Hướng dẫn giải bài tập Quá trình thủy lực và cơ học

BÀI TẬP QUÁ TRÌNH THỦY LỰC VÀ CƠ HỌC NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH THỦY LỰC Bài 1. Tính khối lượng riêng của không khí gồm 79% nitơ và 21% ôxy (theo phần trăm thể tích) ở độ chân không 0,58 at, nhiệt độ 40 oC. Biết áp suất khí quyển là 0,99 at. Đáp số: 0,62 kgm3 Hướng dẫn: Tính theo công thức: Bài 2. Xác định độ nhớt động học của khí cacbonic theo hệ đơn vị kỹ thuật ở nhiệt độ 30 oC và áp suất tuyệt đối 5,28 at. Biết độ nhớt động lực ở 30 oC là µ = 0,015 Cp (bỏ qua sự thay đổi độ nhớt theo áp suất). Đáp số: 1,658.106 m2s Hướng dẫn: Tính theo công thức: . Đã biết µ, cần tính  theo Bài 3. Xác định độ nhớt của hỗn hợp khí nóng có thành phần thể tích: 16% CO2, 5% O2 và 79% N2 ở nhiệt độ 400 oC và áp suất tuyệt đối 1 at. Biết độ nhớt động lực của các khí trên ở nhiệt độ và áp suất đã cho tương ứng là: 0,035 Cp; 0,039 Cp và 0,033 Cp. Đáp số: 34.106 kgm.s Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Bài 4. Xác định độ nhớt động học của hỗn hợp lỏng gồm 70% mol O2 và 30% mol N2 ở 84 oK và áp suất tuyệt đối 1 at. Biết độ nhớt động lực của O2 và N2 ở nhiệt độ và áp suất đã cho tương ứng là: 23.106 KG.sm2 và 12.106 KG.sm2; khối lượng riêng ở trạng thái lỏng tương ứng là 1180 kgm3 và 780 kgm3. Đáp số: 178,64.106 m2s Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Tính µhh theo công thức: Trong đó: n1, n2, …là phần mol của cấu tử 1, 2, … trong hỗn hợp lỏng Tính hh theo công thức: Với a1, a2, …là phần khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp lỏng. Thành phần khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp là: Bài 5. Xác định độ nhớt của huyền phù là benzidin hòa tan trong nước với nồng độ 1 tấn benzidin trong 10 m3 nước ở nhiệt độ 20 oC. Trọng lượng tương đối của pha rắn là 1,2. Biết ở 20 oC độ nhớt của nước là 1 Cp. Đáp số: 1,19.103 kgm.s Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Trong đó:  là thành phần thể tích của pha rắn trong dung dịch. Tính thể tích của pha rắn là: Tính thành phần thể tích của pha rắn là: Bài 6. Biết độ nhớt của cloruabenzen ở 20 oC và 50 oC tương ứng là 0,9 Cp và 0,6 Cp. Xác định độ nhớt của cloruabenzen ở 70 oC. Tra bảng ( có trong các tài liệu chuyên môn) biết độ nhớt của nước ở nhiệt độ 58 oC và 59 oC tương ứng là 0,483 Cp và 0,476 Cp và nhiệt độ của nước tương ứng với 0,9 Cp và 0,6 Cp là: 25 oC và 45 oC. Đáp số: 0,48 Cp Hướng dẫn: Sử dụng công thức Páplốp: Để tính độ nhớt ở nhiệt độ t3 thì: Công thức Páplôp: Tra độ nhớt của nước ở nhiệt độ 3, đây cũng là độ nhớt của cloruabenzen ở 70 oC Từ số liệu đã biết, dùng phương pháp nội suy ta có:

BÀI TẬP QUÁ TRÌNH THỦY LỰC VÀ CƠ HỌC NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH THỦY LỰC Bài Tính khối lượng riêng khơng khí gồm 79% nitơ 21% ơxy (theo phần trăm thể tích) độ chân không 0,58 at, nhiệt độ - 40 oC Biết áp suất khí 0,99 at Đáp số: 0,62 kg/m3 Hướng dẫn: Tính theo cơng thức:    T0 p Tp Bài Xác định độ nhớt động học khí cacbonic theo hệ đơn vị kỹ thuật nhiệt độ 30 oC áp suất tuyệt đối 5,28 at Biết độ nhớt động lực 30 oC µ = 0,015 Cp (bỏ qua thay đổi độ nhớt theo áp suất) Đáp số: 1,658.10-6 m2/s Hướng dẫn: Tính theo cơng thức:   T0 p  m2 Đã biết µ, cần tính  theo    s  Tp Bài Xác định độ nhớt hỗn hợp khí nóng có thành phần thể tích: 16% CO 2, 5% O2 79% N2 nhiệt độ 400 oC áp suất tuyệt đối at Biết độ nhớt động lực khí nhiệt độ áp suất cho tương ứng là: 0,035 Cp; 0,039 Cp 0,033 Cp Đáp số: 34.10-6 kg/m.s Hướng dẫn: Áp dụng công thức: M hh x1 M x M      hh 1 2 M hh ?  