Trang 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong khi nghiên cứu các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau người ta thường gặp những vấn đề chuyển động của chất lỏng Sự cân bằng và chuyển động của chất lỏng, sự tương tác lực của chất l[.]
ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nghiên cứu lĩnh vực kỹ thuật khác người ta thường gặp vấn đề chuyển động chất lỏng Sự cân chuyển động chất lỏng, tương tác lực chất lỏng lên vật rắn Quá trình nghiên cứu vấn đề ngày phong phú đạt thành tựu đáng kể Dần dần hình thành mơn khoa học chung : “Cơ học chất lỏng” khoa học thủy lực năm Cùng với phát triển chung nghành khoa học giới, thuỷ lực môn khoa học chuyên nghiên cứu quy luật cân chuyển động học vĩ mô chất lỏng Đồng thời tìm biện pháp áp dụng quy luật vào sản xuất mà sở lý luận Tốn học, Vật lý học Cơ học chất lỏng lý thuyết Bản thân Thuỷ lực học sở để nghiên cứu nhiều lĩnh vực kỹ thuật chun mơn như: Cấp nước khí, xây dựng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ năng, thuỷ điện, cảng đường thuỷ Chế tạo máy nói chung, chế tạo máy thuỷ lực nói riêng, điều khiển cấu thuỷ lực, truyền động thuỷ lực, tự động hoá thuỷ lực Trong trình thực hướng dẫn giúp đỡ tận tình Thầy Phạm Quang Thiền góp ý bạn lớp mà em hoàn thiện tập này.Tuy nhiên sụ tiếp thu cịn có hạn, tập lớn mơn học có liên quan nhiều đến kiến thức thực tế nên tránh khỏi sai sót Kính mong quan tâm dẫn thầy giáo để giúp em hồn thiện kiến thức mơn học tâp khác tới, phục vụ tốt công việc em sau Em xin chân thành cảm ơn! BÀI TẬP LỚN THỦY LỰC CƠ SỞ Trang Bài ( đề số 146) Cho sơ đồ phân phối nước hình vẽ: N q=0.5l/s HT Y L7 T L8 L9 H L6 A L1 L2 C D L3 E L4 B L10 I L12 L5 K L11 L X L13 M Cột nước tự cuối đường ống 15m Cao trình điểm cuối ống nhánh cho theo bảng 1.1 Các số liệu khác theo bảng 1.2 Yêu cầu : Tính đường kính cho tất ống nhánh sơ đồ Xác định chiều cao ống tháp nước Vẽ đường đo áp cho nhánh Bảng 1.2 : Điểm (m) Q(l/s) A 10 N Y 12 T 12 10 K 10 Bảng 1.2: Số liệu Trang M 8 X L Đề L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 146 240 220 610 450 150 360 200 320 360 150 410 440 350 Bài làm 1.Tính đường kính ống trục nhánh hệ thống Ngồi điều kiện tương tự cịn phải xét đến cao trình điểm nút nhánh để quy định đâu trục Theo đề ta thấy cao trình điểm T cao trục là: A – B – C – D – E – T -Xác định lưu lượng cho đoạn ống : Đoạn ET : QET = QT = 10 (l/s) Đoạn DE : QDE = QT + QK = 10+9 = 19 (l/s) Đoạn CD : QCD = QDE + QM= 19 + = 27 (l/s) Đoạn BC : QBC = QCD + QL + QX = 27 + 8+ = 44 (l/s) Đoạn AB : QAB = QBC + QY + q x L7 = 44 + 12 + 0,5 200 = 156 (l/s) -Xác định đường kính ống dẫn đoạn : Dựa theo bảng