thuỷ khí và máy thuỷ khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Khoa Cơ khí Giao thơng Bộ mơn Thủy khí Máy thủy khí 40 năm thành lập (1975-2015) Bài giảng học phần Thủy khí máy thủy khí (2TC) Huỳnh Văn Hồng Cho lớp khoa Cơ khí (khơng phải tài liệu tự học) Đà Nẵng 2015 Thủy khí máy thủy khí (2TC) Bộ mơn Thủy khí máy thủy khí Khoa Cơ khí Giao thơng Tài liệu tham khảo 1.Nguyễn Phước Hoàng,… Thủy lực máy thủy lực, nxb Giáo dục, Hà Nội 1996 2.Ngô Vi Châu, …Bài tập thủy lực máy thủy lực, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 2003 4.Cherkasky V.M., Pumps, Fans, Compressors , Mir publishers, Mocow 1980 5.John D.Anderson, Jr : Fundamemtals of Aerodynamics McGraw-Hill Higher Education-Singapore 2001 Nội dung học –thi Thủy máy thủy khí Yêu cầu hiểu chất tượng, sử dụng cơng thức tương ứng để tính tốn biết sử dụng hiệu thiết bị thủy khí Thi kz (60 phút) l{ thuyết, tập phần hết phân tĩnh học Thi hết môn : (60 phút) l{ thuyết,1 tập phần động học, động lực học thủy khí máy thủy khí yêu cầu tập phải tính đến kết tính Bài tập nộp toàn đường ống (2 sv) Một số qui định -Nghỉ học tự không 20% (cán môn học theo dõi) -Không vào lớp sau giáo viên -Ra khỏi lớp theo nhu cầu xin phép giáo viên vào lại sau nghỉ tiết -Không sử dụng điện thoại di động học (đổ chuông, nghe,gọi, …) Giờ tập có máy tính cầm tay tập tham dự -Thi phải mang theo máy tính tắt điện thoại di động Xử l{ vi phạm qui định để không ảnh hưởng đến học tập Lời khuyên Vở ghi : nên dùng có hàng kẻ ngang dọc Bút : nên có thêm bút màu, thi sử dụng bút màu để vẽ cho rõ ràng Học nhà : theo tỷ lệ lớp học phải có tự học,khuyến khích sinh viên tự làm thêm tập tự làm nhà Cán mơn học Đề cương II.Máy thủy khí (9 tiết l{ thuyết+6 tiết tập) I.Thủy khí (9 tiết l{ thuyết+6 tiết tập) I Kiến thức chung máy thủy khí Định nghĩa, phân loại, Thơng số làm việc II Bơm cánh dẫn 1.Phạm vi sử dụng, cấu tạo 2.Nguyên l{ trao đổi lượng 3.Đặc điểm thủy lực 4.Đường đặc tính bơm, đặc tính hệ thống 5.Điểm làm việc, điều chỉnh chế độ làm việc, 6.ghép bơm 7.Bơm dọc trục III.Quạt V.Máy nén III.Tuốc bin nước 1.Cấu tạo, phạm vi sử dụng 2.Đặc điểm thủy lực tuốc bin Fran cis, giới thiệu Kaplan, Pelton 3.Điều chỉnh chế độ làm việc Phần tĩnh học lưu chất ứng dụng 1.tính chất vật l{ lưu chất 2.áp suất thủy tĩnh 3.phương trình Ơle thủy tĩnh 4.ứng dụng phương trình Ơle 5.