Bài giảng Dòng chảy ổn định trong ống có áp

Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 121 CHѬѪNG VII DÒNG CHҦY ӘN ĈӎNH TRONG ӔNG CÓ ÁP Flow in conduits ***  7-1 KHÁI NIӊM CѪ BҦN Vӄ ĈѬӠNG ӔNG & NHӲNG CÔNG THӬC TÍNH TOÁN CѪ BҦN I. Khái niӋm II. Cѫ sӣ ÿӇ tính toán thӫy lӵc ÿѭӡng ӕng 1. Công thӭc tính toán ÿӕi vӟi ӕng dài 2. Công thӭc tính toán ÿӕi vӟi ӕng ngҳn ßð7.2 TÍNH TOÁN THUӸ LӴC Vӄ ӔNG DÀI I. Tính toán thӫy lӵc ӕng dài ÿѫn giҧn ßð7.3. TÍNH TOÁN THӪY LӴC ĈѬӠNG ӔNG NGҲN I. Tính toán thӫy lӵc vӅ ÿѭӡng ӕng hút II.Tính toán thӫy lӵc vӅ ÿѭӡng ӕng ÿҭy Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 122 CHѬѪNG VII DÒNG CHҦY ӘN ĈӎNH TRONG ӔNG CÓ ÁP Flow in conduits 7-1 KHÁI NIӊM CѪ BҦN Vӄ ĈѬӠNG ӔNG & NHӲNG CÔNG THӬC TÍNH TOÁN CѪ BҦN. I. Khái niӋm - Ông dài là ÿѭӡng ӕng trong ÿó tәn thҩt cӝt nѭӟc cӝt nѭӟc dӑc ÿѭӡng là chӫ yӃu, tәn thҩt cөc bӝ khá nhӓ, nhӓ hѫn 5% tәn thҩt dӑc ÿѭӡng, trong tính toán có thӇ bӓ qua tәn thҩt cөc bӝ. - Ông ngҳn là ÿѭӡng ӕng trong ÿó tәn thҩt cөc bӝ có tác dөng quan trӑng nhѭ tәn thҩt dӑc ÿѭӡng, lӟn hѫn 5% tәn thҩt dӑc ÿѭӡng. II. Cѫ sӣ ÿӇ tính toán thӫy lӵc ÿѭӡng ӕng - Phѭѫng trình liên tөc, - Phѭѫng trình Becnoulli, - Phѭѫng trình ÿӝng lѭӧng, - Các công thӭc tính tәn thҩt cӝt nѭӟc. 1. Công thӭc tính toán ÿӕi vӟi ӕng dài Ĉӕi vӟi ӕng dài, tәn thҩt cӝt nѭӟc coi nhѭ toàn bӝ là tәn thҩt dӑc ÿѭӡng: hW = hd = J. L (7-1) Trong ÿó: J là ÿӝ dӕc thӫy lӵc. L là chiӅu dài ÿoҥn dòng chҧy. Theo công thӭc Chezy: Do ÿó lѭu lѭӧng trong dòng chҧy ÿӅu trong ӕng có áp ÿѭӧc tính: (7-2) NӃu ÿһt: (7-3) Công thӭc (7-2) viӃt lҥi: (7-4) Ĉҥi lѭӧng K gӑi là ÿһc tính lѭu lѭӧng hoһc modun lѭu lѭӧng, biӇu thӏ lѭu lѭӧng cӫa ӕng cho trѭӟc khi ÿӝ dӕc thӫy lӵc bҵng ÿѫn vӏ. Ngѭӡi ta lұp sҹn nhӳng bҧng tính K khi biӃt d và n, xem phө lөc sách thuӹ lӵc. Tӯ công thӭc (7-4), ta có thӇ viӃt: Thay trӏ sӕ ÿó vào công thӭc (7-1), ta có: Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 123 (7-5) Công thӭc (7-5) là công thӭc cѫ bҧn dùng tính tәn thҩt cӝt nѭӟc trong ӕng dài. Nhӳng bҧng cho sҹn trӏ sӕ K thѭӡng tính qua trӏ sӕ C ӭng vӟi khu sӭc cҧn bình phѭѫng. Vӟi khu trѭӟc sӭc cҧn bình phѭѫng, modun lѭu lѭӧng K nhӓ hѫn nên ngѭӡi ta ÿѭa vào hӋ sӕ ÿiӅu chӍnh T1 (T1 <1): K = T1Kbp (7-6) Trong ÿó Kbp là môÿun lѭu lѭӧng ӭng vӟi khu sӭc cҧn bình phѭѫng. Tӯ (7-6), ta suy ra: Do ÿó tӯ công thӭc (7-5) ta viӃt ÿѭӧc: L K QL K QL K Qh bpbp d 2 2 22 2 1 22 2 1 T T (7-7) Nhѭ vұy: 1 22 1 T T Hoһc có thӇ tính hӋ sӕ ÿiӅu chӍnh T1 và T2 theo công thӭc gҫn ÿúng cӫa