đường kính ống dẫn D chọn theo lưu tốc kinh tế lưu lượng kinh tế sau : Bảng – :(Giáo trình kỹ thuật thủy khí – tr.132) D1(mm) 50 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 V1(m/s) 0.75 0.75 0.76 0.82 0.85 0.95 1.02 1.05 1.10 1.15 1.20 Q1(l/s) 1.5 3.3 10 15 30 50 102 106 145 190 Từ bảng ta lấy đường kính cho đoạn : QET = 10(l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn ET : dET = 125(mm) QDE = 19 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn DE : dDE =150 (mm) QCD = 27 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn CD : dCD = 200 (mm) QBC = 44 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn BC : dBC = 250 (mm) QAB = 156 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn AB : dAB = 400 (mm) Ta có : QE – K= QK= (l/s) Trang QD – M = QM =8 (l/s) QI – L = QL =8 (l/s) QI – X = QX = (l/s) QC – I = QI = QL + QX = + = 17 (l/s) QH – Y = QY = 12 (l/s) QH –N = QN = q x L7 = 0.5 x 200 = 100 (l/s) QB – H = QH = QY + QN = 12 + 100 = 112 (l/s) *Tra bảng – ta lấy đường kính đoạn sau : QE – K = (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn EK : dEK = 125 (mm) QD – M =8 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn DM : dDM = 125 (mm) QI – L = (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn IL : dIL = 125 (mm) QI – X = (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn IX : dIX = 125 (mm) QC – I = 17 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn CI : dCI = 150 (mm) QH – Y = 12 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn HY : dHY = 125 (mm) QH –N= 100 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn HN : dHN = 300 (mm) QB – H = 112 (l/s) => Đường kính ống dẫn cho đoạn HN : dBH =350 (mm) *Bảng đường kính ống dẫn cho tất ống ống nhánh có sơ đồ: Đoạn Q(l/s) D(mm ) Ống trục AB BC CD DE ET 15 40 EK 44 27 19 10 25 20 15 12 12 D M 125 Tính chiều cao ống tháp nước -Tính tổn thất cột áp đoạn : Ta cã c«ng thøc chung tÝnh tỉn thÊt cét n-íc lµ: hdi= Qi Ki li Trang Ống nhánh phụ IL IX CI HY HN BH 17 12 12 12 15 15 10 30 11 35 3,14.d / Tra b¶ng 3.3 giáo trình thuỷ lực máy thuỷ lực, 4.n.4 / chọn với đ-ờng ống bỡnh thường với C0 = = 80 → n=0,0125 n Víi Ki = c R = Q: lưu lượng nước đoạn l : chiều dài đoạn → K= 24,92 (d)8/3 - Tổn thất cột áp đoạn E - T: K9 = 24,92 (0,125)8/3 = 0,097 hE −T QET (0, 01)2 360 = 3,826 (mH2O) = l9 => hET = (0, 097)2 K ET hwE - T = 1,1 hE - T= 1,1 3,826 = 4,209 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn D - E: K4 = 24,92.(0,15)8/3 = 0,158 hDE QDE (0,019) = l = 450 = 6,507 (mH2O) K DE (0,158) hwDE = 1,1 x hD-E = 1,1 6,507= 7,158 (mH2O) - Tæn thÊt cét áp đoạn C - D: K3 = 24,92.