áp lực thủy tĩnh Phần động học động lực học 6.các dạng chuyển động chất lưu Các phương trình bản, viết cho dòng hữu hạn +liên tục, chuyển động Navie-Stoc, Hemhon +Bernoulli +động lượng +tổn thất lượng Phần Các tốn ứng dụng 8.Tính tốn đường ống, hệ số K, 9.Va đập thủy lực 10.Dụng cụ đo vận tốc, đo lưu lượng 11.Lực dòng tia tự lên vật cản III.Bài tập (12 tiết) 12.Dịng khí chiều 13.Dịng vận tốc -Tính nhớt, áp suất thủy tĩnh, lực lên mặt phẳng 14.Dòng chảy tầng khe hẹp bên, mặt cong -Tính đường ống phương trình bản, K -Xác định điểm làm việc máy bơm điều chỉnh chế dộ làm việc -Tính chọn sử dụng máy quạt, máy nén, tuốc bin lại theo điều kiện làm việc người thông minh thời gian để tới trường, họ khơng dại lãng phí tuổi xn học thứ mà đời không dùng tới” Phần I THỦY KHÍ I Tĩnh học lưu chất ứng dụng Khái niệm Đối tượng nghiên cứu - Chất lưu Niutơn (giả thuyết nhớt Niutơn) : +chất lỏng (nước, xăng, dầu, kim loại nóng chảy, ) +chất khí khơng nén (khơng khí,…) +hỗn hợp thủy khí (nước-bùn cát, khơng khí–bụi,) -Máy thủy khí bơm tuốc bin nước Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu qui luật +cân bằng, chuyển động chất lưu +tác dụng chất lưu môi trường +cấu tạo, đặc điểm thủy lực máy thủy khí Nghiên cứu ứng dụng qui luật vào sản xuất đời sống (tính tốn đường ống, chọn sử dụng hiệu qủa máy thủy khí, … ) Phương pháp nghiên cứu L{ thuyết : mơ hình tốn l{ cho phần tử chất lưu trích từ chất lưu để tìm qui luật suy cho toàn chất lưu Thực nghiệm phịng thí nghiệm quan sát tìm qui luật * Phần tử chất lưu : kích thước nhỏ (>> kích thước phân tử): có đầy đủ tính cơ, l{ chất lưu trich Lịch sử phát triển 1.Một số tính chất vật l{ chất lưu a.Môi trường liên tục :các thông số chất lỏng (, p, v,…) mô tả hàm liên tục khả tích, khả vi b.Khơng chịu lực kéo, cắt khơng chịu nén c.Có khối lượng riêng - khối lượng chất lỏng đơn vị m dm thể tích (-kg/m3)   ;  V dV Chú ý +Khối lượng riêng chất lỏng thay đổi nhiệt độ thay đổi Chất khí thay đổi theo nhiệt độ, áp suất G +Trọng lượng riêng (-N/m3 )     g V  Tỷ trọng () : nước 4oC = 9810 N/m3   nuoc o C Khối lượng riêng số chất lỏng hay dùng : Nước biển : 1030 kg/m3, Thủy ngân : 13546 kg/m3, Grixerin : 1260 kg/m3 , Dầu : 800 kg/m3 Khối lượng riêng nước t(oC) (kg/m3) 10 30 60 80 100 999,9 1000 999,7 995,7 983,3 971,8 958,4 Khối lượng riêng không khí (to,p) t(oC) p(Pa) (kg/m3) -3 27 100 105 106 105 106 107 106 1,33 13,3 1,127 11,27 112,7 0,916 v+dv v z Chất lỏng dz d.Tính nhớt chất lỏng (Niutơn 1686) Cản trở chuyển động chất lỏng Các lớp chất lỏng có vận tốc khác nhau, +z=0 v=0; z v; z+dz v+dv z=b (trên phẳng trên) v=vo Giữa lớp chất lỏng có lực cản ma sát Fms=.S z vo v=0 phân bố vận tốc τo V, x Giả thuyết nhớt Nuitơn Ứng suất tiếp gây lực cản ma sát chất lỏng τ(N/m2): dv   dz dv/dz : gradien vận tốc *Hệ số nhớt động lực học :  (N.s/m2) P-Poazơ, cP centiPoazơ : 