N.Z.Phѫrenken ÿӅ ra (1951): (7-8) Trong ÿó M là hҵng sӕ ÿӕi vӟi mӛi loҥi ӕng và mӛi hӋ sӕ nhӟt. Theo thí nghiӋm cӫa F. A. Sêvêlép, trӏ sӕ M có thӇ xác ÿӏnh gҫn ÿúng nhѭ sau (vӟi v ÿѫn vӏ là mm/s) M = 40 ÿӕi vӟi ӕng thép; M = 95 ÿӕi vӟi ӕng gang; M = 30 ÿӕi vӟi ӕng thѭӡng. Nhӳng trӏ sӕ T1 và T2 có thӇ lұp bҧng tra ӭng vӟi tӯng gía trӏ vұn tӕc v. Khi tính toán sѫ bӝ ngѭӡi ta coi dòng chҧy ӣ khu sӭc cҧn bình phѭѫng, tӭc dùng: T1 = T2 = 1 2. Công thӭc tính toán ÿӕi vӟi ӕng ngҳn. Ĉӕi vӟi ӕng ngҳn, tәn thҩt cӝt nѭӟc bao gӗm cҧ tәn thҩt cөc bӝ và dӑc ÿѭӡng. cd hhh  Z Vӟi , Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 124 7.2 TÍNH TOÁN THUӸ LӴC Vӄ ӔNG DÀI I. Tính toán thӫy lӵc ӕng dài ÿѫn giҧn. - Ĉѭӡng ӕng ÿѫn giҧn là ÿѭӡng ӕng có: + Ĉѭӡng kính không ÿәi + Không có ӕng nhánh - Ta cҫn tìm mӕi quan hӋ giӳa Q vӟi K, H, L, n ViӃt phѭѫng trình Becnoulli cho mһt cҳt 1-1 và 2-2: d 2 22a 2 2 11a 1 hg.2 v.pz g.2 v.pz D J  D J  Bӓ qua cӝt nѭӟc lѭu tӕc. dhH o L.K QH 2 2 - Có hai công thӭc cѫ bҧn: Hay: L K QH JKQ . . 2 2 ™ Các bài toán thӫy lӵc Bài toán 1: Xác ÿӏnh lѭu lѭӧng Q chҧy qua ӕng khi ÿã biӃt H, d, n,L. - Tӯ d, n tra bҧng K= f (n,d) ta có ÿѭӧc trӏ sӕ môÿun lѭu lѭӧng K - Mһt khác ta lҥi có: l H l h J w - Cuӕi cùng tìm Q theo công thӭc: JKJ.RCQ Z 9 Ví dө: Xác ÿӏnh lѭu lѭӧng nѭӟc chҧy tӯ bӇ chӭa A qua bӇ chӭa B. BiӃt chênh lӋch mӭc nѭӟc ӣ hai bӇ chӭa A và B là 5 m, ӕng dүn có chiӅu dài l=1000m, ÿѭӡng kính d=200mm. Ӕng gang trong ÿiӅu kiӋn bình thѭӡng. Giҧi: - Ĉӝ dӕc thӫy lӵc: 0050 1000 5 , l HJ - Theo bҧng tra: vӟi d=200 mm, ӕng gang trong ÿiӅu kiӋn bình thѭӡng ta có ÿѭӧc: K=340,8 (l/s) - Giҧ thiӃt dòng chҧy trong ӕng ӣ khu vӵc sӭc cҧn bình phѭѫng, khi ÿó:  sl,,,JKQ 12400508340 l, d, O 5m A B 1 1 2 2 l, d, O H A B 1 1 2 2 Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 125 - Lѭu tӕc trung bình trong ӕng khí ÿó sӁ là:  sm, ,, ,Qv 80 4 20143 10124 2 3 |u Z  -Ӭng vӟi v=0,8 (m/s) tra bҧng ta có ÿѭӧc T1= 0,97. Do ÿó lѭu lѭӧng sӁ là:  sl4,23005,08,34097,0JKQ 1 uu T Bài toán 2: Xác ÿӏnh chênh lӋch cӝt nѭӟc H giӳa hai bӇ khi biӃt Q, d, n, L. - Tӯ d, n tra bҧng K= f(n,d) ta có ÿѭӧc trӏ sӕ môÿun lѭu lѭӧng K - Mһt khác ta lҥi có: L H L hJ w - Ap dөng công thӭc: L HKJ.RCQ Z L K QH 2 2 Ÿ Bài toán 3: Xác ÿӏnh ÿѭӡng kính ӕng d khi ÿã biӃt H, Q, n, L. - Tӯ công thӭc JKJ.RCQ Z ta có ÿѭӧc: LH QK - Vӟi 21 KKK  , n tra bҧng ta ÿѭӧc hai giá trӏ ÿѭӡng kính d1 ӭng vӟi K1 và d2 ӭng vӟi K2. - Ӣ ÿây ta chӑn ÿѭӡng kính ӕng d2 (ӭng vӟi K2 > K) ÿӇ ÿҧm bҧo khҧ năng cҩp