CHƯƠNG 6 DÒNG CHẢY ổn ĐỊNH TRONG ỐNG có áp

THỦY LỰC ĐẠI CƢƠNG CHƢƠNG – DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CÓ ÁP 6.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3 TÍNH TỐN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC • 6.1.1 DỊNG CHẢY CĨ ÁP • 6.1.2 PHÂN LOẠI ĐƢỜNG ỐNG • 6.1.3 CƠNG THỨC TÍNH TỐN THỦY LỰC • • • • 6.2.1 ĐƢỜNG ỐNG DÀI ĐƠN GIẢN 6.2.2 ĐƢỜNG ỐNG DÀI GHÉP NỐI TIẾP 6.2.3 ĐƢỜNG ỐNG DÀI GHÉP SONG SONG 6.2.4 ĐƢỜNG ỐNG DÀI THÁO NƢỚC LIÊN TỤC • 6.3.1 PHÂN LOẠI MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC • 6.3.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CỤT • 6.3.3 TÍNH TỐN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI VÒNG 6.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.1.1 Dịng chảy có áp Dịng chảy có áp dịng chảy mà chu vi mặt cắt ƣớt hoàn toàn thành rắn, áp suất điểm mặt cắt ƣớt khác áp suất khí trời Dịng chảy ống dẫn nƣớc thành phố, nhà máy, ống xiphông, ống hút ống đẩy máy bơm v.v Dòng chảy rối đƣợc nghiên cứu chƣơng chủ yếu khu vực sức cản bình phƣơng Đƣờng ống có 6.1.2 Phân loại đƣờng ống áp Đƣờng ống ngắn thủy lực: Tổn thất hd hc có ý nghĩa tƣơng đƣơng Đƣờng ống dài thủy lực: Tổn thất hd >> hc; bỏ qua hc, sử dụng hd tính tốn thủy lực dịng chảy 6.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.1.3 Cơng thức tính tốn thủy lực Công thức Hazen-William Công thức Chezy-Manning Q h d  L K 1,852 10,67.L.Q hd  D 4,87C1,852 Với Công thức Darcy-Vaysbach K: Gọi hệ số Mô đun lƣu lƣợng K  C R L v2 hd   d 2g 6.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN K  C R d  (mm) (m2) 50 với 61 C R n Hệ số K (l/s) ống ống thường ống bẩn n = 0,011 n = 0,0125 n = 0,013 0.002 9.61 8.46 8.13 75 0.004 28.33 24.93 23.97 100 0.008 61.02 53.69 51.63 125 0.012 110.63 97.35 93.61 150 0.018 179.89 158.31 152.22 175 0.024 271.36 238.79 229.61 200 0.031 387.42 340.93 327.82 225 0.040 530.38 466.74 448.79 250 0.049 702.44 618.15 594.37 TT 6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.1 Đƣờng ống dài đơn giản zA Đƣờng ống dài đơn giản đƣờng ống có H = hd đƣờng kính khơng đổi, khơng có ống nhánh, zD lƣu lƣợng dọc theo đƣờng ống khơng đổi Q Các tốn đường ống dài đơn giản: Bài tốn tìm lưu lượng dịng chảy Q: A zA Ld n D Biết d, L, H, n  Q Q2 hd  L  K H = hd hd QK L zD Q A Ld n D 6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.1 Đƣờng ống dài đơn giản zA Các toán đường ống dài đơn giản: H = hd Bài toán xác định cột nước tác dụng H zD Biết Q, L, n, d  H Q Q H  hd  L K A zA Ld n D Bài tốn xác định đường kính ống d Biết Q, H, L, n  d Q2 hd  L K H = hd  L KQ H Từ quan hệ K = f(d,n) ta xác định đƣợc d zD Q A Ld n D 6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.2 Đƣờng ống dài ghép nối tiếp + Phƣơng trình lƣợng Z A  Z D  hdi zA hd1 zB hd2 zC Trong đó: h di  h d1  h d  h d3 + Phƣơng trình liên tục Q1 A - Phƣơng trình viết cho nút:  Q vµo   Q L1 d QC Q2 B L d2 C hd3 Q3 L3 d - Phƣơng trình liên tục nút B Q1 = Q2 - Phƣơng trình liên tục nút C Q2 = Q3 + QC D zD 