hh M ?  hh ? Bài Xác định độ nhớt động học hỗn hợp lỏng gồm 70% mol O 30% mol N2 84 oK áp suất tuyệt đối at Biết độ nhớt động lực O N2 nhiệt độ áp suất cho tương ứng là: 23.10 -6 KG.s/m2 12.10-6 KG.s/m2; khối lượng riêng trạng thái lỏng tương ứng 1180 kg/m3 780 kg/m3 Đáp số: 178,64.10-6 m2/s Hướng dẫn:  m2 s  Tính µhh theo cơng thức: lg  hh n1 lg 1  n2 lg    Trong đó: n1, n2, …là phần mol cấu tử 1, 2, … hỗn hợp lỏng lg  hh ? Tính hh theo cơng thức:  hh a1 1  a    Với a1, a2, …là phần khối lượng cấu tử hỗn hợp lỏng Thành phần khối lượng cấu tử hỗn hợp là: 0,7.32 0,3.28 aO2  0,727 kg ; a N2  0,273 kg kghh kghh 0,7.32  0,3.28 0,3.28  0,7.32   hh ?   hh  hh ?  hh Áp dụng công thức:   Bài Xác định độ nhớt huyền phù benzidin hòa tan nước với nồng độ benzidin 10 m3 nước nhiệt độ 20 oC Trọng lượng tương đối pha rắn 1,2 Biết 20 oC độ nhớt nước Cp Đáp số: 1,19.10-3 kg/m.s Hướng dẫn: Áp dụng công thức:  dd   ch.l 1  2,5  neu  10% hay  dd   ch.l 1  4,5  neu  10% Trong đó:  thành phần thể tích pha rắn dung dịch Tính thể tích pha rắn là: V ? Tính thành phần thể tích pha rắn là:  ? Bài Biết độ nhớt cloruabenzen 20 oC 50 oC tương ứng 0,9 Cp 0,6 Cp Xác định độ nhớt cloruabenzen 70 oC Tra bảng ( có tài liệu chuyên môn) biết độ nhớt nước nhiệt độ 58 oC 59 oC tương ứng 0,483 Cp 0,476 Cp nhiệt độ nước tương ứng với 0,9 Cp 0,6 Cp là: 25 oC 45 oC Đáp số: 0,48 Cp Hướng dẫn: t1  t k cos nt 1   t3  t t t k      Để tính độ nhớt nhiệt độ t3 thì: 3   k 50  20 70  20 1,5    58,4 C Công thức Páplôp: 45  25   25 Sử dụng công thức Páplốp: Tra độ nhớt nước nhiệt độ 3, độ nhớt cloruabenzen 70 oC Từ số liệu biết, dùng phương pháp nội suy ta có:  0,483    t1 ? hay  0,476  t ? t t t- chênh lệch nhiệt độ (tra theo bảng) µ- chênh lệch độ nhớt (tra theo bảng) ứng với hai nhiệt độ ∆t1 ∆t2 chênh lệch nhiệt độ θ3 nhiệt độ tra theo bảng Bài Dùng áp kế chữ U chứa axit có khối lượng riêng 1800 kg/m để đo áp suất chân không tháp sấy axit Mức axit ống chữ U chênh 3cm Tính áp suất tuyệt đối tháp theo kp/m2 (KG/m2), biết áp suất khí 750 torr Đáp số: 10141 kp/m2 Hướng dẫn: p ck  p a  p  p  p a  p ck  p a  gh p ? Bài Một áp kế gắn vào ống dẫn 0,18kp/cm Tính chiều cao cột chất lỏng dâng lên ống ống hở đầu nối với ống dẫn, chảy ống dẫn là: a Nước b Cacbon tetraclorua Biết khối lượng riêng nước cacbon tetraclorua tương ứng 1000 kg/m 1633 kg/m3 Đáp số: a 1,8m; b 1,1m Hướng dẫn: p du  p  p a  gh  h  p du g hH 2O ? hCCl4 ? Bài Một chất lỏng chứa bình có khối lượng riêng 1230 kg/m 3, áp kế gắn vào thành bình áp suất dư 0,31 at Tính chiều cao mức chất lỏng từ mặt thoáng đến điểm đặt áp kế Đáp số: 2,52 m Hướng dẫn: Ứng dụng phương trình tĩnh lực học chất lỏng: p = pa + gh Trong p áp suất tuyệt đối điểm đặt áp kế Đã biết: p – pa = 0,31 at Từ công thức trên, ta có: h  p  pa ? g Bài 10 Chân không kế đo độ chân không thiết bị ngưng tụ barômét 600 mmHg, áp suất khí 748 mmHg Xác