nѭӟc. - Tính lҥi lѭu lѭӧng nѭӟc chҧy qua ӕng: JKQ 2 vӟi l HJ 9 Ví dө: Xác ÿӏnh ÿѭӡng kính d cӫa mӝt ӕng sҥch dүn lѭu lѭӧng Q =200l/s dѭӟi cӝt nѭӟc tác dөng H=10 m. ChiӅu dài ӕng l=500m. BiӃt dòng chҧy ÿӅu ӣ khu vӵc sӭc cҧn bình phѭѫng. Giҧi: - Ĉӝ dӕc thӫy lӵc: 020 500 10 , l HJ - Mô ÿun lѭu lѭӧng:  sl ,J QK 1428 020 200 - Tra bҧng  n,dfK ta có: + Vӟi d=300mm K=1144,10 (l/s) + Vӟi d=350mm K=1726,10 (l/s) - ĈӇ ÿҧm bҧo dүn ÿѭӧc lѭu lѭӧng nѭӟc ta chӑn ÿѭӡng kính ӕng lӟn hѫn dchӑn=350mm. - Khi ÿó lѭu lѭӧng qua ӕng sӁ là:    sl200sl24102,01,1726JKQ ! - NӃu muӕn giӳ nguyên lѭu lѭӧng Q =200l/s, thì giҧm cӝt nѭӟc H xuӕng còn: Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 126 m, , l K QH 96500 11726 200 2 2 2 2 Chú ý: - Chênh lӋch cӝt nѭӟc H giӳa hai bӇ chính bҵng tәn thҩt cӝt nѭӟc trong ÿѭӡng ӕng. 1. Trѭӡng hӧp ÿѭӡng ӕng mҳc nӕi tiӃp vӟi các ÿѭӡng kính khác nhau. Q: không ÿәi vӟi mӑi ӕng. d1 z d2 z ... dn hd1 z hd2 z ... hdn n1 z n2 z ... nn Ta có: ¦ didw hHhh 2 i2 di i K l.Qh ¦ | n i i d i K l.QhH 1 2 2 9 Ví dө: Bài toán ӕng dài. Ӕng l (m) d (m) n 1 1200 0,5 0,013 2 800 0,4 0,012 H=16 m; Hӓi Q? Giҧi: - Môÿun lѭu lѭӧng K cӫa tӯng ÿoҥn ӕng: 321 R. n RC.K Z Z  sm,,,. , K 3 322 1 77634 50 4 50 0130 1 ¸ ¹ ·¨ © §u¸¸¹ · ¨¨© § Su  sm,,,. , K 3 322 2 25524 40 4 40 0120 1 ¸ ¹ ·¨ © §u¸¸¹ · ¨¨© § Su Tәng tәn thҩt cӝt nѭӟc: ¦ id hHh ¸¸¹ · ¨¨© §  2 2 2 2 1 12 K l K lQhH d sm, ,,K l K l HQ 3 222 2 2 2 1 1 2570 2552 800 7763 1200 16   o 2. Trѭӡng hӧp các ÿѭӡng ӕng mҳc song song. H = H1 = H2 = ...Hn. Q1 z Q2 z ... Qn l1 z l2 z ... ln H l1, d1, n1 l2, d2, n2 l3, d3, n3A B H l1, d1, n1 l2, d2, n2 Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 127 d1 z d2 z ... dn n1 z n2 z ... nn Ta có: ° ° ° ° ¯ ° ° ° ° ® ­ 2 2 2 2 22 2 2 1 12 1 n n n K lQH .................... K lQH K lQH Q1 + Q2 + ... +Qn = Q. 3. Trѭӡng hӧp ӕng tháo nѭӟc liên tөc (ӭng dөng trong ÿѭӡng ӕng nhà vӋ sinh công cӝng) Trѭӡng hӧp lѭu lѭӧng theo ÿѭӡng ӕng tháo dҫn ra mӝt cách liên tөc. Loҥi ÿѭӡng ӕng ҩy gӑi là ÿѭӡng ӕng tháo nѭӟc liên tөc. Giҧ thiӃt có mӝt ӕng dài AB có khoét nhiӅu lӛ nhӓ, ӕng ÿó gҳn vào mӝt bӇ chӭa nѭӟc, ta gӑi: Qv : Lѭu lѭӧng tҥi ÿiӇm A là ÿiӇm vào cӫa ӕng, Qth : Tәng sӕ lѭu lѭӧng tháo ra dӑc ÿѭӡng AB, gӑi là “Lѭu lѭӧng tháo ra”, Qm : Lѭu lѭӧng tҥi ÿiӇm B là ÿiӇm cuӕi cӫa ÿѭӡng AB, gӑi là “Lѭu lѭӧng mang ÿi”, L : Là ÿӝ dài ӕng AB, C̯n tìm m͙i quan h͏ giͷa Qth, Qm, vͣi H, K, L ? Lѭu lѭӧng QM tҥi ÿiӇm M cách A mӝt ÿoҥn x, bҵng lѭu lѭӧng tҥi ÿiӇm A trӯ ÿi lѭu lѭӧng tháo ÿi trên