14
1 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Khoa KTXD - Bộ môn KTTNN Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG E-mail: [email protected] or [email protected] Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy 2 NỘI DUNG MÔN HỌC Chöông 1. Ñaëc tính chaát loûng. Chöông 2. Thuûy tænh hoïc. Chöông 3. Cô sôû ñoäng löïc hoïc chaát loûng. Chöông 4. Ño ñaïc doøng chaûy. Chöông 5. Toån thaát naêng löôïng. Chöông 6. Doøng chaûy coù aùp trong maïng löôùi oáng. Chöông 7. Löïc taùc duïng leân vaät caûn. Chöông 8. Doøng chaûy oån ñònh ñeàu trong keânh. PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy 3 MUÏC ÑÍCH Nghieân cöùu caùc daïng maát naêng löôïng ca doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái. PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy 4 GIỚI THIỆU HIỆN TƯỢNG MẤT NĂNG LƯỢNG PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy 5 z 1 z 2 p 1 /g V 1 2 /2g p 2 /g V 2 2 /2g dh d p 1 p 2 0 X P Ñoäng naêng AÙp naêng Theá naêng Maát naêng L 1 1 2 2 O O PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy 6 Theá naêng AÙp naêng Ñoäng naêng Maát naêng V 1 2 /2g p 1 /g z 1 dh d V 2 2 /2g p 2 /g z 2 0 0 :ứng suất do ma sát giữa dòng chảy và lòng dẫn

naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

1

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

Khoa KTXD - Bộ môn KTTNN

Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG

E-mail: [email protected] or [email protected]

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

2

NỘI DUNG MÔN HỌC Chöông 1. Ñaëc tính chaát loûng.

Chöông 2. Thuûy tænh hoïc.

Chöông 3. Cô sôû ñoäng löïc hoïc chaát loûng.

Chöông 4. Ño ñaïc doøng chaûy.

Chöông 5. Toån thaát naêng löôïng.

Chöông 6. Doøng chaûy coù aùp trong maïng löôùi oáng.

Chöông 7. Löïc taùc duïng leân vaät caûn.

Chöông 8. Doøng chaûy oån ñònh ñeàu trong keânh.

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

3

MUÏC ÑÍCH

• Nghieân cöùu caùc daïng maát

naêng löôïng của doøng chaûy

taàng vaø doøng chaûy roái.

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

4

GIỚI THIỆU

HIỆN TƯỢNG

MẤT

NĂNG LƯỢNG

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

5

z1 z2

p1/g

V12/2g

p2/g

V22/2g

dhd

p1

p2

0

X P

Ñoäng

naêng

AÙp

naêng

Theá

naêng

Maát naêng

L

1

1

2

2 O O PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

6

Theá

naêng AÙp

naêng

Ñoäng

naêng Maát naêng

V12/2g

p1/g

z1

dhd V2

2/2g

p2/g

z2

0

0:ứng suất do ma sát

giữa dòng chảy và

lòng dẫn

Page 2: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

2

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

7

THÍ NGHIEÄM REYNOLDS

Chảy tầng

Chảy rối

Chảy quá độ

Van điều

tiết l/lượng

Nước màu

Đường

ống

trong

suốt

Bổ sung

nguồn

nước

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

8

Chaûy taàng

Chaûy quaù ñoä

Chaûy roái

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

9

THANH LONG DÂN

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

10

THANH LONG DÂN

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

11

TOÅNG HÔÏP CAÙC TRAÏNG THAÙI CHAÛY

PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

12

PROFILE VÂN TỐC

Page 3: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

3

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

13

Tieâu chuaån xaùc ñònh traïng thaùi chaûy:

• Soá Reynolds:

• V: vaän toác trung bình ñieån hình doøng chaûy.

• L: chieàu daøi ñaëc tröng (baùn kính thuûy löïc, D oáng)

• heä soá nhôùt ñoäng hoïc cuûa nöôùc (0,0101 cm2/s).