định: - Áp suất tuyệt đối thiết bị ngưng tụ - Chiều cao nước ống barômét thiết bị ngưng tụ Đáp số: 8,16 m Hướng dẫn: - Áp suất tuyệt đối thiết bị ngưng tụ: p = pa – pck = 748 – 600 = 148 mmHg - Ứng dụng phương trình tĩnh lực học chất lỏng để tính chiều cao nước: pa = p + gH  H  pa  p ? g Bài 11 Một bình kín chứa khí (có áp suất chân khơng) nối liền với ống hình chữ U kín hở chứa thủy ngân Xác định chiều cao cột thủy ngân ống kín (có chân khơng tuyệt đối) chiều cao cột thủy ngân ống hở 30 cm Biết khối lượng riêng thủy ngân 13600 kg/m3, áp suất khơng khí bên ngồi 9,81.104 N/m2 Đáp số: 43 cm Hướng dẫn: Ứng dụng phương trình tĩnh lực học: pa  p 30 cm 0,3 m  p ? Với ống kín g p p  gh  h  ? g Với ống hở Bài 12 Trên máy nén thủy lực, người ta tác dụng lên pittông nhỏ lực 589 N Bỏ qua tổn thất, xác định lực nén lên pittơng lớn Biết đường kính ptitơng nhỏ d = 40 mm pittông lớn D = 300 mm Đáp số: 33131 N Hướng dẫn: Áp dụng công thức: P2 f f   P2  P1 ? P1 f1 f1 Bài 13 Cần xác định chế độ dòng chảy chất lỏng khơng gian thiết bị hai vỏ với đường kính vỏ 25 x (mm) vỏ 51 x 2,5 (mm) Biết lưu lượng chất lỏng 3,73 T/h, khối lượng riêng chất lỏng 1150 kg/m độ nhớt động lực 1,2 Cp Đáp số: Re  150000 nên có chế độ chuyển động xốy Hướng dẫn: w.d tđ  Áp dụng công thức: Re   Cần xác định đường kính tương đương thiết bị hai vỏ d tđ = 4Rtl vận tốc w = V/f f ? U d tđ ? Rtl  V ? f Re ? w Bài 14 Xác định vận tốc giới hạn ống thẳng có đường kính 51 x2,5 (mm) hai trường hợp: a Khơng khí 20 oC at b Dầu mỏ với độ nhớt 35 Cp khối lượng riêng tương đối 0,936 Biết độ nhớt khối lượng riêng khơng khí 20 oC at tương ứng 0,018 Cp 1,2 kg/m3 Đáp số: 0,756 m/s 1,833 m/s Hướng dẫn: 2320. Áp dụng cơng thức: wth.d  d  a Khi khơng khí chảy qua ống: wth.d ? b Khi dầu mỏ chảy qua ống: wth.d ? Bài 15 Đường kính pittơng bé lớn máy ép thủy lực tương ứng 40mm 300mm Tính lực tác dụng phía pittơng lớn, phía pittơng bé có lực tác dụng 60kp Đáp số: 3375kp Hướng dẫn: P2 f f   P2  P1  ? P1 f1 f1 Bài 16 Thiết bị làm lạnh kiểu ống chùm, đường kính ống truyền nhiệt 20 x 2mm Cửa dẫn nước vào thiết bị có đường kính 57 x 3,5mm Vận tốc nước chảy ống dẫn 1,4m/s Nước chảy từ lên Xác định vận tốc nước chảy ống truyền nhiệt Số ống truyền nhiệt thiết bị 19 Đáp số: 0,72m/s Hướng dẫn: f1 w1  f w2  w2 Bài 17 Nitơ áp suất dư 3at chảy qua dàn ống chùm gồm 379 ống, đường kính ống 16 x 1,5mm, với suất 6400m 3/h tiêu chuẩn Nhiệt độ đầu nitơ 120oC nhiệt độ cuối 30oC Tính vận tốc nitơ đầu vào đầu ống Đáp số: 13,2 m/s 10,19 m/s Hướng dẫn: Dựa vào phương trình cân vật liệu: wv f v QTC  ; wr f r QTC   v ?;  r ?  wv , wr ? Bài 18 Thiết bị làm lạnh thép loại ống lồng ống, có đường kính ống 29 x 2,5mm, đường kính ống ngồi 54 x 2,5mm Dung dịch muối có khối lượng riêng 1150kg/m3 chảy ống với suất 3,73 tấn/h Chất khí áp suất 5at chảy qua phần không gian hai ống với lưu lượng 160kg/h Nhiệt độ trung bình khí 0oC Khối lượng riêng khí trạng thái tiêu chuẩn (0 oC 760 torr) 1,2kg/m3 Tính vận tốc khí dung dịch Đáp số: 6,248 m/s 0,1992 m/s Hướng dẫn: wdd  Qdd f wkhi  Qkhi f v.khan Bài 20 Thiết bị gia nhiệt loại ống chùm có đường kính 625mm chứa 61 ống truyền nhiệt, đường kính ống truyền nhiệt 35 x2,5mm Xác định đường kính tương đương