Bài Tập Lớn Thủy Lực Cơ Sở.docx

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 lỏng lên[.]

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 M 8 X L Bảng 1.2: Số liệu Đề L1 (m) L2 (m) L3 (m) L4 (m) L5 (m) L6 (m) L7 (m) Trang L8 (m) L9 (m) L10 (m) L11 (m) L12 (m) L13 (m) 146 240 220 610 450 150 360 200 320 360 150 410 440 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) QD – M = QM =8 (l/s) QI – L = QL =8 (l/s) Trang 350 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 EK 15 40 D M Ống nhánh phụ IL IX CI H Y 17 12 44 27 19 10 25 20 15 12 12 125 12 5 Tính chiều cao ống tháp nước -Tính tổn thất cột áp đoạn : Ta cã công thức chung tính tổn thất cột nớc là: hdi= Qi ×l K2 i i Trang 12 15 15 H N 10 30 BH 11 35 8/3 , 14 d 2/3 Víi Ki = ω c √ R = n Tra bảng 3.3 giáo trình thuỷ lực máy thuỷ lực, chọn với ®êng èng bình thường với C0 = n = 80 → n=0,0125 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 h E−T = Q2ET K 2ET l9 hET (0, 01)  360 3,826 (0, 097) (mH2O) => 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 ( , 019)2 h DE = l = 450=6 ,507 K DE ( , 158)2 Q DE (mH2O) hwDE = 1,1 x hD-E = 1,1 6,507= 7,158 (mH2O) - Tæn thất cột áp đoạn C - D: K3 = 24,92.(0,200)8/3 = 0,341 hCD  QCD (0, 027) l  610 3,824 K 2CD (0,341) (mH2O) hwC - D = 1,1 hC - D = 1,1.3,824 = 4,206 (mH2O) - Tỉn thÊt cét ¸p đoạn B - C: K2 = 24,92.(0,250)8/3 = 0,618 hBC  QBC (0, 044) l  220 1,115 2 K BC (0, 618) (mH2O) 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 K BA (2,164) (mH2O) hwB - A = 1,1.hB - A = 1,1 2,175 = 1,292 (mH2O) - Tổn thất cột áp đoạn E - K: K 24,92 d E8/3 K 24,92 (0,125)8/3 0, 097 h E−K = Q E−K K E− K l5 hE  K (0, 009)2  150 1, 291 (0, 097) (mH2O) => hwE-K = 1,1 hE-T = 1,1 1,291 = 1,420 (mH2O) - Tổn thất cột áp đoạn D - M: /3 K 12=24 , 92 d 8/3 D −M =24 , 92.(0 , 125) =0 ,097 h D−M = Q D−M K 2D− M l12 => hD  M  (0, 008) 440 2,992 (0, 097) (mH2O) hwD-M = 1,1 hD-M = 1,1 2,992 = 3,291 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn I - X: /3 K 11 =24 , 92 d 8I −X =24 , 92 (0 , 125)8/3 =0 , 097 h I− X = Q I− X K 2I −X l11 hI  X  (0, 009)2 410 3,529 (0, 097) (mH2O) => hwI-X = 1,1 hI-X = 1,1.3,529= 3,882 (mH2O) -Tổn thất cột áp đoạn I - L: 8/3 K 13=24,92 d 8/3 I −L=24 , 92.(0 ,125 ) =0 , 097 h I− L= Q2I −L KI−L l 13 hI  L  (0, 008) 350 2,380 (0, 097) (mH2O) => hwI-L = 1,1 hI-L = 1,1 2,380= 2,619 (mH2O) -Tæn thÊt cột áp đoạn C - I: 8/3 K 10=24 ,92 d 8/3 C−I =24 , 92 (0 , 150) =0 , 158 hC−I = QC− I K 2C−I l10 => hC  I  (0,017) 150 1, 736 (0,158) (mH2O) hwC-I = 1,1.hC-I = 1,1 1,736 = 1,910 (mH2O) Trang -Tæn thÊt cét áp đoạn H - N: K 24,92 d H8/3 N 24,92.(0,300)8/3 1, 005 h H −N = QH − N l7 K 2H −N hH  N  (0,100) 200 1,980 (1, 005)2 (mH2O) => hwH-N = 1,1 hH-N = 1,1 1,980=2,178 (mH2O) -Tæn thÊt cột áp đoạn H - Y: K8 24,92.d H8/3 Y 24,92.(0,125)8/3 0,097 h H −Y = Q2H −Y K 2H −Y l => hH  Y  (0, 012) 320 4,897 (0, 097) (mH2O) hwH-Y = 1,1.hH-Y= 1,1 4,897 = 5,387 (mH2O) -Tỉn thÊt cét ¸p đoạn B - H: K 24,92.d B8/3 H 24,92.(0,350)8/3 1,516 h B−H = Q 2B−H K 2B− H l6 => hB  H  (0,112)2 360 1,965 (1,516)2 (mH2O) 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) HT =HKK - A = 45,091- 10 = 35,091 (mH2O) Bảng đánh giá: Điểm §o¹n L(m) Q(l/s) d(mm) T Trang Tỉn thÊt hd ∑ hW ChiÒu cao 27 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 3,826 6,507 3,824 1,115 2,175 4,209 7,158 4,206 1,226 1,292 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) *)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) Trang T 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 