(0,200)8/3 = 0,341 hCD QCD (0, 027) = l3 = 610 = 3,824 K CD (0,341)2 (mH2O) hwC - D = 1,1 hC - D = 1,1.3,824 = 4,206 (mH2O) - Tổn thất cột áp đoạn B - C: K2 = 24,92.(0,250)8/3 = 0,618 hBC = QBC (0, 044) l = 220 = 1,115 (mH2O) 2 K BC (0, 618) hwB - C = 1,1 hB - C = 1,1 1,115= 1,226 (mH2O) - Tổn thất cột áp đoạn A - B: K1 = 24,92.(0,400)8/3 = 2,164 Trang hBA = QBA (0, 206) l = 240 = 2,175 (mH2O) K BA (2,164) hwB - A = 1,1.hB - A = 1,1 2,175 = 1,292 (mH2O) - Tổn thất cột áp đoạn E - K: K5 = 24,92 d E8/3− K = 24,92 (0,125)8/3 = 0, 097 hE − K QE2 − K = l5 => hE − K = (0, 009) 150 = 1, 291 (mH2O) K E −K (0, 097) hwE-K = 1,1 hE-T = 1,1 1,291 = 1,420 (mH2O) - Tổn thất cột áp đoạn D - M: K12 = 24,92 d D8 /−M = 24,92.(0,125 ) / = 0,097 hD − M = QD2 − M (0, 008) h = 440 = 2,992 (mH2O) l => D−M 12 (0, 097)2 K D2 − M hwD-M = 1,1 hD-M = 1,1 2,992 = 3,291 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn I - X: K11 = 24,92 d I8−/ 3X = 24,92 (0,125 ) / = 0,097 hI − X = QI2− X (0, 009) h = 410 = 3,529 (mH2O) l => I −X 11 (0, 097) K I2− X hwI-X = 1,1 hI-X = 1,1.3,529= 3,882 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn I - L: /3 K 13 = 24,92 d I8−L = 24,92 (0,125 ) / = 0,097 hI − L QI2− L (0, 008) 350 = 2,380 (mH2O) = l13 => hI − L = (0, 097) K I −L hwI-L = 1,1 hI-L = 1,1 2,380= 2,619 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn C - I: /3 K10 = 24,92 d C8 −I = 24,92 (0,150 ) / = 0,158 hC − I = QC2 − I (0, 017)2 h = 150 = 1, 736 (mH2O) l => C −I 10 (0,158)2 K C2 − I Trang hwC-I = 1,1.hC-I = 1,1 1,736 = 1,910 (mH2O) -Tỉn thÊt cét ¸p đoạn H - N: K = 24,92 d H8/3− N = 24,92.(0,300)8/3 = 1, 005 hH − N = Q H2 − N (0,100)2 h = 200 = 1,980 (mH2O) => l H −N (1, 005) K H2 − N hwH-N = 1,1 hH-N = 1,1 1,980=2,178 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn H - Y: K8 = 24,92.d H8/3−Y = 24,92.(0,125)8/3 = 0, 097 hH −Y = Q H2 −Y (0, 012) h = 320 = 4,897 (mH2O) l => H −Y (0, 097) K H2 −Y hwH-Y = 1,1.hH-Y= 1,1 4,897 = 5,387 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn B - H: K9 = 24,92.d B8/3− H = 24,92.(0,350)8/3 = 1,516 hB − H QB2 − H (0,112)2 360 = 1,965 (mH2O) = l6 => hB − H = (1,516)2 K B−H hwB-H = 1,1 hB-H = 1,1 1,965 = 2,161 (mH2O) *) Xác định chiều cao đo áp điểm nhánh: HT= T+ Ht d= 12 + 15 = 27 (mH2O) HE = HT+ hwE – T = 27 + 4,209=31,209 (mH2O) HD = HE + hwD – E = 31,209 + 7,158 = 38,367 (mH2O) HC = HD + hwC – D = 38,367 +4,206 = 42,573 (mH2O) HB = HC + hwB – C =42,573+ 1,226 = 43,799 (mH2O) HA = HB + hwA – B = 43,799 + 1,292 = 45,091 (mH2O) *) Chiều cao đo áp tháp: HKK = hwE – T + hwD – E + hw C – D + hwB – C + hwA – B + ht d +T HKK = 4,209 +7,158 + 4,206 + 1,226 + 1,292 +15 + 12 = 45,091 (mH2O) Trang HT =HKK - A = 45,091- 10 = 35,091 (mH2O) Bảng đánh giá: Điểm Đoạn L(m) Q(l/s) d(mm) T E D C B A ET DE CD BC AB 360 450 610 220 240 10 19 27 44 156 125 150 200 250 400 Tæn thÊt hd hW 3,826 6,507 3,824 1,115 2,175 4,209 7,158 4,206 1,226 1,292 ChiÒu cao 27 31,209 38,367 42,573 43,799 45,091 Vẽ đường đo áp cho nhánh 45,091 43,799 42,573 38,367 31,209 27 HT L9 A L1 B L2 C L3 D L4 E Đường đo áp dọc theo đường trục *) Xác định chiều cao cột đo áp tháp điểm A Chiều cao thuỷ lực tháp A chiều cao tính từ mặt đất đến mặt nước tháp, xác định sau: Hlt = hW + htd + T= hW + HT = 18,091+ 27 = 45,091(m) HT =Hlt - T= 45,091 – 12 = 33,091(m) Trang T *)Tính tốn cho ống nhánh khác Chiều cao cột áp cuối đoạn: Đoạn EK: HK= HE –hwE-K = 31,209–1,402= 29,807 (mH2O) Đoạn DM: HM = HD – hwD-M =38,367–3,291=35,076 (mH2O) Đoạn CI: HI = HC – hwC-I=42,573–1,910=40,663 (mH2O) Đoạn IX: HX = HI – hwI-X =40,663–3,882= 36,781(mH2O) Đoạn IL: HL = HI – hwI-L = 40,663–2,619= 38,044 (mH2O) Đoạn BH: HH = HB – hwB-H = 43,799–2,161=41,638 (mH2O) Đoạn HY: HY = HH – hwH-Y =41,638–5,387= 36,251 (mH2O) Đoạn HN: HN = HH – hwH-N= 41,638 2,178= 39,460 (mH2O) Bài ( đề số 146) Cho biÕt a=80mm, b=20mm, träng l-ỵng phao G1 = 26g, tỷ trọng xăng x = 0,75, độ nhớt xăng nhiệt độ 300C = 0,006 cm2/s, áp suất mặt thoáng áp suất khí trời Trên đ-ờng ống kim loại có khoá (k = 4,0), ba đoạn uốn cong (u = 0,2), miệng cđa èng Ng-êi ta dïng mét nót nèi víi hƯ thèng ®ãng më tù ®éng miƯng b»ng phao Nút đ-ợc nâng lên áp suất d- lµ Pd ChiỊu dµi èng L = 6,0m Các giá trị độ cao Z, Pd, vận tốc xăng ống V, đ-ờng kính ống d đ-ợc xác định bảng 2.1 Tính áp suất bơm để bơm xăng vào bình.? Xác định bán kính R phao hình cầu xuất phát từ điều kiện cho mức xăng hộp cố định chốt khoá mở phao chìm nửa Vẽ đ-ờng đo áp cho hệ thống Thử kiểm tra v-ới trị số bán kính R đà tính đ-ợc nh-ng chốt khoá mở phao chìm hai phần ba thể tích.Trong tr-ờng hợp áp suất bơm Trang Bảng số liệu §Ò Z (m) Pd (at) V (m/s) d (mm) 146 0,4 0,4 0,9 10 Pa Cho sơ đồ nh- hình vÏ: b k a d u u Z L u V Bài làm Tính áp suất bơm để bơm xăng vào bình chứa áp suất bơm đầu đạt đ-ợc phải khắc phục đ-ợc áp suất d- đầu vòi, tạo dòng chảy ống khắc phục đ-ợc tổn thất điểm cong khóa Ph-ơng trình Bécnuli viết cho mặt 1-1và 2-2 là: pb x + v12 2g =Z+ pd x + v22 2g + hw1−2 Trang 10 (1) Trong ®ã: 1= 2 =1, v = v2 (vì chảy ống) Ph-ơng trình (1) trở thành : pb pd v l = Z + + 3 u + k + x x 2g d (2) Xác định hệ số , muốn ta phải xác định trạng thái chảy ống: áp dụng công thức tính số Raymol: Re = V d 0,9 10 10−3 = = 15000 0, 006 10−4 Ta thÊy 2320< Re= 15000< 105 , nªn dòng chảy ống dòng chảy rối Để tính hệ số ma sát ta