• Chaûy taàng:

• Chaûy roái:

• Chaûy quaù ñoä:

e

VLR

e gh 1R R

e gh 2R R

gh 1 e gh 2R R R

gh 1R 2000

gh 2R 3000 100000

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

The fundamentals of turbulence –

Damien Violeau

14 / 130

Steady Jet in a permanent flow

In 1883, Osborne Reynolds does the following experiment:

O. Reynolds

Coloured jet

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

The fundamentals of turbulence –

Damien Violeau

15 / 130

In brief

Depending on the value of Reynolds Re = UD / , the flow

shows a dramatically different behaviour.

Laminar

Transition

Turbulent

U D Re < Rec,1

Re > Rec,2

It seems rather logical: the more viscous, the more stable.

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

16

TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG hw

w d ch dh dh

LAB

Ứng suất tiếp

tuyến do ma sát

A

B 1

2

1

2

Toån thaát naêng

löôïng cuïc boä

Toån thaát naêng

löôïng ñöôøng daøi

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

17

CÔNG THỨC LÝ THUYẾT

XÁC ĐỊNH MẤT NĂNG

ĐƯỜNG DÀI CHO

DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

18

PHƯƠNG TRÌNH

CƠ BẢN

CHẤT LỎNG

CHẢY ĐỀU

Page 4: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

4

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

19

z1 z2

p1/g

V12/2g

p2/g

V22/2g

dhd

p1

p2

0

X P

Ñoäng

naêng

AÙp

naêng

Theá

naêng

Maát naêng

L

1

1

2

2 PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

20

XEÙT PHÖÔNG TRÌNH LÖÏC ÑOAÏN DOØNG CHAÛY

ÑEÀU THEO PHÖÔNG TRUÏC DOØNG CHAÛY

Chuù yù: cos()=(z1-z

2)/L

0)cos(LLpp 021

Aùp löïc thuûy tænh

thöôïng haï löu

0)cos(LR

Lpp 021

Löïc ma saùt

Troïng löôïng

baûn thaân

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

21

Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho ñoaïn doøng

ñeàu giôùi haïn bôûi (1-1) & (2-2) [caû coù vaø khoâng

coù aùp]:

R

1.

L

)p

z()p

z(0

22

11

d2

21

1 dh)p

z()p

z(

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

22

Töø ñoù:

Vôùi J=dhd/L ñoä doác thuûy löïc

Aùp duïng cho doøng chaûy troøn ñeàu, chuù yù R=d/4=r/2:

J.RR

1.

L

dh 00d

0

2

rJ

r0 r

(phöông trình cô baûn doøng chaûy ñeàu)

b/kính

thủy lực

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

23

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI

Tröôøng hôïp chaûy taàng

Xeùt doøng chaûy trong oáng troøn, öùng suaát tieáp tuyeán do

tính nhôùt chaát loûng (keát quaû cuoái chöông 1):

chæ heä soá ñoäng löïc nhôùt, u chæ vaän toác phaân töû chaát

loûng caùch taâm oáng khoaûng caùch r.

dr

du

(1)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

24

• Ngoaøi ra, trong doøng chaûy chaûy ñeàu ta coøn coù quan heä:

• 0 öùng suaát tieáp, R baùn kính thuûy löïc, J ñoä doác thuûy löïc.

• Xeùt cho tröôøng hôïp chaûy coù aùp trong oáng troøn:

Baùn kính thuûy löïc R=r/2

• Vaø taïi thaønh oáng (r=D/2):

JR 0

2

rJ

40

DJ

(2)

Page 5: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

5

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

25

• Töø (1) vaø (2) ta seõ xaùc ñònh ñöôïc quy luaät phaân boá vaän

toác doøng chaûy taàng trong ñöôøng oáng nhö sau:

C haèng soá tích phaân seõ xaùc ñònh theo ñ/k bieân.

dr

durJ

2rdr

Jdu

2

CrJ

u 2

4

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

26

)(4

22

0 rrJ

u

22

0max164

DJ

rJ

u

umax

u

r

Aùp duïng ñieàu kieän bieân: Taïi thaønh oáng r=r0 u=0.

Vôùi D chæ ñöôøng kính oáng.

Phaân boá vaän toác trong oáng troøn chaûy taàng

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

27

• Töø ñoù phaân boá vaän toác taïi maët caét oáng troøn coù theå

vieát:

Ñaây laø phöông trình cuûa moät paraboloide troøn xoay.

Baøi taäp: Tính Q töø phaân boá vaän toác u noùi treân vaø tính

vaän toác trung bình V theo umax

.

Ñaùp soá:

2

0

maxr

r1uu

4

128JdQ

2

maxuV

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

28

dS =2r.dr

dQ =2rdr.u

Q

r

dr

r0

O

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

29

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI

Töø ñoù ta coù theå xaùc ñònh toån thaát naêng löôïng ñöôøng

daøi trong chaûy taàng nhö sau (J=dhd/l):

VgD

L32dh

2d

g2

V.

D

L.

g2

V.

D

L.

R

64dh

22

e

d

Vôùi Re=VD/

Dang CT phổ biến

xác đinh TT năng

lượng đường dài

eR

64with

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

30

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI

Tröôøng hôïp chaûy roái – Coâng thöùc Darcy

ÖÙng suaát tieáp treân thaønh:

Phöông phaùp phaân tích thöù nguyeân:

Giaûi ra ta coù: a=2-d; c=1-d; b=-d-e

),,,,(0 DVf

edcbaDCV 0

Page 6: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

6

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

31

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI

Tröôøng hôïp chaûy roái – Coâng thöùc Darcy

Töø ñoù:

Keát hôïp vôùi keát quaû doøng chaûy ñeàu:

2)(Re,

2

10

V

Df

2)(Re,

2

10

V

DfRJ

RJ 0

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

32

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI

Tröôøng hôïp chaûy roái – Coâng thöùc Darcy

Löu yù vôùi J=dhd/l ta coù :

Coâng thöùc (1) goïi laø coâng thöùc Darcy (1856)

OÂn: Neáu chaûy taàng

g2

V.

D

L.dh

2

d )(Re,

Df

Re

64

(1)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

33

XAÙC ÑÒNH BAÈNG THÖÏC NGHIEÄM

• Theo Nicuraste

• Theo Moody

• Hai taùc giaû duøng phöông phaùp thí

nghieäm ñeå xaùc ñònh theo quy luaät

ñònh nghóa trong phöông trình

Darcy.

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

34

ÑOÀ THÒ XAÙC ÑÒNH THEO NICURASTE

Chaûy taàng

Chaûy roái

Chaûy quaù ñoä

lg(100)

lg(Re)

0/∆

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

35

• ÑOÀ THÒ XAÙC ÑÒNH THEO MOODY

Re

∆/D

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

36

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG ÑÖÔØNG DAØI

Theo Hazen–Williams (phoå bieán doøng chaûy coù aùp)

• Coâng thöùc thöïc nghieäm tính toån thaát naêng löôïng

ñöôøng daøi cho doøng chaûy roái theo Hazen-Williams:

• Trong ñoù CHW

=90 140 laø heä soá phuï thuoäc tình traïng

oáng. OÁng caøng “toát” giaù trò CHW

lôùn.

L: chieàu daøi, D: ñöôøng kính, Q l/löôïng

(m)

85,1

HW

87,4dC

Q

D

L.68,10dh

Page 7: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

7

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

37

MẤT

NĂNG LƯỢNG

CỤC BỘ

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

38

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

Xaûy ra khi coù söï thay ñoåi “ñoät ngoät” veà

keát caáu doøng chaûy taïi vò trí cuïc boä treân

doøng chaûy:

taïo doøng chaûy “xaùo troän” cuïc boä

ma saùt cuïc boä cuûa caùc phaân töû chaát

loûng

toån thaát naêng löôïng cuïc boä..