khoảng khơng gian ống truyền nhiệt Đáp số: 0,11m Hướng dẫn: d tđ 4.Rtl 4 f ? U Bài 21 Xác định đường kính tương đương khoảng trống ống thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm gồm 61 ống có đường kính 38 x 2,5 (mm), đường kính thiết bị 625 mm Đáp số: 0,102 m Hướng dẫn: d tđ 4.Rtl 4 f ? U Bài 22 Hai ống lồng đồng trục Đường kính ngồi ống 57mm đường kính ống ngồi 89mm Nước có nhiệt độ 20 oC chảy khoảng hai ống với lưu lượng 3,6m3/h Xác định chế độ dòng nước chảy Đáp số: chảy xốy Hướng dẫn: Tính chuẩn số Raynon Bài 23 Trên ống dẫn khơng khí khơ đường kính 320 mm, người ta đặt ống pitôpran Áp kế 5,8 mmH2O Xác định lưu lượng khối lượng (kg/h) khơng khí ? Biết nhiệt độ khơng khí 21 oC, hệ số vận tốc 0,89 Đáp số: 2991,6 kg/h Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Q  f  w. kg s Đã biết f, ; cần xác định vận tốc tâm ống dẫn khối lượng riêng không gh  N   KK  2p  khí 21 oC: w   KK  KK Và KK 21 oC:  KK  T0 p ? T p0 Thay vào cơng thức tính Q = ? Bài 24 Cho chất lỏng chảy qua lỗ đáy bình có đường kính 10 mm, chiều cao mức chất lỏng không đổi 900 mm, đường kính thùng chứa 800 mm, lưu lượng chảy 750 lít/h Xác định hệ số lưu lượng ? Nếu khơng cung cấp chất lỏng vào thùng thời gian chảy hết chất lỏng thùng ? Đáp số: 72,533 phút Hướng dẫn: Áp dụng công thức: V  f gH    V f gH ? Nếu không cung cấp chất lỏng vào thùng thời gian chảy hết chất lỏng thùng là: f H ?  f 2.g Bài 25 Một bể chứa có tiết diện 3m2, đáy có lỗ tháo Mực nước bình trì mức 1m trình chảy Khi ngừng cho nước vào bể, mực nước bắt đầu thấp dần chảy hết sau 100s Tính lượng nước chảy vào bể Đáp số: 0,06m3/s Hướng dẫn f H 100   f ?  Vs  f gH ? Từ    f 2.g  Bài 26 Dầu mỏ có khối lượng riêng tương đối 0,9 chảy qua ống dẫn nằm ngang có đường kính 200mm Để đo lưu lượng người ta mắc màng chắn có hệ số lưu lượng 0,61 Cửa mở màng chắn có đường kính 76mm Áp kế thuỷ ngân hiệu số áp suất qua màng 102torr Tính vận tốc lưu lượng dầu Đáp số: 5,314m/s 47304kg/h Bài 27 Trên ống dẫn nằm ngangcó kích thước 160 x (mm), người ta đặt ống đo lưu lượng kiểu venturi Đường kính phần thắt lại 60 mm Khí etan (C2H6) ống áp suất thường, nhiệt độ 25 oC Áp kế 32 mmH2O Xác định lưu lượng khối lượng (kg/h) khí Hệ số lưu lượng lấy 0,97 Đáp số: 264 kg/h Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Q Vs  C H 3600 kg h Trong đó: Vs  f w2 Viết phương trình Becnuli cho tiết diện lớn tiết diện nhỏ với mặt chuẩn qua tâm ống dẫn, kết có vận tốc qua tiết diện nhỏ: w2   2.g h  N   C2 H 2.p   C 2H  C2 H  C252 HC6   T0 p T p0  Trong đó: ? d 22  w2 ?  Vs  w2  Q ? Bài 28 Một ống dẫn nằm ngang đường kính 159/147 (mm) để dẫn khơng khí 40 o C Trong mơi trường áp suất khí quyển, người ta dùng ống pitôpran đặt tâm ống dẫn, cách đầu ống m Ống pitôpran với áp kế chữ U (dùng nước) mức chênh lệch 13 mmH2O Tính lưu lượng khí ống dẫn, biết  = 0,85 độ nhớt động lực khơng khí 40 oC 1,9.10-5 kg/m.s Đáp số: 777,6 m3/h Hướng dẫn: d w Áp dụng công thức: Q  Cần xác định vận tốc w = .wmax wmax  2p Trong đó, p biết; cần xác định khối lượng riêng khơng khí  nhiệt độ cho  40 C ? wmax    2.g.h  n   400 C 2p  ?   400 C Kiểm tra chế độ chảy khơng khí vị trí đặt ống pitơpran: m > 40.d = 40.0,147 = 5,9 m Vậy chế độ chảy ổn định nên tính vận tốc trung bình theo công thức w = .wmax = 0,85.15,03 = 12,77 m/s Lưu lượng khơng khí ống dẫn là: d Q w ? Vì φ = 0,85 ứng với chế độ chuyển động xốy, cần tính Re = ? để đánh giá lại hệ số φ Bài 29 Đường kính ống dẫn gồm hai đoạn nối với nhau: đoạn lớn có đường kính 200 mm đoạn nhỏ 100 mm Đoạn nối chuyển tiếp có đường kính thay đổi Khí mêtan 30 oC vận chuyển ống áp suất khí 760 mmHg Hai đầu đoạn chuyển tiếp lắp hai áp kế chữ U chứa nước Biết áp kế chữ U đầu lớn 40 mmH 2O Hỏi áp kế chữ U đầu nhỏ ? Biết lưu lượng tiêu chuẩn 1700 m3/h, tính áp suất tuyệt đối hai tiết diện Bỏ qua trở lực ống dẫn Đáp số: 10370 mmH2O 10232 mmH2O Hướng dẫn: Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt qua tiết diện lớn tiết diện nhỏ: p1 w12 p w2   w22  w12      p  p1  p  g g g g w1  4.1700  273  30 4Q T0  t   16,7 m 2 s T  d 3,14.0,2 273.3600 w2  4Q T0  t 4.1700  273  30   66,8 m s  d 22 T0 3,14.0,12.273.3600 Hay w2  w1 30 C  CH  d 12 0,2  16 , 66,8 m s d 22 0,12 T0 p 16 273.1   0,645 kg m T p 22,4  273  30.1   0,645 66,8  16,7 1354.10 N p  1354  138 mmH O m 9,81.10 p  p1  138 40  138  98 mmH O Chỉ số đo áp suất dư Vậy áp suất tuyệt đối hai tiết diện là: - Tiết diện lớn: p1tđ 10330  40 10370 mmH O - Tiết diện nhỏ là: p 2tđ 10330    98 10232 mmH O Bài 30 Một thùng hình trụ đường kính m chứa nước đến độ cao m Dưới đáy thùng đục lỗ đường kính 0,03 m Tính thời gian cần thiết để nước thùng chảy hết qua lỗ đáy Biết hệ số lưu lượng qua lỗ đáy µ = 0,62 Đáp số: 1144 s Hướng dẫn: Áp dụng công thức:   f H  f 2.g ? Bài 31 Một ống dẫn nằm ngang đường kính 152 mm dùng để dẫn nước 20 C với vận tốc trung bình 1,3 m/s Trong ống dẫn đặt màng chắn tiêu chuẩn với đường kính lỗ 83,5 mm Xác định số đo áp kế chữ U chữa thủy ngân đặt vị trí màng Biết khối lượng riêng nước 20 oC thủy ngân tương ứng là: 1000 kg/m3 13600 kg/m3; độ nhớt động học nước 20 oC 1,01.10-6 m2/s hệ số lưu lượng chảy qua màng 0,635 Hướng dẫn: gh  TN    m VS VS   f  h s  g   TN    Từ phương trình biết:  f  Trong phương trình trên, để tính h cần tính lưu lượng VS = ? o VS  F wTB ? Thay số vào ta có: h ?  h ? Bài 32 Nước chảy qua ống dẫn với lưu lượng 10m 3/h Xác định lưu lượng đường kính ống dẫn lớn gấp đơi, hai đường ống có chế độ chảy xốy, có hệ số trở lực tổn thất áp suất Đáp số: 56,56m3/h Bài 33 Trong ống dẫn thẳng dài 150 m có chất lỏng chảy qua với lưu lượng 10 m3/h, giả thiết tổn thất áp suất 10 m Xác định đường kính ống dẫn ? Lấy hệ số ma sát 0,03 Đáp số: 0,049 m Hướng dẫn:  4.Vs    2 Áp dụng công thức: w l w l   d  8 l h ms       Vs2 2g d 2g d 2g  g d  d5  8. l.Vs2 ? hm  g Bài 34 Cần xác định đường kính ống dẫn hyđro để đạt lưu lượng 120 kg/h Đường kính ống dài 1000 m, tổn thất áp suất tối đa p = 110 mmH2O, khối lượng riêng hyđro 0,0825 kg/m3, hệ số ma sát  = 0,03 Đáp số: 0,2 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức: p  .l  w 8.l. 8.l.   