Chương 6: Dòng chảy có áp trong mạng lưới đường ống ppsx

* : Trường hợp môn Thủy lực cơ sở MỤC ĐÍCH - Tính toán thủy lực trong một mạng lưới đường ống có dòng chảy có áp.. - Xác định các thông số cần thiết một mạng lưới đường ống... Nguyễn Thố

Trang 1

12/6/2010 1

Khoa KTXD - B ộ mơn KTTNN

Gi ả ng viên: PGS TS NGUY Ễ N TH Ố NG

E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719

NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 1 Đặc tính chất lỏng.

Chương 2 Thủy tỉnh học.

Chương 3 Cơ sở động lực học chất lỏng.

Chương 4 Đo đạc dòng chảy.

Chương 5 Tổn thất năng lượng.

Chương 6 Dòng chảy có áp trong mạng lưới ống.

Chương 7 Lực tác dụng lên vật cản.

Chương 8 (*) Dòng chảy ổn định đều trong

kênh.

Chương 9 (*) Đập tràn.

Chương 10 (*) Trạm thủy điện.

(*) : Trường hợp môn Thủy lực cơ sở

MỤC ĐÍCH

- Tính toán thủy lực trong một

mạng lưới đường ống có dòng

chảy có áp.

- Xác định các thông số cần

thiết một mạng lưới đường

ống.

PGS Dr Nguyễn Thống

TH Ủ Y L Ự C ðẠ I C ƯƠ NG

Ch ươ ng 6: Dịng ch ả y cĩ áp trong m ạ ng l ướ i đườ ng ố ng

5

q 5 6

7

Ngu ồ n n ướ c

M Ạ NG L ƯỚ I H Ở (C Ụ T)

q 1

ð ài n ướ c

ð i ể m l ấ y n ướ c

Đoạn ống (d=hs.)

Điểm nút

M Ạ NG L ƯỚ I VỊNG ( có 6 vòng khép kín)

13 12

11 10

q 3

I

II III

IV

V VI

M Ạ NG L ƯỚ I H Ổ N H Ợ P ( vòng + hở)

12 11

10

q 3

I

II

1-2; 4-5;…: ð o ạ n ố ng

Trang 2

12/6/2010 7

Tính thủy lực mạng lưới hở (cụt)

A

B

E

F D C

B A

q D

q F

q E

TR Ắ C D Ọ C

BÌNH ðỒ

ð ÀI NU Ớ C

ð I Ể M L Ấ Y NU Ớ C

H đ ài

qAB

V ị trí

b ấ t

l ợ i p/ γ

ƠN

Ph ươ ng trì nh Bernoulli:

l ượ ng Q (khơng cĩ nh ậ p ho ặ c xu ấ t

l ư u), đườ ng kí nh d khơng đổ i.

2 1

2 2 2 2 bs

2 1 1

g

V g

p z E g

V g

p

ρ ρ

ƠN

H=z+p/ ρρρρ g c ộ t n ướ c đ o á p tồ n ph ầ n

2 1 2 1

2 1 2 2 1

1

dh H

H

dh g

p z g

p

z

−

+

=

+ +

= +

ρ ρ

1

2

z 1

V

p 1

V

LOẠ I B À I T Ố N

Xá c đị nh đườ ng kí nh đườ ng

ố ng;

Xá c đị nh c ộ t n ướ c á p su ấ t đầ u ngu ồ n;

Cá c y ế u tơ ; khá c đ a < cho tr ướ c (nhu c ầ u dùng n ướ c, cao độ nút, chi ề u dài đ o ạ n ố ng,…).

CÁ C B ƯỚ C T Í NH C Ơ BẢ N

Gia @ thi ế t TUYẾ N ðƯỜ NG

Là tuy ế n n ố i NGU Ồ N n ướ c và

ð I Ể M L Ấ Y N ƯỚ C cĩ p/ ρρρρ g =hmin

• hminlà c ộ t n ướ c đ o áp yêu c ầ u

t ố i thi ể u t ạ i đ i ể m l ấ y n ướ c.

Bước 1 : Xác định lưu lượng trong mỗi đoạn ống di

Bắt đầu từ ống nhánh trước và từ cuối

mạng tiến dần về hướng nguồn

Dùng p/t điều kiện cân bằng về lưu lượng

tại nút cuối đoạn ống tương ứng

Ví dụ cho sơ đồ trên:

nut ra nut

Q

Trang 3

12/6/2010 13

Phương trình cân bằng lưu lượng nút D:

E

F D C

B

q F

q E qAB

q CD

∑

j D ra i

D

Q

D

CD q

Tính QCD: Xét cân bằng l/lượng nút D:

QCD= QD Tính QBE: Xét cân bằng l/lượng nút E:

QBE= QE Tính QBCvà QAB: Xét cân bằng l/lượng lần lượt nút C và B:

QBC= QCD+ QCFvà QAB= QBC+ QBE

Bước 2: Có Qicho mỗi đoạn ống sẽ xác định

di:

Cĩ 2 trường hợp tính:

Trường hợp 2a: Tính toàn bộ đường kính các

đoạn ống khi đến bước 5 sẽ tính theo 5a.