phải áp dụng công thức Bladiuyt: = 0,3164 0,3164 =4 = 0, 029 R 15000 e (3) Thay giá trị vào công thức (2) ta cã : pb pd v l = Z + + 3 u + k + x x 2g d pb 0, 9,81104 0,92 6,0 = 0, + + (3 0, + 4,0 + 0,029 ) = 6,152 ( mxăng) x 0,75 9810 9,81 10 10−3 Suy pb= 6,152 0,75 9810 = 45263,34( N/m2) = 0,461 (at) Vậy để bơm xăng vào bình chứa cần phải có áp suất đầu bơm là: Pb= 0,461 (at) Xác định bán kính phao (R) Xét hệ thống đóng mở có lực tác dụng: P: lực áp suất d- sinh G: trọng l-ợng phao Pas: lực Acsimet xăng tác dụng lên cầu Ph-ơng trình mô men cân điểm O là: Trang 11 P b + G a - Pas a = P b + G a Víi VC = (5) R3 VC = R3 3 P b+G a= Vc x a = R= x R3 a Pb + Ga x a Tính đại l-ợng ph-ơng trình (5), ta cã: 3,14 (10 10−3 ) d b = 0, 9,81 104 4 −3 −3 G a = 26 10 9,81 80 10 = 0,02 ( Nm) 2 x a = 3,14 0,75 9810 80 10−3 = 1232,136 3 0,062 + 0,02 R=3 = 0,04 (m) = 40 (mm) 1232,136 P b = pd b = p d 2 20 103 = 0,062( N m) Từ kết ta thấy bán kính cầu R = 40 (mm) nhỏ a = 80 (mm), điều hợp lý Vậy bán kính phao là: R = 40 (mm) Vẽ đ-ờng áp cho hệ thống Để vẽ đ-ờng đo áp cho hệ thống ta phải tính tổn thất đoạn khác ống Ta chia ống làm đoạn: Ta gọi chiều dài hai đoạn ống thẳng đứng lần l-ợt là: z1 = z2 =Z/2 = 0,4/2 = 0.2 (m) ChiỊu dµi cđa đoạn ống nằm ngang lần l-ợt là: l1 = l − z 6, − 0.4 = = 2,8 (m) 2 l3 = l4= l1 2,8 = = 1, (m) 2 a/TÝnh tỉn thÊt däc ®-êng đoạn : Trang 12 *Đoạn nằm ngang l1: hd1 = l1 v 2,8 (0,9) = 0, 029 = 0,335 (m) = 335(mm) d 2g 10 103 9,81 Trên đoạn nằm ngang tr-ớc sau khoá K: hd3 = hd4 = 335 hd1 = = 167, 2 ( mm ) Trên đoạn thẳng đứng: z v2 0, 0,92 hd2 = hd5 = = 0,029 = 0,024 ( m ) = 24 ( mm ) 2d g 10 10−3 9,81 b/ TÝnh tỉn thÊt cơc bé trªn đoạn: Các đoạn cong: hccong Tại khoá K : hckhoa v2 0,92 = u = 0, = 0, 00825 ( m ) = 8, 25 ( mm ) 2g 9,81 v2 0,92 = k = 4, = 0,165 ( m ) = 165 ( mm ) 2g 9,81 §-êng đo áp hệ thống nh- hình vẽ: Trang 13 hc1 hd2 hCK hd3 hc4 hd4 KiĨm tra víi trị số bán kính R đà tính đ-ợc nh-ng chốt khoá mở phao chìm hai phần ba thể tích Trong tr-ờng hợp áp suất bơm Phao chìm hai phần ba tức : p ' as = V phao x Từ ph-ơng trình(5) ta có: pd d b = ( pas' − G p )a (6) Trong ®ã: Trang 14 2 pas' = Vphao x = R3 x = 3,14 ( 40 10−3 ) 0,75 9810 = 1,314 ( N / m2 ) 3 G p = 26 10 −3 9,81 = 0,255 (N ) Tõ (6) suy : ' a p as − G p 80.10−3 1,314 − 0, 255 pd = = = 53961, 783 ( N / m ) 2 −3 b d 20.10 3,14 (10 10−3 ) 4 Từ kết tính đ-ợc ta thay vào pt (2) để tính áp suất bơm phao chìm phần ba: pb pd v l = z+ + 3 u + k + x x 2g d p 'b x 53961,783 0,92 6,0 = 0, + + 0, + + 0,029 = 8,642 (m) 0,75 9810 9,81 10 10−3 ¸p st cđa bơm lúc là: p 'b = 8, 642 0, 75 9810 = 63583,515 ( N / m ) p’b= 0,64815 (at) Trang 15