Vs  d  Vs2 d  d  p Thay số vào, ta có: d ? VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG Bài Một áp kế đường ống đẩy 3,8 at, chân không kế đường ống hút 210 torr Khoảng cách giưa áp kế chân không kế 410 mm Đường kính ống hút 350 mm, ống đẩy 300 mm Lưu lượng nước ống 12 m 3/phút Xác định áp suất bơm tạo Biết áp suất khí 735,6 mmHg ĐS: H = 41,5 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức : H  pđ  p h w  wh2  h0  đ ;m g 2g Trong : wh  Vs 12 12  2,08 ; m va wđ  2,83 ; m s s f 60.0,785.0,35 60.0,785.0,3 Áp suất ống đẩy pđ = 3,8 + = 4,8 at Áp suất ống hút: ph = 735,6 – 210 = 525,6 mmHg = 525,6 0,71 at 735,6 Thay số vào, có: 4,8.9,81.10  0,71.9,81.10 2,83  2,08 H  0,41  41,4 m 1000.9,81 2.9,81 Bài Một bơm pittơng có số vòng quay 150 vòng/phút dùng để bơm nước nóng 60oC từ bể chứa có áp khí 750 mmHg Biết tổng tổn thất loại 6,5 m áp suất bão hòa 60 oClà 2,02 m Tính khoảng cách lý thuyết tối đa đặt bơm cho phép so với mặt nước bể chứa ĐS: H1  1,67 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức : H  pa  pl  g h m Thay số liệu biết vào, ta có: H1  750.10  2,02  6,5 10,195  2,02  6,5 1,675 m 735,6 Chú ý : Giá trị chiều cao hút tính theo lý thuyết Trong thực tế, với số vòng quay n = 150 vòng/phút nhiệt độ t = 60 oC chiều cao hút H = (tra bảng) Khi cần đặt bơn thấp mức nước bể Bài Dùng bơm pittông tác dụng kép để vận chuyển nước với suất 22.800 l/h Số vòng quay 65 vòng/phút, đường kính pittơng 125 mm, cán pittơng 35 mm bán kính trục khuỷu 136 mm Xác định hiệu suất suất bơm ĐS:  = 0,913 Hướng dẫn: Hiệu suất suất tính theo cơng thức:  Q  Trong suất thực tế cho : QTT  Năng suất lý thuyết tính theo cơng thức :    QTT QLT 22,8 0,38 m ph 60  QLT  2.F  f .S n  2.0,785.0,125  0,785.0,0352 2.0,136.65 0,416 m Thay vào, có : Q  ph 0,38 0,913 91,3 % 0,416 Bài Bơm pittơng tác dụng đơn có đường kính pittơng 160 mm, khoảng chạy 200 mm dùng để bơm chất lỏng có KLR 930 kg/m 3, suất bơm 430 lit/phút Chất lỏng từ bể chứa có áp suất khí bơm vào thiết bị chứa có áp suất dư 3,2 at chiều cao 19,5 m Tổn thất áp suất ống hút 1,7 m, ống đẩy 8,6 m Xác định số vòng quay bơm, công suất thực tế động Biết: + Hiệu suất thủy lực tl = 0,80 + Hiệu suất suất Q = 0,85 + Hiệu suất truyền động tr.đ = 0,95 + Hiệu suất động đc = 0,95 + Hệ số dự trữ  = 1,17 ĐS: n = 126 vòng/phút Ntt = 6,82 kW Hướng dẫn: a Áp dụng công thức: Qtt = η0Qlt → n P  Pa QT gH T ; H T  H hh   hm b Áp dụng công thức: Ntt = g 10  Bài Cần vận chuyển dung dịch có KLR 1120 kg/m từ bể chứa có áp suất khí vào thiết bị có áp suất dư 0,4 at độ cao 10,8 m với suất 115 m 3/h Ống dẫn có đường kính 140 x 4,5 mm dài 140 m (kể chiều dài tương đương với phân gây trở lực cục bộ), hệ số ma sát ống dẫn  = 0,03 Tính áp suất toàn phần bơm cần tạo ? ĐS: H = 23,83 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức: H  H hh  P2  Pa 8l w Q  hm  hw ; hm  Q ; hw  ; w  g 2g F  gd (hw riêng vận tốc, để tạo vận tốc chuyển động cho chất dung dịch) Bài Một bơm tia dùng để vận chuyển chất lỏng có KLR 1020 kg/m với suất 7,8 m3/h lên độ cao m Thùng chứa nước đặt độ cao 22 m, lưu lượng đạt 9,6 m3/h Xác định hiệu suất bơm tia ? ĐS:  = 18,4 % Hướng dẫn: Áp dụng công thức: N   tt ; N tt QT gH T ; N lt Qn  n gH ; Qn 9,6 m h ; H 22  4, m N lt Bài Dùng bơm để vân chuyển a xit sunfuric có KLR 1163 kg/m Áp kế đường ống đẩy 1,8 KG/cm2, chân không kế đường ống hút 29 torr Khoảng cách hai điểm đặt áp kế chân không kế 0,5 m Đường kính ống hút ống đẩy Tính áp suất toàn phần bơm ? ĐS: 16,3 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức: H  Pđ  Ph w  w12  h0  ,m g 2g Bài Chất lỏng có KLR 960 m3/kg bơm vận chuyển từ bể chứa có áp suất thường đến thiết bị có áp suất dư 37 at Chiều cao cần vận chuyển 16 m Tổng tổn thất qua trở lực ống hút ống đẩy 65,5 m Xác định áp suất bơm tạo ĐS: 467 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức: H  H hh  P2  P1   hm , m g Bài Dùng bơm để vận chuyển dầu mazút có KLR tương đối 0,9 với suất 380 lít/phút Áp suất tồn phần 30,8 m Cơng suất động điện 2,5 KW Tính hiệu suất bơm ĐS:  = 0,69 Hướng dẫn: Áp dụng công thức:   N tt ; N tieuton 2,5kw N tieuton Bài 10 Dùng bơm có suất 14 lít/s để bơm chất lỏng có KLR tương đối 1,16 Áp suất toàn phần 58 m Hiệu suất bơm 0,64, hiệu suất truyền động 0,97 hiệu suất động 0,95 Tính cơng suất động ? ĐS: 15,68 KW Hướng dẫn: Áp dụng công thức: N đc  QT gH T 10 3 Bài 11 Bơm píttơng đặt vị trí có áp suất khí 10 mH 2O Tổn thất áp suất ống hút 5,5 mH2O Chiều cao hút 3,6 m Ở nhiệt nước bơm làm việc Số liệu phụ thuộc áp suất bão hòa vào nhiệt độ cho bảng sau: Nhiệt độ, oC ht, mH2O 0,09 10 0,12 20 0,24 30 0,43 40 0,75 50 1,25 60 2,02 70 3.17 80 4,82 ĐS: 43oC Hướng dẫn: Áp dụng công thức : H  p a pl   g g h m  pl ,m g Căn số liệu cho bảng, dùng phương pháp nội suy để tìm nhiệt độ Bài 12 Bơm vi sai dùng để vận chuyển chất lỏng có đường kính píttơng lớn 340 mm, đường kính píttơng nhỏ (cán píttơng) 240 mm, khoảng chạy pít tơng 480 mm Số vòng quay động 60 vòng/phút Hiệu suất chung 0,85 Xác định suất bơm, lượng chất lỏng chảy phía píttơng lớn nhỏ Để chất lượng chất lỏng chảy hai phía đường kính cán pitơng bao nhiêu? ĐS: 2,22 m3/phút; 0,0184 m3/s; 0,0186 m3/s Hướng dẫn: Áp dụng công thức: Q  FSn; Ql  fSn; Qn   F  f  Sn Tính đường kính cán pitong theo điều kiện F = 2f Bài 13 Dùng bơm píttơng tác dụng kép để vận chuyển chất lỏng đến đổ đầy bể chứa hình trụ có đường kính m cao 2,6 m Thời gian bơm 25,6 phút Đường kính píttơng180 mm, cán píttơng 50 mm, bán kính tay quay 145 mm, số vòng quay 55 vòng/phút Xác định hiệu suất bơm ? ĐS: 0,919 Hướng dẫn: Qtt 0,785.3 2.2,6 ; Qlt  F  f  Sn Áp dụng công thức:   ; Qtt  Qlt 25,6 Bài 14 Dùng bơm ly tâm có số vòng quay 1800 vòng/phút để vận chuyển nước 30 oC với suất 140 m 3/s Áp suất khí 745 torr Tổn thất áp suất ống hút 7,29 m Tính chiều cao hút lý thuyết ĐS: H1 2,4 m Hướng dẫn: Áp dụng công thức : H  p a pl   g g h Dùng số liệu bảng 11 để tra m pl 0,43m g Bài 15 Dùng bơm tuye để vận chuyển dung dịch có KLR tương đối 1,06 từ bể chứa đặt mặt đất với suất 2,5 lit/s Chiều cao cần bơm 3,8 m Nước dùng cho bơm tuye có áp suất dư 1,9 at Hiệu suất bơm 0,15 Tính lượng nước tiêu thụ q trình bơm ĐS: 8,31 m3/h Hướng dẫn: Đã biết:   N coich N N  N tieuton  coich  Q  tieuton ; p 1,9.9,81.10 N m N tieuton  p VẬN CHUYỂN VÀ NÉN KHÍ Bài Dùng quạt để vận chuyển nitơ có KLR 1,2 kg/m từ buồng góp có áp suất dư 60 mmH2O đến buồng chứa có áp suất dư 74 mm Tính áp suất quạt tạo Biết tổn thất áp suất ống hút 19 mm, ống đẩy 35 mm, vận tốc chảy nitơ ống đẩy 11,2 m/s Đáp số: 742,6 N/m2 Hướng dẫn: Áp suất quạt tạo ra: p  p  p1   p h  p đ  w N , m2 Bài Trong ống hút quạt ly tâm cố độ chân không 15,8 mmH 2O Một áp kế đường ống đẩy áp suất dư 20,7 mmH 2O Lưu lượng kế đo suất 3700 m3/h Ống hút ống đẩy có đường kính Quạt có số vòng quay 