6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.3 Đƣờng ống dài ghép song song zA + Phƣơng trình lƣợng viết cho ống: H ZA  ZB  h di Trong đó: Q1 H  h di  h d1  h d  h d3 A + Phƣơng trình liên tục Q Q2 A - Phƣơng trình viết cho nút: Q3  Q vµo   Q L1 d zB hd1 B L d2 hd2 L3 d - Phƣơng trình liên tục nút A QA = Q1 + Q2 + Q3 Q hd3 B 6.2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6.3.4 Đƣờng ống dài tháo nƣớc liên tục Các phương trình tính tốn cho đường ống tháo liên tục: + Phƣơng trình liên tục: Qv QV = Qm + Qth + Phƣơng trình tính tổn thất lƣợng đoạn ống Q tt  Q m  0,55Q th Q tt hd  L K L d Qm q Q th VÍ DỤ Ví dụ Nƣớc chảy từ tháp A độ cao 15 (m) sang điểm B, biết lƣu lƣợng cần B = 15 (l/s) Hệ thống đƣờng ống, kích thƣớc đƣờng ống nhƣ hình vẽ, biết dịng chảy khu sức cản bình phƣơng, loại ống có n = 0,011 Xác định cao trình cột zA nƣớc đo áp lớn B? Q B= 15 l/s L 2= 400m d2 = 150mm Q2 A Q1 C Qv L = 300m d 1= 250mm L 3= 350m d = 200mm Q m Q th = 15 l/s zB Q2 Q4 D L 4= 250m d = 125mm B VÍ DỤ Giải + Phƣơng trình lƣợng zA cho tuyến ống 1-2-4: Q B= 15 l/s ZA – ZB = hd1 + hd2 + hd4 L 2= 400m d2 = 150mm  ZB = ZA – (hd1 + hd2 + Q2 hd4) Q1 C A L = 300m Qv d 1= 250mm Tính tốn tổn thất: + Xét đoạn ống thứ hd 4 Q  L4 K Có: Qth = 15 l/s Q2 Q4 D L 4= 250m d 4= 125mm Q4 = QB = 15 (l/s) d4 = 125 mm, n = 0,011  L 3= 350m d = 200mm Qm zB K4 = 110,8 (l/s) h d = 4,58 (m) B VÍ DỤ + Xét hệ thống gồm đƣờng ống mắc song song với Phƣơng trình tổn thất hd2 = hd3  Q 22 Q 2tt L2  L3 K2 K3 Theo phƣơng trình liên tục D ta có: Qm + Q2 = Q4 = 15 (l/s) Với  Qm = 15 – Q2 Qtt = Qm + 0,55.Qth = 15 – Q2 + 0,5515 = 6,75 – Q2 d2 = 150 mm, n = 0,011  K2 = 180,2 (l/s) d3 = 200 mm, n = 0,011  K3 = 388 (l/s) VÍ DỤ Q 22 (6,75  Q )2  400   350 2 180,2 388  Q2 = 5,14 (l/s)  0,0123Q 22  0,0023(6,75  Q )2  h d2 5,482   400  0,37(m) 180,2 Ta có Qm = 15 – 5,14 = 9,86 (l/s) Theo phƣơng trình liên tục C ta có: Q1 = Q2 + Qv = Q2 + Qth + Qm = 30 (l/s) VÍ DỤ + Xét đoạn ống thứ zA Tổn thất lƣợng Q B= 15 l/s 2 Q h d1  L1 K L 2= 400m d = 150mm Q2 A Với: C L = 300m d 1= 250mm d1 = 250 mm, n = 0,011  L 3= 350m d = 200mm Q m Q1 K1 = 703,5 (l/s) Qv Q th = 15 l/s zB Q2 Q4 D L 4= 250m d = 125mm Tổng tổn thất hệ thống hd = hd1 + hd2 + hd4 302 h d1   300  0,55(m) 703,5 hd = 0,55 + 0,37 + 4,58 = 5,5 (m) Cao trình cột nƣớc đo áp B là: ZB = ZA – hd = 15 – 5,5 = 9,5 (m) B VÍ DỤ Ví dụ Xác định lƣu lƣợng nƣớc chảy khỏi bể chứa A D Nếu lƣu lƣợng cần dùng điểm B C QB = 12 l/s QC = 18 l/s Vẽ đƣờng đo áp, biết loại ống thƣờng có hệ số nhám n = 0,0125, dịng chảy khu sức cản bình phƣơng Hƣớng dịng chảy nhƣ hình vẽ z A = +12,8m z D = +10,5m Q B = 12 l/s L1= 343m d1 = 200mm A Q1 L = 368m B Q C = 18 l/s d = 150mm Q2 C L = 236m d3 = 100mm 0.0 D Q3 VÍ DỤ + Phƣơng trình lƣợng: + Phƣơng trình liên tục nút C ZA – ZD = hd1 + hd2 - Q2 + Q3 = QC = 18 hd3 (***) Q12 Q 22 Q 32 Z A  Z D  L1  L  L K1 K2 K3 + Kết hợp giải hệ phƣơng trình (*), (**) (***) có: 2,3 = 0,003 Q12 + 0,015 Q22 - 0,082 Q32 (*) Q = 13 (l/s) + Phƣơng