ÿoҥn x: x. L QQQ thVM  Vì: QV = Qth + Qm Nên: x. L QQQQ thmthM  Tҥi bҩt kǤ mӝt mһt cҳt nào trên ӕng, ÿӝ dӕc thӫy lӵc bҵng: d1, l1, n1 d2, l2, n2 d3, l3, n3 Q2 Q1 Q3 Q A B Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 128 Vұy tҥi mһt cҳt ӣ M, trên mӝt ÿoҥn dx: Vұy tәn thҩt dӑc ÿѭӡng cҧ ÿoҥn ӕng AB là: ³ ¸ ¹ ·¨ © §  l 0 2 2 M th mth d dxK x. L QQQ Hh Vì trӏ sӕ K chӍ phө thuӝc ÿѭӡng kính và vұt liӋu làm ӕng nên KM là mӝt hҵng sӕ trên cҧ ÿoҥn AB. Ta thay KM bҵng chӳ K    ³ » ¼ º « ¬ ª    l 0 2 2 2 ththmth2 mth2 dxxL Qx L Q.QQ2QQ K 1H l 0 3 2 2 th2thmth2 mth2 xL Q 3 1x L Q.QQx.QQ K 1H » ¼ º « ¬ ª    L.Q 3 1Q.QQ. K 1H 2thmth 2 m2 ¸¹ ·¨ © §  Trong ÿó: Do ÿo NӃu gӑi: Qtính = Qm + 0.55 Qth thì: L. K QH tênh2 2 ¾ Nhұn xét: - NӃu Qm = 0 thì : L.K QH.L. K QH thth 2 2 2 2 3 3 1 o (Thѭӡng hӧp vӯa tháo vӯa chҧy) - Trѭӡng hӧp tháo ӣ cuӕi ÿѭӡng ӕng là: l. K Q H 2 2 - Vұy khi muӕn có cùng mӝt lѭu lѭӧng mang ÿi, ӣ ӕng tháo nѭӟc liên tөc cҫn ÿòi hӓi mӝt cӝt nѭӟc gҩp ba lҫn ӣ ӕng ÿѫn giҧn. 4.Tính toán thӫy lӵc mҥng ӕng Khi nhu cҫu dùng nѭӟc có nhiӅu vӏ trí, phҧi ÿһt ÿѭӡng ӕng thành mҥng ӕng phӭc tҥp. Có hai loҥi mҥng thѭӡng dùng: Mҥng ÿѭӡng ӕng hӣ và mҥng ÿѭӡng ӕng ÿóng kín. D ) Mҥng ÿѭӡng ӕng hӣ (Mҥng ÿѭӡng ӕng chia nhánh) Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 129 Mҥng ÿѭӡng ӕng chia nhánh gӗm ÿѭӡng ӕng chính và nhӳng ÿѭӡng ӕng nhánh, thí dө ta có ÿѭӡng ABCD là ӕng chính, nhӳng ÿѭӡng BE, CF là ӕng nhánh. Ta có hai bài toán thѭӡng gһp ÿӕi vӟi ӕng nhánh. ™BÀI TOÁN1: Bài toán thiӃt kӃ. Ta có sѫ ÿӗ mһt bҵng cӫa mҥng lѭӟi ÿѭӡng ӕng, biӃt ÿӝ dài cӫa nhӳng ÿoҥn ӕng Li, lѭu lѭӧng cҫn thiӃt ӣ các ÿiӇm tiêu thө nѭӟc qi (ÿiӇm D, E, F), cao trình cӝt nѭӟc ÿo áp tҥi nhӳng ÿiӇm ҩy’ I. Ta phҧi tìm ra ÿѭӡng kính các ӕng, cao trình cӫa mӵc nѭӟc trong tháp nѭӟc. Ĉó là bài toán hay gһp khi thiӃt kӃ các công trình cҩp nѭӟc. Trình tӵ giҧi bài toán trên nhѭ sau: - Ta xác ÿӏnh lѭu lѭӧng trong tӯng ÿoҥn cӫa ÿѭӡng ӕng chính, xuҩt phát tӯ các lѭu lѭӧng qi: QCD = qD ; QBC = qF + QCD= qF + qD ; QAB = qE + QBC = qE + qF + qD ViӋc xác ÿӏnh ÿѭӡng kính ӕng thѭӡng xuҩt phát tӯ lѭu tӕc kinh tӃ vc, tӭc lѭu tӕc chӑn sao cho viӋc xây dӵng công trình là nhӓ nhҩt. Ta có thӇ tham khҧo sӕ liӋu vӅ lѭu tӕc kinh tӃ và lѭu lѭӧng kinh tӃ tѭѫng ӭng vӟi mӝt ÿѭӡng kính ӕng cho trѭӟc. D(mm) 50 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 V(m/s) 0.75 0.75 0.76 0.82 0.85 0.95 1.02 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.30 1.25 Q(l/s) 1.5 3.3 6 10 15 30 50 106 145 190 