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

39

A A

TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG CỤC BỘ hc

Doøng chaûy xoaùy cuïc boä

D

d

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

40

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

: goïi laø heä soá toån thaát naêng löôïng cuïc boä,

ñöôïc xaùc ñònh töø thöïc nghieäm (xem sau).

V(m/s) vaän toác trung bình.

)(2

2

mg

Vdhc

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

41

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

1. Tröôøng hôïp co heïp ñoät ngoät:

)1(5,0

c

V

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

42

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

2. Mieäng vaøo oáng:

Saéc meùp: c=0,5

Meùp troøn, thuaän: c=0,2

Meùp raát thuaän: c=0,05

Page 8: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

8

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

3. Mieäng ra cuûa oáng (Coâng thöùc Borda):

43

2)1(

c

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

44

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

4. OÁng uoáng cong “ñoät ngoät” vôùiø d<50mm:

d

300 40

0 50

0 60

0 70

0 80

0 90

0

0,2 0,3 0,4 0,55 0,7 0,9 1,1

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

45

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

4. OÁng uoáng cong 900 vôùi vaø d>200mm:

d 200 250 340 390 490

1,7 1,3 1,1 1,0 0,83

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

46

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

4. OÁng baùn kính r uoán cong daàn 900 vôùi baùn

kính cong R:

r/R 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0

0,13 0,14 0,16 0,21 0,29 0,44 0,66 0,98 1.4 1,98

R

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

47

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

5. Cöûa van phaúng trong oáng troøn:

h

(d-h)/d 0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8

0 0,07 0,26 0,81 2,06 5,52 17 97,8

d

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

48

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

6. Van 1 chieàu trong bôm vaø coù löôùi chaén raùc:

d 50 75 100 125 150 200 250 300 400

10 8 7 6,5 6 5 4,5 4 3

OÁng huùt

Tröôøng hôïp chæ coù löôùi:

=5-6

Page 9: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

9

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

49

TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÏC BOÄ

7. Khoaù nöôùc:

0 5 10 20 30 40 50 60 70 80

0,05 0,29 1,56 5,47 17,3 52,6 206 486 >>

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

50

VAN BƯỚM (BUTTERFLY)-Xem sau

0 10° 20° 30° 40° 50°

670 145 47 18 7

0 60° 70° 80° 90°

3 1,4 0,7 0,36

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

51

(Butterfly Valve )

VAN BƯỚM

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

52

VAN CƯA (GATE VALVE)-Xem sau

Closed

p/D 1/8 2/8 3/8 4/8

0,07 0,26 0,81 2,1

p/D 5/8 6/8 7/8

5,5 17 98

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

53 VAN CƯA (Gate Valve)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

54

TOM TĂT VỀ MẤT NĂNG LƯỢNG

DONG CHẢY

Mất năng đường dài theo Manning:

Hoăc theo Hazen-Williams cho dòng

chảy co áp:

)OmH(g2

V

d

Ldh 2

2

d

)OmH(C

Q

d

L68.10dh 2

85.1

HW

87.4d

Page 10: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

10

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

55

TOM TĂT VỀ MẤT NĂNG LƯỢNG DONG CHẢY

hê số mất năng đường dài

L chiều dài

d đường kinh

CHW hê số phu thuộc tinh trang ống

V vân tốc trung bình

Q lưu lượng

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

56

TOM TĂT VỀ MẤT NĂNG LƯỢNG DONG CHẢY

Mất năng cuc bộ:

hê số mất năng cuc bộ.

)OmH(g2

Vdh 2

2

c

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

57

Baøi taäp 1: Tính aùp suaát taïi B (N/m2, at) cuûa ñöôøng

oáng sau. Bieát taïi A coù pA=0,8at. OÁng coù ñöôøng

kính taïi A & B laø DA=0,2m, D

B=0,30m vaø daãn löu

löôïng nước 50l/s.Toån thaát naêng löôïng ñöôøng daøi

laáy theo Manning coù =0,03; dtb

=0,24m vaø

LAB

=20m.

