Bài tập lớn cấp thoát nước

STT : 76 NHÓM : 19 ĐỀ BÀI : d Bảng số liệu (chiều dài thực): Bảng kê chiều dài thực từng đoạn ống: L 1 (m) L 2 (m) L 3 (m) L 4 (m) L 5 (m) L 6 (m) L 7 (m) L 8 (m) L 9 (m) L 10 (m) 1260 2520 3360 1120 980 1820 700 1540 1120 1960 A. GIẢ THIẾT CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN: I. Giả thiết chiều nước chảy trong ống: - Đặt tên và giả thiết chiều nước chảy trong ống như hình vẽ bên dưới: 1 2 3 4 5 8 9 10 6 7 11 (1) (9) (5) (4) (15) (2) (12) (3) (7) Qv q1 q2 (6) (8) (10) (11) (13) ( 1 4 ) Qra Trong đó: L 11 = L 9 L 12 = L 2 L 13 = L 4 L 14 = L 10 L 15 = L 5 - Giả thiết = h max K 1,4 - Xác đònh lưu lượng vào: = = = = h h vào max MLcụt max Q Q Q .K 183,68.1,4 257,152(l / s) - Lưu lượng ra tại 11: = − − = − − = h ra max 1 2 Q Q q q 257,152 45 15 0,197152(l/ s) - Giả thiết lưu lượng cho từng đoạn ống cho mạng lưới: Nhận xét: Với mạng lưới có 11 nút như trên ta thiết lập được 11 – 1 = 10 phương trình lập thành một hệ phương trình đại số tuyến tính 15 ẩn (chính là lưu lượng tính toán của 15 đoạn ống), như vậy cần phải có 15 - 10 = 5 phương trình bổ sung vào hệ phương trình trên thì hệ mới có thể giải được. Đối với bài này ta chọn giả thiết các lưu lượng sau: SV: VÕ ANH VŨ (79) Trang 1 q 1 = 0.2 m 3 /s; q 8 = 0.1 m 3 /s q 12 = 0.055 m 3 /s; q 13 = 0.08 m 3 /s q 10 = 0.06 m 3 /s Ta lập được hệ phương trình đại số tuyến tính AX=B: Lưu lượng trên đoạn ống thứ i HSố 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 B Phương trình cho nút thứ j 2 1 -1 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0.045 4 0 0 0 0 0 -1 1 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 1 1 -1 0 0 0 0 -1 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 -1 0 1 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 1 0 0 8 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.015 9 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 10 0 0 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 11 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0.19715 Phương trình bổ sung 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0.1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0.055 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0.08 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0.06 Giải hệ 15 phương trình 15 ẩn trên ( X= A -1 .B) ta được bảng giá trò lưu lượng giả thiết tương ứng với nghiệm hệ phương trình: NGHIỆM CỦA PHƯƠNG TRÌNH 1 ⇒ Đoạn ống 1-2 0.2 m 3 /s 2 2-3 0.1 m 3 /s 3 11-10 0.14215 m 3 /s 4 9-10 0.06215 m 3 /s 5 8-9 0.00215 m 3 /s 6 4-8 0.01715 m 3 /s 7 1-4 0.05715 m 3 /s 8 2-5 0.1 m 3 /s 9 4-5 0.04 m 3 /s 10 5-9 0.06 m 3 /s 11 3-6 0.055 m 3 /s 12 6-7 0.055 m 3 /s 13 6-10 0.08 m 3 /s 14 7-11 0.055 m 3 /s 15 5-6 0.08 m 3 /s SV: VÕ ANH VŨ (79) Trang 2 B. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ LƯU LƯNG CÁC ĐOẠN ỐNG: Với lưu lượng giả thiết trên ta thực hiện chọn đường kính D theo bảng tra vận tốc kinh tế (vòng lặp 0), sau đó thực hiện vòng lặïp 1, kiểm tra lại và thực hiện chọn lại đường kính ống, tiếp tục lặp cho đến khi đạt được dộ chính xác cần thiết. Quá trình lặp cụ thể như sau: trong mỗi vòng lặp, đại lượng ≠ ∑ 2 Sq 0 , ta điều chỉnh lại lưu lượng q cho phù hợp rồi tiếp tục lại quá trình tính cho đến khi ∑ 2 Sq bé hơn giá trò cho phép (0,5m). Việc điều chỉnh q sau mỗi lần lặp cụ thể là: - Khi > ∑ 2 Sq 0 , lưu lượng trên các đoạn ống có chiều cùng chiều giả thiết lớn quá, lưu lượng trên các đoạn ống có chiều ngược chiều giả thiết bé quá. Do đó ta dùng hệ số điều chỉnh ∆q để điều chỉnh lưu lượng q: cộng tất cả các giá trò lưu lượng trong vòng với ∆q , > ⇔ ∆ < ∑ 2 Sq 0 q 0 , cộng ∆q tương đương với việc tăng lưu lượng các đoạn ống ngược chiều giả thiết, giảm lưu lượng các đoạn ống cùng chiều giả tiết ⇒ hợp lý). - Tương tự ta cũng chứng minh được trong trường hợp < ∑ 2 Sq 0 ta cũng cộng q với ∆q như trên. Việc tính toán thể hiện cụ thể qua bảng sau đây (quá trình gồm 4 vòng lặp): SV: VÕ ANH VŨ (79) Trang 3 Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζi*l S*q Sq 2 ∆q(m 3 /s) 0 I 1 1260 0.2 450 1.2575216 0.1186 149.01107 29.802214 5.9604429 8 1540 0.1 350 1.0393801 0.4365 687.02904 68.702904 6.8702904 9 1120 -0.04 250 -0.814874 2.528 2998.0964 119.92385 -4.796954 7 700 -0.057152 300 -0.808536 0.9485 703.90052 40.229322 -2.299186 SUM 258.65829 5.734592856 II 2 2520 0.1 350 1.0393801 0.4365 1124.2293 112.42293 11.242293 11 1120 0.055 300 0.7780915 0.9485 1133.0335 62.316845 3.4274265 15 980 -0.08 300 -1.131769 0.9485 939.30023 75.144018 -6.011521 8 1540 -0.1 350 -1.03938 0.4365 687.02904 68.702904 -6.87029 SUM 318.5867 1.787908007 III 9 1120 0.04 250 0.814874 2.528 2998.0964 119.92385 4.7969542 10 1960 0.06 300 0.8488271 0.9485 1956.2722 117.37633 7.04258 5 980 -0.002152 100 -0.274001 311.7 399266.16 859.22077 -1.849043 6 1820 -0.017152 200 -0.545966 8.092 16690.016 286.26715 -4.910054 SUM 1382.7881 5.080436852 IV 15 980 0.08 300 1.1317694 0.9485 939.30023 75.144018 6.0115214 13 1120 0.08 300 1.1317694 0.9485 1073.486 85.878878 6.8703102 4 1120 -0.062152 300 -0.879272 0.9485 1111.9662 69.110921 -4.295382 10 1960 -0.06 300 -0.848827 0.9485 1956.2722 117.37633 -7.04258 SUM 347.51015 1.543869723 V 12 2520 0.055 300 0.7780915 0.9485 2549.3255 140.2129 7.7117096 14 1960 0.055 300 0.7780915 0.9485 1982.8087 109.05448 5.9979964 3 3360 -0.142152 400 -1.131211 0.2189 743.28261 105.65911 -15.01965 13 1120 -0.08 300 -1.131769 0.9485 1073.486 85.878878 -6.87031 SUM 440.80537 -8.180257948 Chọn lại đường kính D, đường kính ống thay đổi không đáng kể, do đó giả thiết có thể chấp nhận được. Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζi*l S*q Sq 2 ∆q(m 3 /s) 1 1260 0.1889147 450 1.1878218 0.1186 150.0727 28.350944 5.3559109 SV: VÕ ANH VŨ (79) Trang 4 8 1540 0.0917207 350 0.953327 0.4365 695.37139 63.779972 5.8499457 9 1120 -0.049248 250 -1.003278 2.528 2907.9047 143.20919 -7.052801 7 700 -0.068237 300 -0.965361 0.9485 685.6009 46.783532 -3.19238 SUM 282.12364 0.960675537 II 2 2520 0.097194 350 1.0102151 0.4365 1128.6374 109.69678 10.661869 -0.008228 11 1120 0.052194 250 1.0632884 2.528 2884.8685 150.57283 7.8589985 15 980 -0.080585 300 -1.140041 0.9485 938.41242 75.621654 -6.093946 8 1540 -0.091721 350 -0.953327 0.4365 695.37139 63.779972 -5.849946 SUM 399.67124 6.576976205 III 9 1120 0.0492482 250 1.0032778 2.528 2907.9047 143.20919 7.0528007 -0.000681 10 1960 0.0603843 300 0.8542639 0.9485 1954.3828 118.01404 7.1261958 5 980 -0.003989 100 -0.507899 311.7 350873.44 1399.6435 -5.583215 6 1820 -0.018989 200 -0.60444 8.092 16386.404 311.16187 -5.908661 SUM 1972.0286 2.687120781 IV 15 980 0.0805847 300 1.1400408 0.9485 938.41242 75.621654 6.0939459 0.0006941 13 1120 0.0684999 300 0.9690762 0.9485 1096.364 75.100833 5.1444 4 1120 -0.064373 300 -0.910697 0.9485 1106.2164 71.210834 -4.584079 10 1960 -0.060384 300 -0.854264 0.9485 1954.3828 118.01404 -7.126196 SUM 339.94736 -0.471928496 V 12 2520 0.0642788 300 0.9093593 0.9485 2489.5225 160.02343 10.286108 14 1960 0.0642788 300 0.9093593 0.9485 1936.2953 124.46267 8.0003066 3 3360 -0.132873 400 -1.057373 0.2189 749.96841 99.65073 -13.24091 13 1120 -0.0685 300 -0.969076 0.9485 1096.364 75.100833 -5.1444 SUM 459.23766 -0.098899945 Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζi*l S*q Sq 2 ∆q(m 3 /s) 2 I 1 1260 0.1872122 450 1.1771166 0.1186 150.24523 28.127732 5.2658533 8 1540 0.0982461 350 1.0211508 0.4365 688.69765 67.661883 6.6475185 9 1120 -0.05027 250 -1.024083 2.528 2899.6616 145.76457 -7.327514 7 700 -0.06994 300 -0.989447 0.9485 683.22218 47.784455 -3.342037 SV: VOÕ ANH VUÕ (79) Trang 5 -0.002149 SUM 289.33864 1.24382056 II 2 2520 0.088966 350 0.9246951 0.4365 1142.889 101.67828 9.0459119 11 1120 0.043966 250 0.8956691 2.528 2955.5727 129.94476 5.7131538 15 980 -0.089507 300 -1.266263 0.9485 926.10271 82.892464 -7.419437 8 1540 -0.098246 350 -1.021151 0.4365 688.69765 67.661883 -6.647519 SUM 382.17739 0.69211038 III 9 1120 0.0502695 250 1.0240829 2.528 2899.6616 145.76457 7.3275138 10 1960 0.0590089 300 0.8348055 0.9485 1961.2384 115.73047 6.8291249 5 980 -0.00467 100 -0.594646 311.7 340861.2 1591.9361 -7.434875 6 1820 -0.01967 200 -0.626127 8.092 16285.353 320.33836 -6.301163 SUM 2173.7695 0.420600378 IV 15 980 0.0895068 300 1.2662629 0.9485 926.10271 82.892464 7.4194368 13 1120 0.0690863 300 0.9773727 0.9485 1095.0438 75.652577 5.2265602 4 1120 -0.063679 300 -0.900877 0.9485 1107.9774 70.555125 -4.492895 10 1960 -0.059009 300 -0.834806 0.9485 1961.2384 115.73047 -6.829125 SUM 344.83064 1.323977456 V 12 2520 0.0643864 300 0.9108826 0.9485 2488.9128 160.25224 10.318071 14 1960 0.0643864 300 0.9108826 0.9485 1935.821 124.64063 8.0251667 3 3360 -0.132766 400 -1.056516 0.2189 750.05062 99.580888 -13.22091 13 1120 -0.069086 300 -0.977373 0.9485 1095.0438 75.652577 -5.22656 SUM 460.12633 -0.104234211 SV: VOÕ ANH VUÕ (79) Trang 6 Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζi*l S*q Sq 2 ∆q(m 3 /s) 3 I 1 1260 0.1850627 450 1.1636019 0.1186 150.46689 27.845813 5.1532224 8 1540 0.0970022 350 1.0082215 0.4365 689.91176 66.922957 6.491674 9 1120 -0.052322 250 -1.0659 2.528 2883.9158 150.89278 -7.89504 7 700 -0.072089 300 -1.019855 0.9485 680.35406 49.046225 -3.535706 SUM 294.70778 0.214149596 II 2 2520 0.0880605 350 0.9152837 0.4365 1144.592 100.79339 8.8759195 11 1120 0.0430605 250 0.8772228 2.528 2964.7106 127.66202 5.497195 15 980 -0.088493 300 -1.251914 0.9485 927.39481 82.067489 -7.262358 8 1540 -0.097002 350 -1.008222 0.4365 689.91176 66.922957 -6.491674 SUM 377.44586 0.619082961 III 9 1120 0.0523222 250 1.0658997 2.528 2883.9158 150.89278 7.8950403 10 1960 0.0608319 300 0.8605958 0.9485 1952.207 118.75643 7.2241768 5 980 -0.004767 100 -0.606964 311.7 339625.01 1619.0195 -7.717995 6 1820 -0.019767 200 -0.629206 8.092 16271.455 321.63915 -6.357867 SUM 2210.3079 1.043355275 IV 15 980 0.0884925 300 1.2519139 0.9485 927.39481 82.067489 7.2623576 13 1120 0.0670533 300 0.9486114 0.9485 1099.7028 73.73873 3 4.9444276 4 1120 -0.065599 300 -0.928036 0.9485 1103.1827 72.367638 -4.747242 10 1960 -0.060832 300 -0.860596 0.9485 1952.207 118.75643 -7.224177 SUM 346.93029 0.235366568 V 12 2520 0.0644997 300 0.912485 0.9485 2488.2731 160.49289 10.351745 14 1960 0.0644997 300 0.912485 0.9485 1935.3235 124.82781 8.0513572 3 3360 -0.132652 400 -1.055614 0.2189 750.1372 99.507419 -13.19989 13 1120 -0.067053 300 -0.948611 0.9485 1099.7028 73.73873 3 -4.944428 SUM 458.56685 0.258787595 SV: VOÕ ANH VUÕ (79) Trang 7 Lần lặp Vòng Ống L(m) q (m 3 /s) D(mm) v(m/s) S 0 S=S 0 *ζi*l S*q Sq 2 ∆q(m 3 /s) 4 I 1 1260 0.1846994 450 1.1613175 0.1186 150.50479 27.798145 5.134301 8 1540 0.097459 350 1.0129691 0.4365 689.46292 67.194345 6.5486915 9 1120 -0.052449 250 -1.068493 2.528 2882.9735 151.2105 -7.930914 7 700 -0.072453 300 -1.024995 0.9485 679.88337 49.259313 -3.568965 SUM 295.4623 0.183113973 II 2 2520 0.0872404 350 0.9067598 0.4365 1146.1597 99.99148 8.7233007 11 1120 0.0422404 250 0.8605159 2.528 2973.2651 125.59203 5.3050624 15 980 -0.088973 300 -1.258717 0.9485 926.77906 82.458671 -7.336627 8 1540 -0.097459 350 -1.012969 0.4365 689.46292 67.194345 -6.548692 SUM 375.23652 0.143044407 III 9 1120 0.0524495 250 1.0684932 2.528 2882.9735 151.2105 7.9309137 10 1960 0.0609351 300 0.8620557 0.9485 1951.7092 118.92754 7.2468585 5 980 -0.005003 100 -0.637015 311.7 336769.86 1684.8934 -8.42969 6 1820 -0.020003 200 -0.636719 8.092 16237.999 324.81033 -6.497214 SUM 2279.8417 0.250868527 IV 15 980 0.0889734 300 1.258717 