác dụng được phân bố đều trên diện tích bề mặt thì áp suất được tính theo công thức: P = F/S , N/m 2 Trong đó: F: lực tác dụng , N S: diện tích bề mặt chịu lực, m 3 Trong kỹ thuật người ta thường phân biệt các loại áp suất sau: + áp suất khí quyển: bằng 0 nếu tính theo áp suất dư hoặc áp suất chân không, bằng 1 at nếu tính theo áp suất tuyệt đối. + áp suất dư: là áp suất so với áp suất khí quyển và có trị số lớn hơn áp suất khí quyển. + áp suất chân không: là áp suất so với áp suất khí quyển và có trị số nhỏ hơn áp suất khí quyển. + Áp suất tuyệt đối: là áp suất lúc toàn phần tác động lên bề mặt chịu lực. Áp suất tuyệt đối luôn có giá trị = 0 Pdư P/khí quyển P/chân không P/chân không P/tuyệt đối Ví dụ: P/ck = 0,3 at P/td = P/kq – P/ck = 0,7 at Pdư = 0,5 at Pdư P/td = Pdư + P/td = 1,5 at áp suất kế chỉ 0,7 at(đo áp suất dư) Bơm Tính độ chênh lệch áp suất 2 vị trị trên? Chân khơng kế chỉ 0,3 at(do áp st chân khơng) Giải: P1 = P/kq – P/ck = 1- 0,3 = 0,7 at P2 = P/td + Pdư = 1 + 0,7 = 1,7 at P = P2 – P1 = 1,7 – 0,7 = 1 at 1 atm = 760 mmHg = 10,33 mH 2 O = 1,033KG/cm 2 1 at = 735,5 mmHg = 10 mH 2 O = 10 KG/cm 2 = 14,22 PS = 1 barr = 9,81.10 4 N/m 2 = 9,81.10 4 Pa(đơn vò SI là N/m 2 ) II) Tính lực học chất lỏng: Khi nghiên cứu tính lực học của chất lỏng, người ta coi chất lỏng ở trạng thái yên tónh tương đối nghóa là khối chất lượng trong 1 không gian có giới hạn cùng chuyển động với bình chứa nó, còn các phần tử trong khối thì không có chuyển động với nhau. 1) áp suất thủy tónh: - khối chất lỏng ở trạng thái tónh chòu 2 lực tác động: + lực khối lượng + lực bề mặt * Xét 1 nguyên tử F trong chất lỏng thì bề mặt nguyên tố đó sẽ chòu 1 áp suất của cột chất lỏng chứa nó là P theo phương pháp tuyến. Khi đó áp suất thủy tónh sẽ là: Pt = lim P F 0 F * áp suất thủy tónh có điều kiện: - tác động theo phương pháp tuyến và hướng vào trong chất lỏng. - tại 1 điểm bất kì trong chất lỏng có giá trò bằng nhau theo mọi phương ngang. - là hàm số của tọa độ P=(x,y,z) nên tại mọi điểm khác nhau trong chất lỏng thì có giá trò khác nhau. - ngoài ra áp suất thủy tónh thuộc tính chất vật lý của chất lỏng: ƿ và att (khối lượng riêng vầ gia tốc trọng trường) 1) Phương trình cơ bản của tĩnh lực học chất lỏng: Z(m) + P/ƿg = const ; Lưu lượng thể tích: Q = fω , m 3 /s ; Lưu lượng khối lượng: Qm = ƿQ = ƿfω , kg/s Độ nhớt: Fms = µA [dω/dn] , N (phụ thuộc vào tính chất vật lý và nhiệt độ, ko phụ thuộc áp suất) trong đó : Fms : lực ma sát bên trong chất lỏng , N A: diện tích tiếp xúc giữa các lớp chất lỏng, m2 µ:hệ số tỉ lệ ; µ=Fms/ A .dv/dn , Ns/m 2 (độ nhớt động lực gọi là miêu) 1 Ns/m 2 = 1 kg/ms = 10 P = 1000 cP, 1kg = 10N v = µ/ƿ , m 2 /s (độ nhớt động học) 1st(stoke) = 1 cm 2 /s Re = ƿωd td /µ = ωd td /V (chuẩn số reynolds) dtd = 4f/U(nếu ống trên có đường kính D f = D2/4 v = D ; d td = 4f/U = D) trong đó: ƿ: khối lượng riêng lưu chất , kg/m 3 µ: độ nhớt động lực học lưu chất, kg/ms V : độ nhớt động học, m 2 /s ω: vận tốc dòng lưu chất chuyển động trong ống , m/s d td : đường kính tương đương, m Re < 2320 : chảy tầng (chảy theo phương dòng chảy) Re = 2320 – 10000 ; chảy quá độ Re > 10000 : chảy xoáy ( chảy hỗn độn) d td : 4f/U .Trong đó: f: tiết diện ống ; U: chu vi thấm ướt của ống, m nếu ống có tiết diện tròn đường kính D thì f = D2/4 Chương1: áp lực của chất lỏng lên đáy bình và thành bình: P A = P 0 + ρgh A , N/m 2 (P 0 được tính theo áp suất dư) lưu lượng thể tích: Q = fω , m 3 /s lưu lượng khối lượng: Q m = ρQ = ρfω , kg/s Lưu lượng nước thoát ra : Q 2 = v 2 d 2 2 /4 v 1 s 1 = v 2 s 2 (pt dòng liên tục) z 1 + p 1 /ρg + v 1 2 /2g = z 2 + p 2 /ρg + v 2 2 /2g * Trở lực: h ms = λLω 2 /D2g , m * Trở lực cục bộ : h cb = ∑ ε i ω 2 /2g , m ∑ h m = h ms + h cb Công suất của bơm: 1Hp = 0,7157 kw N = ρgQH/1000η , kw (η : hiệu suất của bơm) Năng suất của bơm pitông: Q = ηFSn , m 3 /ph ( F = D 2 /4) Năng suất của bơm tác dụng kép: Q = ηn(2F – f)S , m 3 /ph ( f = d 2 /4) Bài toán 1: Tính toán thiết kế bơm B1: chọn mặt cắt tại 2 mặt thoáng 1-1 và 2-2 B2: Viết pt bernulli cho mặt cắt 1-1 và 2-2 z 1 + p 1 /ρg + v 1 2 /2g + H b = z 2 + p 2 /ρg + v 2 2 /2g + ∑ h ms Bài toán 2: thử lại bơm B1: chọn mặt cắt 1-1 và 2-2 ( tại 2 đồng hồ kế) B2: Viết pt bernulli đi qua 2 mk 1-1 và 2-2 z 1 + p 1 /ρg + v 1 2 /2g + H b = z 2 + p 2 /ρg + v 2 2 /2g + ∑ h ms ⇒H b = z 2 + (p 2 -p 1 )/ρg Chương 2: *Thiết bị lắng hệ bụi: vào ra h H L *Tính toán thiết bị lắng nhiều tầng: chọn h → L(1m;1,2m;1,5m ) Điều kiện để hạt bụi lắng trong buồng lắng: L/v = h/U 0 ( v = 2-3m/s) F = v s /ω 0 , m 2 ; v s : lưu lượng hệ khí vào ; ω 0 : vận tốc lắng Mặc khác: F = BL = v s /nω 0 , m 2 ; n: số ngăn bằng ; H = n.h + (n -1)δ Q = Q sotang /n ; F = Q/U 0 = BL (U 0 :vận tốc lắng) ⇒B * Bể lắng đứng: vào máy thu nước ra B ra d 1 H 3 H 1 ống phân phối nước vào D α H 2 thân trụ d 2 đáy nón ống trung tâm máy thu nước ra *Tính toán: Đk lắng: v ≤ U 0 ⇒ v ; Diện tích lắng 1 bể: F = Q/v *Diện tích tổng: F l + F tt ⇒F = β.F l /n + F tt n: số bể lắng ; β: hệ số chứa đầy ; F l : diện tích lắng ; F tt : diện tích trung tâm ⇒D= √ 4F/ ; F b = (12÷ 30) m 2 làm 4 nhánh F b > 30 m 2 làm (6÷ 