A

B

h=3m 1

2

Chuù yù: 1at =1kgf/cm2=g(N/cm

2)

=9,81(N/cm2)=9,81.10

4 (N/m

2)

VA

VB

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

58

Baøi taäp 2: Gioáng soá lieäu treân, bieát raèng toån thaát

ñöôøng daøi dh theo Hazen-Williams nhö sau:

Vôùi L(m) chieàu daøi oáng, d(m) ñöôøng kính trung

bình oáng, Q(m3/s) löu löôïng qua oáng.

Tính pB

(at).

85,1

87,4 100

Q

d

L68,10)m(dh

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

59

Baøi taäp 3: Biết ống troøn AB coù L=10m, d=0,05m. Toån

thaát naêng löôïng ñöôøng daøi theo Manning coù λ=8*10-2

.

a. Tính V vaø töø ñoù suy ra Q qua oáng (boû qua t/t cuïc boä).

b. Toång toån thaát cuïc boä taïi A & B coù ζC=1,2. Tính Q

trong tröôøng hôïp naøy.

Giaû thieát bình coù tieát dieän raát lôùn so vôùi tieát dieän oáng

AB.

A B

H=12m

V Truïc oáng AB

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

60

Baøi taäp 4: Bôm X coù coät nöôùc bôm Hb=16m. OÁng AB coù

L=30m, d=49mm. Toån thaát naêng löôïng ñöôøng daøi theo

HW coù CHW

=120. Toån thaát cuïc boä sô boä laáy 25% toån

thaát ñöôøng daøi. Tính Q töø bình 1 leân bình 2. Cho bieát 2

bình coù tieát dieän raát lôùn so vôùi tieát dieän oáng AB. Từ

đoù tính coâng suaát bôm. Bieát bôm coù

hieäu suaát η=0.8.

X

1

2

A

B

Q

H=14m

Page 11: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

11

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

61

Baøi taäp 4bis: Bôm X coù Hb=22m. OÁng AB=29m, BC=1m,

d=60mm. Toån thaát naêng löôïng ñöôøng daøi dhd theo

Manning coù =1.5*10-2

. Toån thaát cuïc boä sô boä laáy

25%dhd. Tính Q töø bình 1 leân bình 2 vaø aùp suaát taïi B.

Bieát 2 bình coù tieát dieän raát lôùn so vôùi tieát dieän oáng AC.

X

1

2

A

C

Q

H1=20m

h=1m

B

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

62

Bài tâp 5: Tinh lưu lượng nước tư binh 1

sang binh 2. Mất năng đường dài theo

Manning co =4.10-2. Mất năng cuc bộ băng

50% tổng mất năng đường dài. Các binh co

tiết diên rất lớn so với tiết diên ống.

1 2

L1=10m

D1=0.1m

L2=10m

D2=0.2m

H=5m

A B C

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

63

Baøi taäp 6: Bôm X coù Hb=14m. OÁng AB coù L=30m,

d=60mm. Toån thaát ñöôøng daøi theo Manning coù =10-2

.

Toån thaát cuïc boä coù c=1,5. Tính Q töø bình chöùa 1 leân

bình chöùa 2. Cho bieát [1] coù tieát dieän raát lôùn, bình [2]

coù tiết diện 0.5m2.

X

1

2

A

B

Q

H =13m

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

64

Baøi taäp 7: Bôm X coù Hb=13m. OÁng ABC coù L=40m,

d=60mm. Toån thaát ñöôøng daøi theo Manning coù

=2.10-2

. Toån thaát cuïc boä coù c=0.5. Tính Q töø bình

chöùa 1 leân bình chöùa 2. Cho bieát bình coù tieát dieän

raát lôùn so vôùi tieát dieän oáng. Tính aùp suaát taïi B

(AB=10m).

X

1

2

A

B

C H=12m

HB=7m

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

65

Bài tâp 8: Người ta muốn bơm nước tư bể

chứa 1 lên bể chứa 2 có chênh lêch cao độ

2 măt thoáng là 20m. Lưu lượng bơm là

3l/s. Đường ống 63mm, dài 30m. Mất năng

đường dài theo HW có CHW=120. Mất năng

cuc bộ băng 25% tổng mất năng đường

dài. Bể co tiết diên rất lớn so với tiết diên

ống.

1. Tinh cột nước bơm.

2. Tinh công suất bơm (kW). Bơm có hiêu

suất =0.85. PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

66

Bài tâp 9: Cho hê thống như sau. Mất

năng đường dài theo Manning co

=6.10-2. Mất năng cuc bộ băng 50%

tổng mất năng đường dài. Các binh

co tiết diên rất lớn so với tiết diên

ống.

1. Tinh lưu lượng nước tư binh 1 sang

binh 2.

2. Tính áp suất tai B. Nhân xét ?

Page 12: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

12

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

67

1

2

H=10m A

B

C

LAB=5m, dAB=90mm

LBC=20m, dBC=90mm H1 =4m

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

68

Baøi taäp 10: Cho moät heä thoáng bôm nöôùc

nhö hình veõ sau. Bôm X coù coät nöôùc bôm

laø 17m. Cho bieát hoà A coù tieát dieän raát

lôùn. Ñöôøng oáng coù d=60mm vaø coù chieàu

daøi L=30m. Toån thaát ñöôøng daøi theo

Manning coù =2.0*10-2

. Toån thaát cuïc boä

laáy baèng 40% toån thaát ñöôøng daøi.

• Xaùc ñònh löu löôïng nöôùc chaûy ra ôû B

(khoâng khí).

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

69

H=15m

A

Bôm X

d

B

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

70

Bài tâp 11: Một bơm ly tâm hoat động với

lưu lượng thiết kế là 36l/s. Đường ống hút

dài L=12m, d=120mm. Biết răng tổn thất

đường dài dhL theo Manning có =1.5.10-2 và

tổn thất cuc bộ do van 1 chiều có c=1.5.

Cao trình đăt bơm so với mực nước bể hút

là 6m. Tính áp suất chân không tai miêng

vào của bơm (xem sơ đồ sau).

g2

V.

d

L.dh

2

L g2

Vdh

2

CC

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

71

~ Bơm

Hb=20m p1=pa

p2

6m

Q

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

72

Baøi taäp 12: Bôm X bôm nöôùc töø hoà A leân hoà B

vôùi löu löôïng laø 20 l/s. Cho bieát hoà A vaø B coù

tieát dieän raát lôùn. Ñöôøng oáng coù d=150mm vaø

chieàu daøi L=50m. Toån thaát ñöôøng daøi theo

Hazen-Williams coù CHW

=100. Toån thaát cuïc boä

baèng 40% toån thaát ñöôøng daøi.

• Xaùc ñònh coät nöôùc bôm Hb (m).

• Cho bieát bôm coù hieäu suaát =0.9, tính coâng

suaát bôm N (kW) [N=gQHb/ (watt)].

Page 13: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

13

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

73

H=25m

A

B

Bôm X

d

Coâng suaát bôm: P=gQHb/ (watt)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

74

Bài tâp 13: Một nhà máy thủy điên co sơ đồ làm

viêc như hinh ve. Đường ống có D=1m,

L=400m. Mất năng đường dài theo HW có CHW

=100, tổn thất cuc bộ có =5. Lưu lượng

Q=4.5m3/s. Tinh công suất (MW) của NM. Biết

hiêu suất NM là =0,8. Lấy g=10m/s2.

Tuabin X

Zhồ=125m

ZNM=25m

Q

Hồ chứa

NM

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

75

Baøi taäp 14: Ngöôøi ta muoán bôm 1,2 m3 nöôùc leân

beå chöùa 1 nhaø cao taàng (H=50m keå töø maët

ñaát) trong thôøi gian 5phuùt (beå chöùa coù tieát

dieän lôùn). Bôm coù coät nöôùc bôm Hb vaø ñöôøng

oáng coù d=60mm, daøi 75m. Toån thaát naêng

löôïng ñöôøng daøi theo Manning coù =1.10-2

.

Toån thaát cuïc boä baèng 40% toån thaát ñöôøng

daøi.

a. Tính coät nöôùc bôm Hb

(mH2O) .

b. Tính coâng suaát N (kw) bôm bieát raèng hieäu

suaát bôm =0,9 [N=gQHb/ (watt)].

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

76

Baøi taäp 15: Cho moät heä thoáng bôm nöôùc nhö

hình veõ sau. Bôm X bôm nöôùc töø hoà A leân hoà

B vôùi löu löôïng laø 12 l/s. Cho bieát hoà A vaø B

coù tieát dieän raát lôùn. Ñöôøng oáng coù D=120mm

vaø coù chieàu daøi L=50m. Toån thaát ñöôøng daøi

theo Hazen-Williams coù CHW

=100. Toån thaát

cuïc boä trong ñöôøng oáng laáy sô boä baèng 40%

toån thaát ñöôøng daøi.

• Xaùc ñònh coät nöôùc bôm Hb (m).

• Cho bieát bôm coù hieäu suaát =0.9, tính coâng

suaát caàn coù cuûa bôm X (kW).

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

77

H=15m

A

B

Bôm X

d

Coâng suaát bôm: P=gQHb/ (watt)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

78

Baøi taäp 16: Cho moät heä thoáng 2 bình nhö

hình veõ sau. Cho bieát bình A vaø B coù tieát

dieän raát lôùn. Ñöôøng oáng coù D=100mm

vaø coù chieàu daøi L=50m. Toån thaát ñöôøng

daøi theo Manning coù =10-2

. Toån thaát

cuïc boä trong ñöôøng oáng laáy sô boä baèng

40% toån thaát ñöôøng daøi.

Xaùc ñònh löu löôïng nöôùc chaûy töø A B.

Page 14: naêng löôïng của doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái.nguyenthong/download/CCL/Chuong...rdr J du 2 r C J u 2 J PGS. TS. Nguyễn Thống THY LC ĐẠI CƯƠNG Chương

14

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

79

H=3m

V

A

B

Ñöôøng oáng

Q

Q

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

80

Baøi taäp naâng cao 1: Laáy heä thoáng nhö

baøi taäp treân. Tuy nhieân tieát dieän

bình A vaø B laø baèng nhau vaø laø hình

vuoâng coù caïnh a=1m vaø ñöôøng oáng

daãn laø hình vuoâng coù caïnh b=0,1m.

Taïi thôøi ñieåm t=0, cheânh leäch möïc

nöôùc 2 bình nhö hình veõ (H=3m).

Tính thôøi gian caàn thieát ñeå möïc nöôùc

trong 2 bình A vaø B laø ngang nhau ?

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

81

Baøi taäp naâng cao 2: Cho heä thoáng sau. Bình laø

hình vuoâng coù caïnh a=2m vaø ñöôøng oáng daãn

coù d=0,05m. Taïi thôøi ñieåm t=0 möïc nöôùc bình

laø H=3m. Toån thaát ñöôøng daøi theo Manning

coù =5.10-2

. Toån thaát cuïc boä baèng 40% toån

thaát ñöôøng daøi. Tính thôøi gian caàn thieát ñeå

nöôùc chaûy caïn bình.

H=3m

L=5m A B

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

82

Bài tâp nâng cao 3: Cho hê thống sau. Tổn thất

năng lượng đường dài theo Manning có

=5.10-2. Giả thiết bình có tiết diên lớn so với

các ống. Tính lưu lượng chảy ra khỏi BC &

BD.

1 A

B

C D

L=20m, d=120mm

L=10m, d=90mm

L=10m, d=60mm

Z1=15m

ZB=10m

ZC=4m

ZD=2m

ZA=12m

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

83

HEÁT CHÖÔNG