0.9485 926.77906 82.458671 7.3366272 13 1120 0.0669963 300 0.9478044 0.9485 1099.8369 73.684988 4.9366206 4 1120 -0.065938 300 -0.932835 0.9485 1102.3596 72.687581 -4.792886 10 1960 -0.060935 300 -0.862056 0.9485 1951.7092 118.92754 -7.246858 SUM 347.75878 0.233502917 V 12 2520 0.0642175 300 0.9084931 0.9485 2489.87 159.89333 10.267956 14 1960 0.0642175 300 0.9084931 0.9485 1936.5656 124.36148 7.986188 3 3360 -0.132934 400 -1.05786 0.2189 749.92172 99.69044 -13.25229 13 1120 -0.066996 300 -0.947804 0.9485 1099.8369 73.684988 -4.936621 SUM 457.63023 0.065228488 SV: VOÕ ANH VUÕ (79) Trang 8 Cuối cùng ta có kết quả đường kính ống và các giá trò lưu lượng tương ứng sau: KẾT LUẬN Đoạn ống Lưu lượng tính tốn Đường kính 1-2 0.1846994 m3/s 450 m 2-3 0.0872404 m3/s 350 m 11-10 0.1329345 m3/s 400 m 9-10 0.0659382 m3/s 300 m 8-9 0.0050031 m3/s 100 m 4-8 0.0200031 m3/s 200 m 1-4 0.0724526 m3/s 300 m 2-5 0.097459 m3/s 350 m 4-5 0.0524495 m3/s 250 m 5-9 0.0609351 m3/s 300 m 3-6 0.0422404 m3/s 250 m 6-7 0.0642175 m3/s 300 m 6-10 0.0669963 m3/s 300 m 7-11 0.0642175 m3/s 300 m 5-6 0.0889734 m3/s 300 m 1 2 3 4 5 8 9 10 6 7 11 184.70 450 52.45 250 5.00 100 65.94 300 88.97 300 87.24 350 64.22 300 132.93 400 72.45 300 0.257 0.045 0.015 20.00 200 97.46 350 60.94 300 42.24 250 66.70 300 6 4 . 2 2 3 0 0 0.197 C. KIỂM TRA LẠI KHI CÓ CHỮA CHÁY: Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước trong trường hợp này trên cơ sở vẫn giữ nguyên đường kính công tác của ống và luôn đảm bảo vận tốc nước chảy trong ống ≤ ÷v 2,5 3m / s (đối với ống gang cũ). Như vậy ta phân bố lưu lượng chữa cháy trong mạng lưới cụ thể như hình sau đây: SV: VÕ ANH VŨ (79) Trang 9 1 2 3 4 5 8 9 10 6 7 11 184.70+0.39 450 52.45+1.39 250 5.00+23.22 100 65.94+23.65 300 88.97+1.11 300 87.24+0.24 350 64.22+5.79 300 132.93+19.21 400 72.45+24.61 300 257.15+25 45.00 15.00 20.00+23.22 200 97.46+0.15 350 60.94+0.43 300 42.24+0.24 250 66.70-4.33 300 6 4 . 2 2 + 5 . 7 9 3 0 0 197.15 Lập bảng tính thủy lực kiểm tra điều kiện: Điều kiện về áp lực thỏa ( < ∑ vòngi h 0,5 ), điều kiện về vận tốc đảm bảo ( ≤v 2,5m / s ). Vậy trong trường hợp có cháy, mạng lưới vẫn đảm bảo điều kiện làm việc tốt. Kết quả chọn như trên là hợp lý. SV: VÕ ANH VŨ (79) Trang 10 . I 1 1260 0.2 450 1.2575216 0.1186 149.01107 29.802214 5.9 6044 29 8 1540 0.1 350 1.0393801 0.4365 687.02 904 68.702 904 6.8702 904 9 1120 -0 .04 250 -0.814874 2.528 2998.0964 119.92385 -4.796954 7 700 -0.057152. 0.4365 687.02 904 68.702 904 -6.87029 SUM 318.5867 1.787908007 III 9 1120 0 .04 250 0.814874 2.528 2998.0964 119.92385 4.7969542 10 1960 0.06 300 0.8488271 0.9485 1956.2722 117.37633 7 .042 58 5 980 -0.002152. 1540 1120 1960 A. GIẢ THIẾT CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN: I. Giả thiết chiều nước chảy trong ống: - Đặt tên và giả thiết chiều nước chảy trong ống như hình vẽ bên dưới: 1 2 3 4 5 8 9