245 365 520 705 ViӋc chӑn ÿѭӡng kính ӕng trӣ nên ÿѫn giҧn khi ÿã ÿӏnh lѭu tӕc kinh tӃ. Ta cNJng có thӇ trӵc tiӃp chӑn ÿѭӡng kính kinh tӃ theo công thӭc V. G. Lôbasep ÿã nói. - BiӃt Qi, di, Li ta tính ra tәn thҩt cӝt nѭӟc hdi cӫa tӯng ÿoҥn ӕng chính: - Cao trình mӵc nѭӟc tháp nѭӟc tính theo công thӭc: ’’A = ’’D + 6hdi Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 130 Trong ÿó: ’ ’D là cao trình cӝt nѭӟc ÿo áp tҥi ÿҫu mút D cӫa ÿѭӡng ӕng chính. 6hdi là tәng sӕ tәn thҩt cӝt nѭӟc dӑc ÿѭӡng trên ÿѭӡng ӕng chính. Ta xác ÿӏnh chiӅu cao tháp nѭӟc: HA = ’’A - ’A Trong ÿó: ’ A là cao trình ÿӏa hình cӫa ÿiӇm A. - Khi biӃt trӏ sӕ hdi ta vӁ ÿѭӡng ÿo áp cӫa ӕng chính xuҩt phát tӯ cao trình ’ ’D cӫa cӝt nѭӟc ÿo áp tҥi ÿiӇm cuӕi cӫa ÿѭӡng ӕng chính. - Sau khi tính xong ÿѭӡng ӕng chính, ta tính ÿѭӡng ӕng phө. + Dӵa vào ÿѭӡng cӝt nѭӟc ÿo áp, ta biӃt cӝt nѭӟc tҥi các ÿiӇm nút phân nhánh. Nhѭ tҥi ÿiӇm B có ӕng nhánh BE và tҥi C có ӕng nhánh CF, nên: hBE = ’’B - ’’E hCF = ’’C - ’’F +Xác ÿӏnh ÿѭӡng kính ӕng nhánh: Khi có h, L, q ta tính J rӗi tính K tra bҧng tìm d. ™ BÀI TOÁN 2: Ĉã biӃt cao trình mӵc nѭӟc trong tháp nѭӟc, thѭӡng ta ÿã biӃt sѫ ÿӗ mһt bҵng cӫa mҥng lѭӟi, trên ÿó ta biӃt ÿӝ dài Li cӫa ÿoҥn ӕng, lѭu lѭӧng Qi trong tӯng ÿoҥn ӕng, cao trình mӵc nѭӟc trong tháp nѭӟc và cao trình cӝt nѭӟc ÿo áp tҥi nhӳng ÿiӇm tiêu thө lѭu lѭӧng. Ta tìm ÿѭӡng kính các ӕng. Trình tӵ giҧi bài toán nhѭ sau: - Xác ÿӏnh ÿѭӡng kính ӕng chính: - Xác ÿӏnh ÿӝ dài L cӫa ӕng chính bҵng tәng ÿӝ dài các ÿoҥn ӕng: L = 6 LI Xác ÿӏnh ÿӝ chênh cӝt nѭӟc trên ÿѭӡng ӕng chính bҵng hiӋu sӕ nhӳng cao trình mӵc nѭӟc ӣ tháp và ӣ cuӕi ÿѭӡng ӕng chính: H = ’’A - ’’ Vұy ÿӝ dӕc thӫy lӵc trung bình cӫa ÿѭӡng ӕng chính bҵng: Xem trӏ sӕ Jtb là nhѭ nhau trên các ÿoҥn ӕng, ta tìm ra môÿun lѭu lѭӧng cӫa tӯng ÿoҥn ӕng: BiӃt K ta tra bҧng tìm ÿѭӧc ÿѭӡng kính d cӫa tӯng ÿoҥn ӕng. ViӋc tính toán ÿѭӡng ӕng nhánh cNJng làm tѭѫng tӵ nhѭ trên. E ) Nguyên tҳc tính toán hӋ thӕng ӕng ghép nӕi theo mҥng vòng kín tùy ý (nguyên tҳc Hardy Cross) Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 131 Khi có bҧn ÿӗ dùng nѭӟc, ngѭӡi thiӃt kӃ phҧi ÿӏnh ra mҥng ӕng; quy ÿӏnh các sӕ vòng kín trong mҥng, ÿánh sӕ các ÿiӇm nút, quy ÿӏnh chiӅu chҧy các ÿoҥn ӕng. Vӏ trí cҩp nѭӟc A ÿӃn các ÿiӇm dùng BCEFG, ta nӕi lҥi thành mҥng khép kín (các ÿiӇm sӱ dөng nѭӟc có liên hӋ vӟi nhau). Ѭu ÿiӇm: Các ÿiӇm sӱ dөng nѭӟc không bӏ gián ÿoҥn nhѭng kinh phí xây dӵng và quҧn lý lӟn. VӅ mһt thӫy lӵc vүn tính tuân theo công thӭc chung: JKQ l K QhH d 2 2 Vì sӕ ҭn nhiӅu hѫn sӕ phѭѫng trình nên bài toán phҧi thӱ dҫn theo tiêu chuҭn sau: ¾ 0Qq iij ¦ (Tәng lѭu lѭӧng vào nút và ra khӓi nút bҵng 0) Trong ÿó: ijq : Lѭu lѭӧng ÿoҥn ӕng chҧy vào nút (qui ѭӟt mang dҩu +) iQ : Lѭu lѭӧng chҧy ra khӓi nút (qui ѭӟt mang dҩu -) ¾ 0h ji ¦ :Tәng tәn thҩt dӑc ÿѭӡng trong các ÿoҥn ӕng trong mӝt vòng kín phҧi bҵng 0. Phѭѫng pháp chung: Thӓa mãn ÿiӅu kiӋn 1:Tӵ phân phӕi lѭu lѭӧng sao cho 0Qq iij ¦ , sau ÿó tính và kiӇm tra 0h ji ¦ (Tính lһp gҫn ÿúng) Ĉӕi vӟi hӋ thӕng ÿѭӡng ӕng phӭc tҥp, thì sӵ phӭc tҥp trong tính toán gia tăng rҩt nhiӅu. Do ÿó ÿӇ sӵ tính toán dӉ dàng và nhanh chóng, kӻ thuұt tính lһp ÿѭӧc phát triӇn bӣi Hardy Cross, thuұt toán dӉ dàng thӵc hiӋn trên máy tính. Thu̵t toán nh˱ sau: Gӑi q: Lѭu lѭӧng thӵc cӫa ÿoҥn ӕng q’: Lѭu lѭӧng giҧ thiӃt phân phӕi lúc ÿҫu. q=q’+ q' q' : Lѭu lѭӧng ÿiӅu chӍnh Công thӭc tính tәn thҩt: 22 2 d q.kl.K Qh Trong ÿó: 2K lk : Môÿun cҧn cӫa ÿoҥn ӕng )qq'.q.2'q.(k)q'q.(k'h 222d '' ' )q'.q.2'q.(k'h 2d ' (Vi phân bұc cao 2q' nhӓ nên bӓ qua) 'h d6 trong mӝt vòng kín bҵng 0 tӭc 0k.q'.q.2'q.k 2 '66 A D K G C I B H F E1 2 3 Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 132 'q.k2 'kqq 2 6 6 'Ÿ . Tính lһp lҥi ÿӃn khi > @H'q . Sau ÿây là trình tӵ các bѭӟc tính toán trong kӻ thuұt Hardy-Cross áp dөng cho mҥng ÿѭӡng ӕng có nhiӅu vòng khép kín. (1) Xác ÿӏnh mҥng ӕng (2) Phân phӕi lѭu lѭӧng theo ÿiӅu kiӋn 0q i 6 (3) Ĉӕi vӟi mӛi ӕng tính tәn thҩt cӝt nѭӟc hd = k.q2. (4) KiӇm tra dh6 mӝt vòng kín. (5) Ĉӕi vӟi mӛi ӕng tính giá trӏ : 2.k.q (6) Tính tәng các giá trӏ 2.k.q cӫa mӛi vòng kín cho rҵng tҩt cҧ ÿӅu dѭѫng : )q.k.2( u i ii¦ (7)Ĉӕi vӟi mӛi vòng kín, tính giá trӏ cӫa 'q tӯ công thӭc sau: ii 2 q.k2 kqq 6 6 ' (8)Ĉӕi vӟi mӛi ӕng, tính giá trӏ q = q’ + 'q (9)Lһp lҥi bѭӟc (2) ÿӃn (7) cho ÿӃn khi 'q ÿӫ be 'q<1% . (HiӋn nay ÿã có phҫn mӅm EPANET miӉn phí, có thӇ dùng tính toán mҥng ÿѭӡng ӕng phӭc tҥp tuǤ ý) Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 133 7.3. TÍNH TOÁN THӪY LӴC ĈѬӠNG ӔNG NGҲN Trong tính toán thӫy lӵc vӅ ӕng ngҳn ta cҫn phҧi kӇ tҩt cҧ các loҥi tәn thҩt.Ví dө vӅ tính toán thӫy lӵc ÿѭӡng ӕng cӫa máy bѫm ly tâm. Trong tính toán vӅ ÿѭӡng ӕng máy bѫm ly tâm thѭӡng có hai bӝ phұn: Tính toán vӅ ÿѭӡng ӕng tӯ bӇ chӭa nѭӟc ÿӃn máy bѫm gӑi là ÿѭӡng ӕng hút; và tính vӅ ÿѭӡng ӕng tӯ máy bѫm lên ÿӃn tháp nѭӟc gӑi là ÿѭӡng ӕng ÿҭy. I. Tính toán thӫy lӵc vӅ ÿѭӡng ӕng hút. Áp suҩt nѭӟc trong ӕng hút tҥi máy bѫm nhӓ hѫn áp suҩt không khí, tҥi nѫi nӕi ӕng hút vào