960 vòng/phút công suất 0,77 kw Xác định áp suất quạt tạo hiệu suất Năng suất quạt thay đổi số vòng quay đạt 1150 vòng/phút cơng suất ? Đáp số: 36,5 mmH2O; 0,48; 4432,3 m3/h 1,324 kw Hướng dẫn: Áp suất quạt tạo ra:  p  p đ  p h   w đ   wh2  p đ  p h 20,7    15,8 36,5 mmH O 36,5 x9,81 N Hiệu suất quạt:   m2 N coich Q p ; N coich  T ; N tieuton 0,77kw N tieuton 10 Khi số vòng quay thay đổi thì: Q1 n1   Q2 ; Q2 n N  n1     N N  n2  Bài Để tạo lượng khơng khí nén áp suất dư 4,5 at với lưu lượng 80 kg/h dùng máy nén pittơng bậc có đường kính xilanh 190 mm, khoảng chạy 200 mm số vòng quay 240 vòng/phút khơng ? Để máy nén làm việc cần tăng số vòng quay lên ? Biết vùng chết chiếm 5%, hệ số mũ lấy 1,25 a = 0,85 Đáp số: Máy nén không làm việc được, 301 vòng/phút Hướng dẫn: Tính suất thực tế máy nén: FSn m QT  , ;  0,850 ; 0 1  s 60  p  m      1  p1     So sánh với suất theo u cầu, máy nén khơng làm việc tăng số vòng quay theo định luật tỷ lệ Bài Dùng máy nén pittơng cấp để nén khí mêtan Máy nén có khoảng hại chiếm 8,5 % thể tích Khí hút vào áp suất khí q trình nén, khí khoảng hại dãn đoạn nhiệt Tính áp suất cuối để máy nén có suất Biết số đoạn nhiệt khí mêtan k = 1,31 Đáp số: 27,26 at Hướng dẫn:  p  m  Tính p2 từ 0 1      1 0  p  p1     PHÂN RIÊNG HỆ KHÍ VÀ LỎNG KHƠNG ĐỒNG NHẤT Bài Tính chiều cao ngăn buồng lắng để dòng khí có mang xỉ với đường kính hạt bụi xỉ μm thổi qua với lưu lượng 0,6m3/s tiêu chuẩn Buồng lắng có chiều dài 4,1m, rộng 2,8m cao 4,2m Nhiệt độ trung bình dòng khí qua buồng lắng 427oC Độ nhớt dòng khí nhiệt độ 0,034.10-3 kg/ms, khối lượng riêng bụi xỉ 4000 kg/m Biết vận tốc lắng lý thuyết hạt bụi xỉ tuân theo phương trình Stốc vận tốc lắng thực tế 50% vận tốc lắng lý thuyết Bỏ qua trở lực dòng qua ngăn Hãy kiểm tra tính hợp lý sử dụng cơng thức tính vận tốc lắng lý thuyết Đáp số: 0,066m Hướng dẫn: Chiều cao ngăn h = wtt x τ (bằng vận tốc lắng thực tế nhân với thời gian lưu dòng) d h2   h    g - Vận tốc lắng lý thuyết tính theo Stoc: w0  18 - Thời gian lưu chiều dài buồng lắng chia cho vận tốc trung bình dòng - Vận tốc trung bình dòng lưu lượng điều kiện làm việc chia cho tiết diện ngang buồng lắng - Sử dụng công thức tính vận tốc lắng lý thuyết hợp lý Reh≤2 d h w0  ( Re h  )  Bài Tính thời gian lọc với áp suất khơng đổi để đạt 10 lít nước lọc tính theo m2 bề mặt lọc Kết thực nghiệm cho biết, theo m bề mặt lọc đạt lít 2,25 phút lít 14,5 phút Đáp số: 140 phút Hướng dẫn: Phương trình lọc với áp suất khơng đổi là: V  2VVtđ k Trong Vtđ k số lọc Giải hệ phương trình sau để tính số lọc 12  2.1.Vtđ k 2,25  2.3.Vtđ k 14,5 Sau thay vào phương trình lọc để tính thời gian lọc theo u cầu  ... cm Hướng dẫn: Ứng dụng phương trình tĩnh lực học: pa  p 30 cm 0,3 m  p ? Với ống kín g p p  gh  h  ? g Với ống hở Bài 12 Trên máy nén thủy lực, người ta tác dụng lên pittông nhỏ lực. .. kp/m2 Hướng dẫn: p ck  p a  p  p  p a  p ck  p a  gh p ? Bài Một áp kế gắn vào ống dẫn 0,18kp/cm Tính chiều cao cột chất lỏng dâng lên ống ống hở đầu nối với ống dẫn, chảy ống dẫn là:... m Hướng dẫn: - Áp suất tuyệt đối thiết bị ngưng tụ: p = pa – pck = 748 – 600 = 148 mmHg - Ứng dụng phương trình tĩnh lực học chất lỏng để tính chiều cao nước: pa = p + gH  H  pa  p ? g Bài