Trường hợp 2b: Chỉ tính đường kính ống trên

tuyến đường ống chính khi đến bước 5 sẽ

tính theo 5b.

Công thức kinh nghiệm: di(m)=(0,8 1,2)Qi 0,42

chọ n đườ ng kính cĩ trong th ị tr ườ ng.

Bước 3: Có Qi, Li, di xác định tổn thất năng

Theo Hazen-Williams:

Theo Manning:

852 1 i 852 1 HW 871 4

i

C d

L

* 679 10

i 2 i

2 i

K

Q

i i i

với

g 2

V d

L dh

2 i i

i

i = λ

hay

Bước 4 :Tính chiều cao đài H đài

(Để tính H đài, ta sẽ tính H A và từ đó suy ra H đài )

Xét trên tuyến đường ống chính ABCD theo

chiều dòng chảy từ C đến D:

H C = H D +dh CD (suy ra từ p/t Bernoulli)

Với H D = p D /γ + z D = (p D /γ) min + z D

Tiếp tục: H B =H C + dh BC

H A =H B + dh AB

Nhận xét:

H A =H D + ΣΣΣΣdh i với i là các đoạn trên đường ống

chính ABCD (AB, BC, CD)

Vì HA=pA/ γγγγ +zA Từ đây tính pA.

A/γ

Trang 4

12/6/2010 19

HD = ZD+pD/ ρρρρ g = ZD+pmin-D/ ρρρρ g

Xét dịng chảy đi từ C D:

HC=HD+ dhCD

E

F D C

B

q F

q E qAB

Ví d ụ xét đ o ạ n CD:

Bước 5 (kiểm tra cột nước đo áp tại các điểm lấy nước còn lại): Có 2 trường hợp:

5a Trường hợp d i ống nhánh đã có:

Cột nước đo áp tại cuối các ống nhánh sẽ là (ví dụ nhánh BE):

H E = H B – dh BE p E /γ

So sánh p E /γ và (p E /γ) min Có 2 khả năng:

- Nếu p E /γ >= (p E /γ) min (tương tự tại tất cả các ống nhánh khác còn lại) Ok.

- Nếu p E /γ < (p E /γ) min chọn lại tuyến đường ống chính

về lại bước 4.

5b: Trường hợp diống nhánh chưa tính:

Đối với các đoạn ống nhánh (ví dụ BE), với

• Từ đó, ta sẽ xác định đường kính đường

ống nhánh

10.679 * L

dh * C

=

Chu ; ý : Theo dịng ch ả y

Hđầ u = Hcu ố i + dhđầ ucu ố i (v ớ i H=z+p/ ρρρρ g)

(Quan đ i ể m n ă ng l ượ ng khi áp d ụ ng

Ph ươ ng trình Bernoulli cho dịng

ch ả y t ừ m/c đầ u đế n m/c cu ố i)

Ví dụ 1 Xem sơ đồ sau với số liệu:

AB=CD=1000m;BC=500m;BE=CF=250m;

chảy:

85 1 i 87

4 i

i i

100

Q d

L 68 10 ) m (











=

Tính thủy lực mạng lưới hở (cụt)

A

B

E

F D C

B A

q D

q F

q E

BÌNH ðỒ

ð ÀI NU Ớ C

ð I Ể M L Ấ Y NU Ớ C

H đ ài

qAB

q D

Trang 5

12/6/2010 25

Đường kính ống d (m) sơ bộ:

Thị trường có: d(mm) : 160, 225, 250, 280, 315,

400, 500, 600, 700, 800 Chọn d theo đường ống

có d gần nhất của thị trường.

a Xác định cột nước đo áp tại vị trí nút A, từ đó

xác định chiều cao đài nước (từ chân đài đến

mặt thoáng nước) và cột nước đo áp tại các

điểm lấy nước E, F.

b Xét trường hợp cột nước tự do yêu cầu tại F

là 15m và cao độ của F bây giờ là 7m+z0.

42 0

* 8

Bài tập : Cho sơ đồ mạng lưới hở như sau Áp suất yêu cầu tối thiểu tại các điểm lấy nước tại 3,4,6 là p/γ=14m và tại 5 là p/γ=18m Xác định lưu lượng trong các ống và áp lực nước cần có tại nút 1 Tổn thất năng lượng theo Hazen-Williams có C HW =100

Cao độ các nút là như nhau (z 0 ) ngoại trừ nút 1 là (z 0 +8m).

1

2

4

q 5 =15l/s

q 6 =20l/s

q 3 =30l/s

6

q 4 =15l/s

Số liệu đường ống

Giả thiết tuyến đường ống chính là 1-2-4-5.

150 150 250 150 250

d(mm)

200 200 200 200 200

L(m)

4-6 4-5 2-4 2-3 1-2

Bài tập : Cho sơ đồ mạng lưới hở như sau Áp suất yêu cầu tối thiểu tại các điểm lấy nước tại 3,4,6 là p/γ=10m, tại 5 là p/γ=14m, tại 7 là p/γ=15m Xác định lưu lượng trong các ống và áp lực nước cần có tại nút 1 Tổn thất năng lượng theo Hazen-Williams có C HW =100 Cao độ các nút là như nhau (z 0 ) ngoại trừ nút 1 là (z 0 +6m).

1

2

4

q 5 =15l/s

q 6 =20l/s

q 3 =25l/s

6

q 4 =20l/s

7 q 7 =20l/s

Số liệu đường ống

Giả thiết tuyến đường ống chính là 1-2-4-6.

(Tuyến ống chính đúng 1-2-4-5 !!!)

150 150 150 250 150 250

d(mm)

200 200 200 200 200 200

L(m)

2-7 4-6 4-5 2-4 2-3 1-2

MẠNG LƯỚI VÒNG

PP Hardy Cross

Trang 6

12/6/2010 31

M Ạ NG L ƯỚ I C Ấ P N ƯỚ C KHU V Ự C

PGS Dr Nguyễn Thống M Ạ NG L ƯỚ I VỊNG

13 12

11 10

q 3

I

II III

IV

V VI

Tính thủy lực mạng lưới vòng – Phương pháp

Hardy Cross.

A

B

C

q AB

q BC

q AC

Q A

Q B

Q C

Q A =q AB +q AC (1)

q AB =Q B +q BC (2)

Q C =q BC +q AC (3) (h ệ p/t ph ụ thu ộ c)

Q A =Q B +Q C : đ /k cân b ằ ng

q AB , q BC , q AC : ẩ n s ố

???

Tính thủy lực mạng lưới vòng – Phương pháp

Hardy Cross.

• Gọi Qi là lưu lượng ước lượng trong đường

ống thứ i và ∆ Q là lưu lượng hiệu chỉnh cho

vòng kín tương ứng này; lưu lượng trong

đường ống sau lần lặp sẽ là:

Q = Qi+ ∆ Q

Q lưu lượng cần tìm.

Quy luật thủy lực

với khai triển đa thức trên trong đó loại bỏ các số hạng bé bậc cao sẽ cho ta (giả thiết∆∆∆∆Q<<Q):

Xét cho mỗi vòng khép kín ta có:

m m

L i

i

Q

m

L i

i

Q

 ∆ 

=  + 

 

Tính ch ấ t: T ổ ng đạ i s ố các t ổ n th ấ t c ộ t

n ướ c chi 1 vịng khép kín luơn b ằ ng 0.

A

B

C

dh BC

dh AB

dh AC

H A

H B

H C

dh AB =H A -H B

dh BC =H B -H C

dh AC =H C -H A

-ΣΣΣΣdh = 0

sau:

với m = 1.85 (phương trình Hazen-Williams)

( ) ( )

m

L

i i i i

Q

dh KQ

   

   

   

Trang 7

12/6/2010 37

CÁC BƯỚC ÁP DỤNG P/P HARDY-CROSS

a Kiểm tra (tính) điều kiện cân bằng vĩ mô về

lưu lượng của toàn hệ thống:

Xác định các vòng khép kín, chọn chiều dương quy

ước theo chiều kim đồng hồ.

b Giả thiết phân phối lưu lượng ban đầu Chú ý tại

mỗi nút

vao mang luoi ra mang luoi

∑

∑ Qvao= Qra

• Gọi M là số đọan ống và N là số nút trong mạng

lưới, số giá trị lưu lượng giả thiết trong mạng lưới là (M-N+1).

•

3 4

H 1

H 2

H 3

H 4

+

q 12

+

q 12 > 0

q 23 > 0

q 13 < 0

Xét vòng khép kín 1-2-3

M =5 (đoạn ống) ; N =4 (nút)

• Các giá trị lưu lượng trong các ống còn lại sẽ xác

định bằng các phương trình cân bằng lưu lượng

tại nút Nên bắt đầu từ các nút “đơn giản”

trước.

c Tính tổn thất cột nước cho các đường ống dẫn

nhờ vào quan hệ theo Hazen-Williams:

(dấu của dhL cùng dấu với Qi)

d Lập bản tính (tham khảo trong tài liệu).

f Tính giá trị lưu lượng hiệu chỉnh∆∆∆∆Q cho từng

vòng khép kín nhờ vào quan hệ sau đây:

1.852

dh = K Q

• Kiểm tra điều kiệnsai số cho phép

• sai s ố cho phép

• Trường hợp (1) không thỏa: Áp dụng lưu lượng

hiệu chỉnh vào từng vòng khép kín.