1P=dyn.s/cm2 1N.s/m2 =10 dyn.s/cm2 *Hệ số nhớt động học ν=μ/ρ (m2/s) ; St=cm2/s; 1St=100CSt(cen ti Stốc) cm2/s (nước) 0,020 cm2/s (Kh.khí) 0,40 dầu cm2/s(dầu) ν 0,30 0,015 Nước ν 0,010 0,20 Kh.khí 0,005 0 0,10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (0C) Chú ý -áp suất tăng tính nhớt tăng (p>300 at) -nhiệt độ tăng tính nhớt chất nước giảm ; tính nhớt chất khí tăng Hệ số nhớt động học () chất lỏng nước =1,01.10-6m2/s (ở 20oC) ; Xăng = 0,83.10-6m2/s (ở 20oC) ; thuỷ ngân = 0,11.10-6m2/s(ở 18oC); dầu máy = 60.10-6m2/s (ở 18oC); khơng khí =14,9.10-6m2/s(ở 30oC); f.Tính dãn nở nhiệt chất lỏng chênh lệch nhiệt độ khơng đáng kể bỏ qua dãn nở thể tích chất lỏng thay đổi nhiệt độ lớn (trong hệ thống sưởi ấm thay đổi thể tích nhiệt độ làm cho nước p   ; E  (N / m ) chuyển động) phải xét tính dãn nở nhiệt- Hệ số dãn nở V p  p  o o p Chú ý : nhiệt chất lỏng, ßt độ thay đổi thể tích tương -để p>0 trước cơng thức có dấu âm đối nhiệt độ thay đổi độ (Vo thể tích ban đầu) -mơ đun đàn hồi thể tích chất lỏng (E-N/m2) V o   o  t Khi p=10 Pa t =0 C Enước=2,01.10 N/m Vo t  ßt t nhiệt độ tăng lên 20oC Enước=2,20.109N/m2 o 10oC áp suất Khi áp suất tăng từ 105 đến 400.105 Pa khối lượng riêng Nước5 : Khi nhiệt độ t = C đến -1 nước tăng lên 2% - nước coi chất lỏng không nén p=10 Pa ßt=0,000014độ +Khi nhiệt độ t = 10oC đến 20oC áp suất p=105Pa ßt=0,00015độ-1 g.Xâm thực chất lỏng với ống thiết bị làm việc với +p=107Pa ßt=0,00043độ-1p>pbhto chất lỏng :Sự xuất vỡ bọt khí áp suất thay đổi e.Tính nén chất lỏng -Trong điều kiện bình thường ρ=const -Khi áp suất thay đổi đột ngột đáng kể cần xét tính nén Hệ số nén (p –m2/N) thay đổi thể tích tương đối áp suất thay đổi đơn vị V  Vo 1 Khoảng trống cục Giọt lỏng Thu nhiệt P (pa) P1* Lỏng Giọt lỏng Bọt khí pbh Rắn Dịng chất lỏng t(0C) Hbh(m) khí P*2 Tỏa nhiệt t(oC) p1=p1* p2=p2* tlv p3=p1* 10 20 30 40 60 80 100 120 0,06 0,12 0,24 0,48 0,75 2,03 4,83 10,33 20,2 +tỏa nhiệt , áp suất tăng →lủng bề mặt cánh, … → ăn mịn hóa học → ăn mịn điện hóa vùng có nhiệt độ cao Khắc phục :+thiết kế hệ thống plv>pbh +Nếu thiết bị phải làm việc điều kiện xâm thực tăng độ cứng bề mặt hợp kim Ni-Cr (12÷14%) Cr – (0,5÷0,8%)Ni +Định kz bảo dưỡng thiết bị Áp suất thủy tĩnh Khái niệm : chất lưu đứng yên không Đặc điểm thủy lực áp suất thủy tĩnh xuất tính nhớt  kết qủa nghiên cứu Áp suất thủy tĩnh ứng suất chất lưu trạng thái tĩnh ngoại lực tác dụng áp dụng cho chất lưu thực ③ Áp suất thuỷ tĩnh ngoại lực ①Áp suất thuỷ tĩnh thẳng góc -có trạng thái đứng yên truyền chất lưu đến moi nơi với giá hướng vào mặt tác dụng trị khơng đổi (định luật Pascan, có