biết a=80mm, b=20mm, träng lỵng phao G1 = 26g, tû träng cđa xăng x = 0,75, độ nhớt xăng nhiệt độ 300C = 0,006 cm2/s, áp suất mặt thoáng áp suất khí trời Trên đờng ống kim loại có khoá (k = 4,0), ba đoạn uốn cong (u = 0,2), vµ miƯng  cđa èng Ngêi ta dïng mét nót nèi víi hƯ thèng ®ãng mở tự động miệng phao Nút đợc nâng lên áp suất d Pd Chiều dài ống L = 6,0m Các giá trị độ cao Z, P d, vận tốc xăng ống V, đờng kính ống d đợc 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 đờng ®o ¸p cho hƯ thèng Thư kiĨm tra víi trị số bán kính R đà tính đợc nhng chốt khoá mở phao chìm hai phần ba thể tích.Trong trờng hợp áp suất bơm Bảng số liệu Đề 146 Z (m) 0,4 Pd (at) 0,4 V (m/s) 0,9 d (mm) 10 Pa Cho sơ đồ nh hình vẽ: b kk ku Trang d a ξku Z L ξku → V Bài làm Tính áp suất bơm để bơm xăng vào bình chứa áp suất bơm đầu đạt đợc phải khắc phục đợc áp suất d đầu vòi, tạo dòng chảy ống khắc phục đợc tổn thất điểm cong khóa Phơng trình Bécnuli viết cho mặt 1-1và 2-2 lµ: pb 1 v12 pd  v22  Z     hw1 x 2g x 2g (1) Trong ®ã: 1= 2 =1, v = v2 (vì chảy ống) Phơng trình (1) trở thành : pb pd v2 ìl =Z+ + ξk u +ξk k + γx γx g d ( ) (2) Xác định hệ số , muốn ta phải xác định trạng thái chảy ống: áp dơng c«ng thøc tÝnh sè Raymol: V d 0,9 10 10 Re   15000  0, 006 10 Ta thấy 2320< Re= 15000< 105 , nên 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 : Trang 10 pb pd v2 λ×l =Z+ + ξk u +ξk k + γx γx g d ( ) pb 0, 9,81104 0,92 6,0 0,   (3 0,  4,  0,029  ) 6,152 x 0, 75 9810 9,81 10 10 ( mxăng) 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 lợng phao Pas: lực Acsimet xăng tác dụng lên cầu Phơng trình mô men cân điểm O là: Vc x P  b + G  a - Pas  a =  P  b + G  a - a=0 Víi VC = R3 VC = R3  x R   P  b + G a = a  R= P b  G a  x a Trang 11 (5) TÝnh đại lợng phơng trình (5), ta có: 3,14  10 10  d P b  pd  b  pd  b 0, 9,81104 4 G a 26 10 9,8180 10  0,02 ( Nm) 2  x a  3,14 0,75 9810 80 10  1232,136 3 0,062  0,02  R 3 0,04 (m) 40 (mm) 1232,136 3  20 10  0,062( N m) Từ kết ta thấy bán kính cầu R = 40 (mm) nhá h¬n a = 80 (mm), điều hợp lý Vậy bán kính phao là: R = 40 (mm) Vẽ đờng áp cho hệ thống Để vẽ đờng 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 lợt là: z1 = z2 =Z/2 = 0,4/2 = 0.2 (m) Chiều dài đoạn ống nằm ngang lần lợt là: l z 6, 0.4 2,8 ( m) l1 = l1 2,8  1, ( m) l3 = l4= a/TÝnh tổn thất dọc đờng đoạn : *Đoạn nằm ngang l1: l v2 2,8 (0, 9) hd1    0, 029   0, 335 (m) 335(mm) d 2g 10 10 9,81 Trên đoạn nằm ngang trớc sau khoá K: 335 hd3 hd4  hd1  167, 2 Trªn đoạn thẳng đứng: mm z v2 0, 0,9 hd2 hd5    0,029   0, 024  m  24  mm  2d g 10 10 9,81 b/ TÝnh tổn thất cục đoạn: Trang 12 hccong Các đoạn cong: hckhoa v2 0,9 u 0,  0, 00825  m  8, 25  mm  2g 9,81 v2 0,92  k  4,  0,165  m  165  mm 2g 9,81 Tại khoá K : Đờng đo ¸p cđa hƯ thèng nh h×nh vÏ: hc1 hd2 hCK hd3 hc4 hd4 Kiểm tra với trị số bán kính R đà tính đợc nhng chốt khoá mở phao chìm hai phần ba thể tích Trong trờng hợp áp suất bơm Phao chìm hai phần ba tức : p as = ìV phao ì x ' Từ phơng trình(5) ta cã: Trang 13 πdd ⇒ pd × ×b=( p 'as −G p )a (6) Trong ®ã: 2 pas'  V phao x    R3x  3,14  40 10   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 1,314  0, 255 pd   53961,783  N / m  2 3  b  d 20.10 3,14  10 10  4 Tõ kÕt tính đợc ta thay vào pt (2) để tính áp suất bơm phao chìm phần ba: pb pd v2 λ×l =z + + ξk u + ξk k + γx γx 2g d ( ) p 'b 53961, 783 0,92  6,  0,    0,   0, 029  8, 642 x 0, 75 9810 9,81  10 10   (m) ¸p suÊt bơm lúc là: p 'b 8, 642 0, 75 9810 63583,515  N / m  ⇒ p’b= 0,64815 (at) Trang 14