8) nhánh Nước chảy trong ống hoặc máng với vận tốc v= 0,6÷0,7 m/s F m = Q/v = ? ⇒ B *Phần nén cặn: chiều cao nén cặn: H 2 = (D-d)tagα/2 - Thể tích phần nén cặn: W l = H 2 (F 1 +F 2 +(F 1 .F 2 ) 1/2 )/2 α: 40 0 ÷60 0 ; H = 2,6 ÷5 m F 1 : diện tích đáy nón lớn ; F 2 : diện tích đáy nón nhỏ 1 1,5 2 2,5 β 1,3 1,5 1,75 2 *Bể lắng ngang: B 2 B 1 l 1 d H 2 H 3 H 1 l 2 l 2 l 3 l 3 α B L *Tính toán:(pp Nga) - chọn tỉ số H/L ⇒ α, k ; Dựa vào điều kiện lắng: H/L = U 0 - ω/v 0 ⇒tính v 0 ; chọn H ⇒ L ⇒ B Kiểm tra lại Re: Re rối: U 0 - ω ; Re chảy tầng : U 0 hệ số k phụ thuộc vào tỉ số L/H theo bảng: L/H 10 15 20 25 α 1,33 1,5 1,67 1,82 k 7,5 10 12 13,5 *tính toán:(pp Mỹ- Nhật) - chọn L/H - chọn H ⇒ L ( v 0 < 16,3 mm/s) Kiểm tra: Fr ≥ 10 -5 ; đk lắng H/L = U 0 - ω/v 0 * Cyclone lắng: L ống tâm h L H 3 Cửa nhập liệu Thân trục H 1 D α H 2 đáy nón *tính toán thiết kế Cyclone: - vận tốc dòng hỗn hợp: v t = ωr tb , m/s r tb : bán kính quay trung bình ; r tb = (R 1 +R 2 )/2 R 1 : bán kính ngoài ống tâm ; R 2 : bán kính trong vỏ trụ *tổn thất áp suất của dòng chảy: P = (ζ − ρ − v q 2 )/2 ρ: khối lượng riêng pha liên tục ; ζ: hệ số trở lực trong Cyclone v q : tốc độ dòng quy ước trong cyclone ; v q = Q s /.R 2 2 Q s : lưu lượng dòng hỗn hợp qua Cyclone, m 3 /s *trình tự tính Cyclone: - cho trước tỉ số P/ρ (350 ÷ 750) ; ζ = 60 ÷ 180 - tính sơ bộ vận tốc quy ước v q = 2P/ζ.ρ D = 4Q s /v q - làm tròn D và tra bảng, tính lại giá trị quy ước - tính lại trở lực P xem có nằm trong khoảng cho phép + tính v q = Q s //.R 2 2 ; tính P ⇒ P/ρ ⇒ thỏa ko *Cyclone chùm: Năng suất riêng: v x = n.v s ; n: số lượng cyclone kích thước kí hiệu đường kính cyclone , m D D chiều rộng cửa vào, m b 0,175D chiều cao cửa vào , m h 0,35D đường kính tâm , m d 0 0,65D chiều cao phần trục , m H 1 D chiều cao phần nón , m H 2 0,755D Chương 3: Lọc 1) Lọc với áp suất không đổi:(P = const): pt: q 2 + 2Cq = kt với C = R v /r 0 x 0 ; k = 2P/µ.r 0 x 0 ; q = v/s 2) Lọc với tốc độ lọc không đổi: w = v/s.t = P/ µ(r 0 x 0 .v/s+R v ) ⇒ q 2 +Cq = kt/2 ; C = R v /r 0 .x 0 ; k = 2P/µ.r 0 x 0 lấy vi phân 2 vế pt theo q: dq/dt = 4q/k + 2C/k tuy nhiên k thay đổi theo áp suất P = P b + P v = µ.r 0 x 0 .w 2 .t + µR v .w *Bể lọc chậm: v L = 0,1÷0,5 m/h nước vào máng phân phối nước vào cát lọc 0000000000000000000000000000 sỏi đỡ nước sau lọc vùng thu nước lọc chụp lọc *tính toán bể lọc chậm: diện tích bể lọc chậm: F = Q/v - số bể lọc: sơ bộ chọn bể theo CT: Nv/(N -1) ≤ v tc - chiều cao toàn phần của bể: H = h t + h đ + h c + h n + h p (m) h t : (0,3÷ 0,5) , m ; h n : (0,8÷1,8) , m thường lấy 1,5 m h p : (0,3÷0,5) , m * Bể lọc nhanh trọng lực: túi vải *tính toán thiết bị: diện tích bể lọc: S = 3600.v s /q v η , m 2 ; η = 0,85 ; số túi lọc cần thiết: Z = S/∏DJ *trở lực của thiết bị lọc túi vải tính theo thực nghiệm: P = Aq v n , mH 2 O ; A = 0,025÷0,35 ; n = 1,25÷1,35 *Thiết bị tầng sôi: kkhí buồng phân ly khu vực sôi nạp liệu tháo liệu kkhí lưới phân phối khí *kích thước khu vực tầng sôi: - hình dạng(trụ tròn,chữ nhật) :S = Q/U , m 2 - khối lượng vật liệu trong lớp sôi: G r = G s .t , kg - chiều cao ban đầu khối vật liệu hạt: h 0 = G r /ρ.v.s , m Chương 4: khuấy *thiết bị khuấy: N động cơ hộp truyền động trục khuấy d k h k1 H J thùng khuấy h k2 cánh khuấy D *các thông số cơ bản của hệ khuấy: -bán kính khuấy trộn theo Fausto R 0 = a.0,15(N.747/µ.0,00211) 1/2 ∗loại chân vịt đặt theo phương chiều trục a = 0,5 *loại chân vịt đặt theo phương vuông góc trục a = 0,15 *loại tuabin đặt theo phương chiều trục a = 0,2 *loại tuabin đặt theo phương vuông góc trục a = 0,3 D = 2R ; d k = 2rk ; G D = D/d k *cường độ khuấy: Re = nd k 2 ρ/µ ∗công suất khuấy trộn: N = K N . ρ.n 3 .d k 5 *Mức độ khuấy trộn: -với trường nhiệt độ: t/t tb = 1 - t/t tb -với trường vật chất: c/c tb = 1 - c/c tb R m = R ek .d k /2(1000+1,6R ek ) *tốc độ cách khuấy: n gh *tính theo chuẩn số Renol n gh = [R ek ]gh.µ/ρ.d k 2 , v/s [R ek ]gh = 0,4(h k1 /d k ) 0,58 √ G a /(1-10.G a -0,18 ) G a là chỉ số Galilê: G a = ρ.g.d k 2 /µ 2 Trong kỹ thuật áp dụng công thức: [R ek ]gh = C 1 (h k1 /h k ) 0,75 √G a *tốc độ cánh khuấy bắt đầu khuấy xâm thực được tính: n X = R e .k X .µ/ρ.d k 2 = R e. k X  /d k 2 * công suất khuấy: N = k N .ρ.n 3 .d k 5 *F 0 : chỉ số Furie: F 0 = - 0,43ln(1-η) ∗tốc độ cân bằng: v c = √ 4/3C d .gh(ρ r - ρ)/ρ , m/s Ar = d 3 (ρ r - ρ)ρg/µ 2 : chỉ số đồng dạng Arsimet *chỉ số đồng dạng Li-a-Sen-cô: Ly = R 0 3 /Ar = v c 3 .ρ 2 /µg(ρ r - ρ) ⇒v c = (Ly.µg(ρ r - ρ)/ρ 2 ) 1/3 . Chương I: CÁC HIỆN TƯỢNG THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC - LƯU CHẤT - TÍNH LỰC HỌC CHẤT LỎNG - ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG - BT I) Lưu chất: Trong cơ lưu chất lỏng, chất khí và hệ các chất i m được. SI là N/m 2 ) II) Tính lực học chất lỏng: Khi nghiên cứu tính lực học của chất lỏng, ngư i ta coi chất lỏng ở trạng th i yên tónh tương đ i nghóa là kh i chất lượng trong 1 không gian có gi i. chuyển động v i bình chứa nó, còn các phần tử trong kh i thì không có chuyển động v i nhau. 1) áp suất thủy tónh: - kh i chất lỏng ở trạng th i tónh chòu 2 lực tác động: + lực kh i lượng + lực