máy bѫm áp suҩt ÿҥt giá trӏ chân không lӟn nhҩt. Vì lý do ÿó nên trѭӟc khi chҥy máy bѫm ly tâm phҧi mӗi, nghƭa là cҫn làm ÿҫy nѭӟc ӣ ÿѭӡng ӕng hút và buӗng cánh quҥt máy bѫm, thì bѫm mӟi hút ÿѭӧc nѭӟc lên. Trӏ sӕ áp suҩt tuyӋt ÿӕi nhӓ nhҩt khi máy bѫm chҥy phҧi lӟn hѫn áp suҩt bӕc hѫi cӫa nѭӟc thì mӟi tránh khӓi hiӋn tѭӧng hóa khí và gây ra sӵ xâm thӵc cánh máy bѫm, làm máy bѫm thұm chí không hút ÿѭӧc nѭӟc. Vì thӃ nên vұn tӕc trung bình trong ӕng hút và trӏ sӕ chân không cho phép là nhӳng sӕ liӋu làm căn cӭ cho tính toán. Lѭu tӕc trung bình trong ӕng hút nên ӣ trong khoҧng 0.8 ÷ 1.25m/s, trӏ sӕ chân không cho phép ÿѭӧc ҩn ÿӏnh cho tӯng loҥi máy bѫm, thông thѭӡng nên lҩy hck < 4 ÷ 6.5m. Trӏ sӕ chân không cho phép không nhӳng phө thuӝc loҥi máy bѫm mà còn phө thuӝc vào nhiӋt ÿӝ và loҥi chҩt lӓng. Vӟi nhiӋt ÿӝ càng tăng, trӏ sӕ chân không cho phép càng giҧm. ViӃt phѭѫng trình Becnoulli cho hai mһt cҳt (1-1) và (2-2): (7-9) Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 134 Trong ÿó: (7-10) Gӑi ÿӝ cao chân không là: . (7-11) Do ÿó phѭѫng trình (7-9) viӃt lҥi thành: (7-12) Hay (7-13) Phѭѫng trình (7-12) là phѭѫng trình cѫ bҧn ÿӇ tính ӕng hút. Tӯ phѭѫng trình ÿó ta thҩy rõ là ÿӝ cao ÿһt máy bѫm z2 bӏ hҥn chӃ bӣi cӝt áp chân không cho phép. NӃu gӑi (hCK)CP là trӏ sӕ chân không cho phép ÿӕi vӟi mӝt loҥi bѫm nhҩt ÿӏnh và loҥi chҩt lӓng nhҩt ÿӏnh, ta có thӇ tӯ công thӭc (7-13) nêu lên rҵng ÿӝ cao lӟn nhҩt ÿһt bѫm so vӟi mһt nѭӟc trong bӇ bҵng: (7-14) II.Tính toán thӫy lӵc vӅ ÿѭӡng ӕng ÿҭy. Nѭӟc ÿѭӧc hút lên và ÿi qua máy bѫm, năng lѭӧng ÿѭӧc tăng thêm. Gӑi Hb là năng lѭӧng tăng thêm cho mӝt ÿѫn vӏ trӑng lѭӧng chҩt lӓng, năng lѭӧng ÿó do máy bѫm cҩp cho; ta có thӇ viӃt ra sӵ cân bҵng năng lѭӧng ӣ hai mһt cҳt 2-2 và 3-3 ngay trѭӟc và sau máy bѫm nhѭ sau: (7-15) Thông thѭӡng: z2 = z3 ; D 2 = D 3 ; v2 = v3 (ÿѭӡng kính ӕng hút & ӕng ÿҭy bҵng nhau), nên ta có: (7-16) Ta lҥi lҩy hai mһt cҳt 3-3 và 4-4, rӗi viӃt phѭѫng trình Becnoulli: ,4 4 2 33 3 2 w hpz g vpz   JJ (7.17) Trong ÿó hW là tәn thҩt cӝt nѭӟc tӯ máy bѫm lên tháp nѭӟc. Khi tính toán cho ÿѭӡng ӕng ÿҭy ta có thӇ tính theo ӕng dài hoһc ӕng ngҳn, tùy theo trѭӡng hӧp cө thӇ. Ta gӑi: (7-18) KӃt hӧp ba phѭѫng trình (7-9,) (7-15) và (7-17) ta có: Hb = z4 + hW + h’W Hoһc (7-19) Hb = Hÿh + ¦ hW Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 135 a b c f g h G G d e d2 d3 d1d1 III. Công suҩt cҫn cung cҩp cho thiӃt bӏ bѫm: (watt) (7-20) Trong ÿó: Q : Lѭu lѭӧng cӫa máy bѫm tính bҵng m3/s. Hb : Cӝt nѭӟc