trình liên tục nút B Q1 = QB + Q2 = 12 + Q2 (**) hd2 = 2,48 (m) Q1 = 25 (l/s) hd1 = 1,84 (m) Q3 = (l/s) hd3 = 2,05 (m) VÍ DỤ z A = +12,8m hd1 zB hd2 hd3 z D = +10,5m zC Q B = 12 l/s L1= 343m d1 = 200mm A Q1 L = 368m B Q2 d = 150mm Q C = 18 l/s C L = 236m d3 = 100mm Q3 0.0 D VÍ DỤ z A = +28,0m Q D =9 l/s L = 320m d4 = ? A L1 = 343m d1 = 200mm B L = 368m d2 = 150mm C L3 = 236m d = 100mm Q th1 = 20 l/s ZD= 0.0 16 m D Q th2 = 12 l/s Ví dụ Nƣớc từ tháp chứa A dẫn đến điểm tiêu thụ qua hệ thống cấp nƣớc (hình vẽ) Ở điểm cuối D lƣu lƣợng cấp QD = l/s, ZD = 16m, loại ống bình thƣờng có hệ số nhám n = 0,0125, dòng chảy khu sức cản bình phƣơng Tính đƣờng kính ống d4 = ? VÍ DỤ z A = +28,0m L d4 = ? A L1 d h d4 h d1Q B Q m1 Q th1 = 20 l/s + Phƣơng trình lƣợng: h d2 L d2 Q D =9 l/s h d3 C L3 d Q m2 Q th2 = 12 l/s ZA – ZD = hd1 + hd2 + hd3 ZD= 0.0 Q3 D 16 m VÍ DỤ + Xét đoạn ống thứ Có: 3 Q h d3  L3 K Q3 = QD = (l/s) d3 = 100 mm, n = 0,0125  hd3 = 6,631 (m) K3 = 53,69 (l/s) + Xét đoạn ống thứ Có: h d2 Q 2tt  L2 K2 d2 = 150 mm,  n = 0,0125 Qm2 = Q3 = QD = l/s Thay số, có: hd2 = 3,573 (m) K2 = 158,31 (l/s) Qtt2 = 15,6 l/s VÍ DỤ + Tổn thất lƣợng đoạn AB là: 28 – 16 = hd1 + 3,573 + 6,631  hd1 = 1,796 (m) + Xét tổn thất đoạn ống 1: Q 2tt1 h d1  L1 K1 Có: d2 = 200 mm,  K1 = 340,93 (l/s) n = 0,0125 Qtt1 = Qm1 + 0,55 Qth1 = Qm1 + 11 (l/s) Thay số, có: Qm1 = 13,67 l/s VÍ DỤ + Phƣơng trình liên tục nút B:  Q4 + Qm1 = QVB = Qm2 + Qth2 = 21 (l/s) Q4 = 7,33 (l/s) + Do ống số ống số song song với nhau, nên: hd1 = hd4 + Xét tổn thất đoạn ống 4: hd Q 24  L4 K4  K  Q4 L4 hd = 97,84 (l/s) + Nhƣ vậy, khơng tra đƣợc d4 theo kích thƣớc qui định sản xuất VÍ DỤ + Tách ống thành ống nối L4 K tiếp, theo điều kiện L4 = L41 + L42 K 41 hd4 = hd41 + hd42 h d41 L 41 h d4 Q4 K 42 h d42 L 42 + Chọn đƣờng kính ống, tƣơng ứng giá trị K theo Phƣơng pháp sau: K41 = 158,31 (l/s) d41 = 150 (mm) > K4 = 97,84 (l/s) > K42 = 53,69 (l/s) d42 = 100 (mm) VÍ DỤ + Xét tổn thất đoạn ống 4: hd Q 24 Q 24  L 41  L 42 K 41 K 42 Thay số, có: L41 = 252 (m) L4 K K 41 h d41 L 41 h d4 Q4 K 42 h d42 L 42 L42 = 68 (m) Như vậy: Đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế đoạn ống số chia thành ống mắc nối tiếp, có: d41 = 150 (mm) L41 = 252 (m) d42 = 100 (mm) L42 = 68 (m) ...CHƢƠNG – DỊNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CĨ ÁP 6. 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6. 2 TÍNH TỐN THỦY LỰC ỐNG DÀI 6. 3 TÍNH TỐN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC • 6. 1.1 DỊNG CHẢY CĨ ÁP • 6. 1.2 PHÂN LOẠI ĐƢỜNG ỐNG • 6. 1.3 CƠNG... CỤT • 6. 3.3 TÍNH TỐN THỦY LỰC MẠNG LƢỚI VỊNG 6. 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6. 1.1 Dịng chảy có áp Dịng chảy có áp dịng chảy mà chu vi mặt cắt ƣớt hoàn toàn thành rắn, áp suất điểm mặt cắt ƣớt khác áp suất... suất khí trời Dòng chảy ống dẫn nƣớc thành phố, nhà máy, ống xiphông, ống hút ống đẩy máy bơm v.v Dòng chảy rối đƣợc nghiên cứu chƣơng chủ yếu khu vực sức cản bình phƣơng Đƣờng ống có 6. 1.2 Phân