Tự động hóa - Chương 8: Tính toán thuỷ động lực đường ống

Chương 8 TÍNH TOÁN THUỶ ĐỘNG LỰC ĐƯỜNG ỐNGNhóm học viên :MAI VINH HÒALÊ HOÀI ANH§8 -1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNGI. Phân loại: chia làm hai loại: đường ống dài và đường ống ngắn: - đường ống dài là đường ống có tổn thất năng lượng cục bộ chiếm không quá 5  10% trong toàn bộ tổn thất năng lượng - đường ống ngắn có năng lượng cục bộ lớn hơn 10% trong toàn bộ tổn thất năng lượng. Công suất cần để vận chuyển chất lỏng hay chất khí bằng đường ống là: N = Q. p2. Các công thức tính cơ bản a. Phương trình Bécnuli cho dòng chảy: hay : H1 = H2 + hw1-2 trong đó : - cột áp đầu ống. - cột áp cuối ống. §8 -1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG b. Tổn thất năng lượng dọc đường: (8 - 1) tổn thất cục bộ: (8 - 2) §8 -1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNGTổn thất năng lượng ống dài chủ yếu là tổn thất dọc đường: trong đó: J - độ dốc thủy lực; l - chiều dài của ống. công thức Sêzi: trong đó: R - bản kính thủy lực; - hệ số Sêzi; n - độ nhám tương đối; y - hệ số phụ thuộc R và n. §8 -1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG lưu lượng qua ống sẽ là: ( 8 - 3) đặt ( 8 - 4) ta có : K - Hệ số đặc trưng lưu lượng, có thử nghiệm của lưu lượng và có giá trị bằng lưu lượng qua mặt cắt ướt của dòng chảy khi độ dốc thủy lực J = 1. §8 -1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG1. Tính toán đường ống dài. a. Xét đường ống dài đơn giản. §8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNGpapaIH00IIII(1)(2)l, DHình 8-1I- phương trình Bécnuli mặt II - II làm chuẩn: thay giá trị hd từ (8-5) sẽ có: hay Phương trình này liên hệ tất cả các thông số của đường ống dài đơn giản, cột áp H, độ dài l, lưu lượng Q và đường kính D.§8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNGH = hd b. Hệ thống nối tiếp - Đặc điểm thủy lực của hệ thống này là: Q1 = Q2 = ... = Qi = ... = Q (8-6) §8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNGQ1Q2Q3a)Q1Q2Q3Qt1Qt2b)Hình 8-2 Trong đó: Hd, Hc - cột áp đầu ống và cuối ống: Hi - độ chênh cột áp giữa đầu và cuối từng đoạn đường ống. m - số đoạn ống đơn giản. Từ pt Bécnuli suy ra cột áp yêu cầu. (8 - 7) Trường hợp dọc theo đường ống có nút tháo chất lỏng (hình 8-2b) ta có: §8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNGc. Hệ thống phân nhánh hở: Q812345678Q5Q5Hình 8-3a§8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNGtổn thất năng lượng trên một đơn vị chiều dài của mỗi đoạn ống trong hệ thống tổn thất năng lượng trung bình trên toàn đường ống chính nghĩa là: Từ các đẳng thức đó và công thức (8-5) ta được: d. Hình 8 - 3 b vẽ sơ đồ hệ thống ống dài song song. pt Bécnuli cho đường 1 - 2 -3 -4 ở hai mặt cắt I - I, IV - IV: §8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNGtrong đó: IIIVIV1234abcHình 8-3b - tổn thất năng lượng thực tế đoạn 2 - 3 sẽ bằng tổn thất năng lượng trên một trong hai nhánh bất kỳ a hoặc c:§8-2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNG và vậy ( 8- 10) ( 8 - 11) §8 - 3 HIỆN TƯỢNG VA ĐẬP THUỶ LỰC TRONG ĐƯỜNG ỐNG1. Hiện tượng: Va đập thủy lực trong đường ống là hiện tượng thay đổi đột ngột áp suất trong đó do sự thay đổi vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống một cách đột ngột.Va đập thủy lực xảy ra khi ta đóng khóa nhanh, khi dừng tuabin, dừng bơm đột ngột.Va đập thủy lực cũng có thể xảy ra khi mở khóa nhanh.- Nguyên nhân của việc tăng hay giảm áp suất trong va đập thủy lực là do quán tính của khối chất lỏng chuyển động trong ống.2. Công thức tính toán §8 - 3 HIỆN TƯỢNG VA ĐẬP THUỶ LỰC TRONG ĐƯỜNG ỐNGDựa vào định lý biến thiên động lượng áp dụng cho khối chất lỏng chứa trong CBAD (hình 8 -5b) ta có: trong đó : F = p; m = x. Thay vào pt trên, ta có: hay là theo biểu thức x = at ta có: khi đóng khóa đột ngột và kín hoàn toàn: §8 - 3 HIỆN TƯỢNG VA ĐẬP THUỶ LỰC TRONG ĐƯỜNG ỐNGF.t = m.vp = p1 - p = .a. (v-v1)p = .avkhi va đập thủy lực dương, gián tiếp có thể dùng công thức: §8 - 3 HIỆN TƯỢNG VA ĐẬP THUỶ LỰC TRONG ĐƯỜNG ỐNG khi t3 = , nghĩa là khi đóng khóa rất chậm, p = 0 và sẽ không xảy ra va đập thủy lực: - Khi va đập thủy lực âm, gián tiếp có thể dùng công thức: trong đó: - trọng lượng riêng của chất lỏng; g - gia tốc trọng trường