máy bѫm cung cҩp (m). J : Trӑng lѭӧng riêng cӫa chҩt lӓng tính bҵng N/m3. båmK : HiӋu suҩt cӫa máy bѫm âcåK : HiӋu suҩt cӫa ÿӝng cѫ IV. Tính toán Turbine nѭӟc Ĉӕi vӟi máy bѫm là loҥi thiӃt bӏ tiêu thө năng lѭӧng ÿiӋn, cung cҩp năng lѭӧng cho dòng chҧy. Còn ÿӕi vӟi Turbine ӣ trong các nhà máy thuӹ ÿiӋn, thì ngѭӧc lҥi, Turbine lҩy năng lѭӧng cӫa dòng chҧy, và nhӡ các thiӃt bӏ biӃn ÿәi năng lѭӧng nҫy thành năng lѭӧng ÿiӋn. Công suҩt Turbine: HQN TT ...JK Trong ÿó: TK : hiӋu suҩt cӫa turbine Q: lѭu lѭӧng qua turbine (m3/s) H: cӝt nѭӟc cung cҩp cho turbine (m) Câu hӓi: 1. Nêu khái niӋm và công thӭc chung tính ӕng ngҳn, ӕng dài? 2. Các bài toán cѫ bҧn vӅ ӕng dài? 3. Mөc ÿích cӫa viӋc ÿѭa ra hӋ sӕ T1 (trong công thӭc K = T1Kbp) ÿӇ làm gì ? 4. ĈiӇm cҫn chú ý, trong tính toán ÿѭӡng ӕng nӕi tiӃp và song song là gӍ ? Bài tұp 1. Cho hӋ thӕng ÿѭӡng ӕng mҳc song song nhѭ hình 6.16. Ĉѭӡng ӕng chính abcfgh có d=const, vӁ biӇu ÿӗ ÿӝ giҧm tәng cӝt áp trong ӕng abcdefgh. 2. Dӵng biӇu ÿӗ ÿӝ giҧm tәng cӝt áp cӫa chҩt lӓng trong ÿѭӡng ӕng mҳc song song nӃu biӃt d1d2d3. 3. Bѫm A bѫm nѭӟc tӯ sông vào ruӝng theo hѭӟng ӕng ABCD, tҥi ÿoҥn BC mӝt phҫn lѭu lѭӧng nѭӟc Q1=2l/s, ÿѭӧc phân phӕi ÿӅu theo các vòi phun ÿӇ tѭӟi hoa màu, còn lҥi theo CD mà ra ruӝng. Cho biӃt kích thѭӟc ÿѭӡng Khoa Xáy D͹ng Thͯy lͫi - Thͯy ÿi͏n B͡ môn C˯ Sͧ KͿ Thu̵t Thͯy Lͫi Bài gi̫ng thͯy l͹c 1 Trang 136 ӕng: l1=100m, l2=8m, l3=50m, các ÿӝ sâu so vӟi mһt chuҭn (ӣ trөc bѫm): h1=6,5m, h2=4m. Xác ÿӏnh cӝt áp thӫy ÿӝng Hr tҥi cӱa ra cӫa bѫm và ÿѭӡng kính các ÿoҥn ӕng d1, d2, d3, trong ÿiӅu kiӋn bình thѭӡng: n=0,0125 (tәn thҩt cөc bӝ ÿѭӧc tính bҵng 15% tәn thҩt dӑc ÿѭӡng) Ĉáp sӕ : Hr=5,31m d1=0,1m ; d2 =0,075m ; d3=0,075m (tính theo v kinh tӃ) TÀI LIӊU THAM KHҦO 1. Nguyen The Hung, Hydraulics, Vol. 1, NXB Xay Dung 2006. 2. Nguyen Canh Cam & al., Thuy luc T1, T2, NXB Nong Nghiep 2000. 3. Hoàng Văn Quý, Thuy Luc và Khí ÿӝng lӵc, NXB KHKT 1997. 4. Nguyen Tai, Thuy Luc T1, NXB Xay Dung 2002. 5. Doughlas J. F. et al., Fluid Mechanics, Longman Scientific & Technical 1992. 6. Edward J. Shaughnessy et al., Introduction to Fluid Mechanics, Oxford University Press 2005. 7. Frank M. White, Fluid Mechanics, McGrawHill 2002. 8. R. E. Featherstone & C. Nalluri, Civil Engineering Hydraulics, Black well science 1995. 9. John A. Roberson & Clayton T. Crowe, Engineering Fluid Mechanics, John wiley & Sons, Inc 1997. 10.Philip M. Gerhart et al., Fundamental of Fluid Mechanics, McGrawHill 1994. Website tham khҧo: The end