( ) ( )

L i i

L i

d h Q

d h m

Q

−

∆ =

∑

∑ [ ]

i

max( Q ) ∆ ≤ ∆ Q

[ ]∆Q

3 4

H 1

H 2

H 3

H 4

+ (1)

q 12

+ (2)

1-2, 1-4, 3-4, : ống riêng.

1-3 : ống chung.

Ví dụ vòng khép kín 1 :

• Trường hợp ống riêng : (Qi) mới = Q i + ∆∆∆∆Q 1

• Trường hợp ống chung : (Qi) mới = Q i + ∆∆∆∆Q 1 -∆∆∆∆Q 2

∆∆∆∆Q 1 , ∆∆∆∆Q 2 : lưu lượng hiệu chỉnh lần lượt cho vòng khép kín 1 và 2.

Chú ý: Phải tính lặp lại cho tất cả các vòng khép kín

• Trở lại các bước (c), (d), (f) cho đến khi (1) thỏa.

• Trường hợp (1) thỏakết thúc

Trang 8

12/6/2010 43

• Ví dụ : Cho một mạng lưới đường ống như sau:

• Đặc trưng các đường ống như sau:

q AB =45l/s Q

B =40l/s B

A C Q C =60l/s

1000 1000

1500 L(m)

300 200

200 D(mm)

AC BC

AB Đoạn ống

• Sử dụng phương pháp Hardy-Cross để xác định

lưu lượng trong các đường ống Sai số tối đa cho phép 0.08 l/s Cho biết tổn thất cột nước:

trong đó Q chỉ lưu lượng (m3/s) và d đường kính ống (m).

1.85

4.87

dh(m)

Bài tập: Cho mạng lưới cấp nước sau:

4

5

q 3 =25 l/s

q 5 =35 l/s

q 2-4

q l =0.04 l/s/m

q 2 =10 l/s

0,5 1

1 1 0,5

L (km)

250 250

300

D(mm)

4-5 3-4

2-4 2-3

1-2

Ống

• Quy luật thủy lực theo H-W:

L(m) chiều dài, d(m) đ/kính Cột nước tự do yêu cầu tối thiểu tại nút 5 là 12m, tại nút 3 là 16m.

a Quy đổi ql thành lưu lượng nút.

b Tính lưu lượng vào, ra khỏi mạng vòng 2-3-4 Giả thiết q2-4=40 l/s, tính phân phối lưu lượng trong mạng 2-3-4 với sai số 0,1 l/s bằng p/p Hardy Cross.

c Tính áp lực nước tự do cần thiết tại nút 1 Cho biết cao độ của 1 là 25m, các điểm còn lại là 10m.

85 , 1 87

,

Q d

L 68 , 10 ) m (











=

Giả sử p/bố lưu lượng b/đầu trong mạng lưới như sau:

50 10

50 Q(l/s)

AC BC

AB Đoạn ống

885,49 33,45

60,33 -3,02 1000 0,305 -0,05

CA

119,74 1,20

1000 0,200 0,01

BC

705,42 35,27

1500 0,200 0,05

AB

(s/m 2 ) (m)

(m) (m) (m 3 /s)

dh/Q dh

L D Lưu

lượng

Đoạn

Lặ p l ầ n 1

49 885

* 85 1 45 33

11= − = −

∆

656,23 6,38

80,72 -5,68 1000 0,305 -0,0704 CA

124,00 -1,29

1000 0,200 -0,0104 BC

451,51 13,36

1500 0,200 0,0296 AB

(s/m 2 ) (m)

(m) (m) (m 3 /s)

dh/Q dh

L D Q Đoạn

Lặ p l ầ n 2:

Trang 9

12/6/2010 49

0053 0 23 656

* 85

.

1

38 6

12 = − = −

∆

643,62 0,06

85,81 -6,49 1000 0,305 -0,0757

CA

175,45 -2,75

1000 0,200 -0,0157

BC

382,36 9,30

1500 0,200 0,0243

AB

(s/m 2 ) (m)

(m) (m) (m 3 /s)

dh/Q dh

L D Q

Đoạn

Lặ p l ầ n 3

(m 3 /s)

• Ta thấy ∆∆∆∆13đã nhỏ hơn sai số cho phép (0.05 l/s < 0.08 l/s)

Ta chấp nhận kết quả tính sau lần lặp thứ 3.

00005 0 62 643

* 85 1 06 0

∆

HẾT CHƯƠNG

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	513,86 KB