nhiều +Tĩnh tuyệt đối : lưu chất đứng yên so với ứng dụng máy ép thủy lực, kích thủy lực, hệ tọađộ tuyệt  đốilực khối có trọng tăng áp suất,…) lực R  g po +Tĩnh tương đối : chất lưu chuyển động liền khối so với hệ tọa độ tuyệt đối (bình quay, …)   Lực  khối  gồmtrọng  lực lực quán tính R  g  aqt p ② Áp suất thuỷ tĩnh điểm theo phương có giá trị px=py=pz=p (astt đại lượng véctơ có tính chất đại lượng vơ hướng) p=F1/S1 →S2 →F2=p.S2=F1.S2/S1 >>F1 py A x dx C O p1A=p2A Thu F2>>F1 chất lưu chứa đầy bình F x px  dV   p S ABC cos  S ABC cos   Rx  dV     px SOBC   pS ABC  x  Rx px SOBC SOBC  dy pz p2A p dz   p1A A  p  p  p  grad p  i  j k x y z z công pittong 1: A=F1.L1=p1.S1.L1=p1.V1 công pittong A2=F2.L2=p2.S2.L2=p2.V mà A1=A2 ; V1=V2 nên p1=p2=p B y px 1 dydz  p dydz  Rx  dxdydz  2 dx,dy,dz  px=p=py=pz L2 S2 Tác dụng F1 S1 p L1 3.Phương trình Ơle thủy tĩnh Lực khối cân với lực áp chất lưu đứng n (ngược lại) *Lực khối Trích chất lưu đứng yên phần tử lỏng khối hộp có cạnh dx, dy, dz p  dx  p  dx   F =0; R ρdx.dy.dz+ x  -  dy.dz- x  +  dy.dz=0 x p p  dx    x   z o y C R(Rx, Ry,Rz) C’ p  dx  p    x   D’ D dz M dy B T,p dx N x p p p Ry   ; Rz    x  y  z   .R  grad p  Rx  B’ Như áp suất thủy tĩnh điểm có giá trị (khơng phụ thuộc vào quãng đường đến điểm đó) A’ A Ứng dụng phương trình Ơle thủy tĩnh Nhân dx,dy,dz vào pt Ơle cọng lại : p p p dx  dy  dz   Rx dx  Ry dy  Rz dz  x y z dp=ρ(Rxdx+Rydy+Rzdz) (*) ①Tính chất mặt đẵng áp (mdp : p=const, dp=0) Rxdx+Rydy+Rzdz =0 tích vơ hướng véc tơ (R, ds) dp=R.ds.cos0 chất lưu dồn sau, *Khi a pa áp suất dư pd = pt - pa + pt0 - giá trị trung bình áp suất khí Pa=98100 Pa , cột áp khí 10 m nước, át mốt phe -max(HCK)= 10 m nước pa Pt t Bảng đối chiếu đơn vị áp suất Đơn vị Pa bar at atm torr Pa (N/m2) 105 0,98066.105 1,01325.105 1,3332.102 bar 10-5 0,98066 1,01325 1,3332.10-3 at (KG/cm2) 1,01972.10-5 1,01972 1,03332 1,3995.10-3 atm 0,98692.10-5 0,98692 0,96784 1,31579.10-3 torr mmHg) 7,5006.10-3 7,5006.10-2 7,3556.10-2 7,60.102 ...Thủy khí máy thủy khí (2TC) Bộ mơn Thủy khí máy thủy khí Khoa Cơ khí Giao thơng Tài liệu tham khảo 1.Nguyễn Phước Hoàng,… Thủy lực máy thủy lực, nxb Giáo dục, Hà Nội... học,khuyến khích sinh viên tự làm thêm tập tự làm nhà Cán môn học Đề cương II .Máy thủy khí (9 tiết l{ thuyết+6 tiết tập) I.Thủy khí (9 tiết l{ thuyết+6 tiết tập) I Kiến thức chung máy thủy khí Định... +chất lỏng (nước, xăng, dầu, kim loại nóng chảy, ) +chất khí khơng nén (khơng khí, …) +hỗn hợp thủy khí (nước-bùn cát, khơng khí? ??bụi,) -Máy thủy khí bơm tuốc bin nước Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu