HỆ THỐNG TÀU THỦY ( Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ ) - CHƯƠNG 3

CƠ SỞ TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG3.1. KHÁI NIỆM CHUNG3.1.1. Đặt vấn đề Như chúng ta đã biết, cơ sở tính toán thủy lực đường ống có các phương trình nổi tiếng từ môn Thủy lực học là phương trình liên tục và phương trình Béc-nu-li. Phương trình liên tục đối với chất chất lỏng không nén được, có dạng: f1.v1 = f2.v2 = const.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
HỆ THỐNG TÀU THỦY ( Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ ) - CHƯƠNG 3 Chương 3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG 3.1.1. Đặt vấn đề Như chúng ta đã biết, cơ sở tính toán thủy lực đường ống có các phương trình nổi tiếngtừ môn Thủy lực học là phương trình liên tục và phương trình Béc-nu-li. Phương trình liên tục đối với chất chất lỏng không nén được, có dạng: f1.v1 = f2.v2 = const. (3.1)với: f1 và f2 - diện tích của mặt cắt ngang thứ nhất và thứ hai của ống. v1 và v2 - tốc độ trung bình của chất lỏng ở mặt cắt thứ nhất và thứ hai. Phương trình (3.1) chỉ ra rằng, nếu trong đường ống không có nhánh ống vào và ra, thìlưu lượng chất lỏng ở mặt cắt bất kỳ kà không đổi, suy ra, giá trị tốc độ trung bình sẽ tỷ lệ v 1 f2nghịch với diện tích tiết diện ống: . v 2 f1 Phương trình Béc-nu-li thể hiện định luật bảo toàn năng lượng của chất lỏng chuyểnđộng. Trong trường hợp chất lỏng không nén, chuyển động dừng, mặt phẳng chuẩn - mặtphẳng ngang, được chọn tương đối tuỳ ý thì phương trình cho mặt cắt I và II có dạng: v2 v2 p1 p   1 . 1  z 2  2   2 . 2  h 1 2 . (3.2) z1    2.g 2.gvới: z1 và z2- là chiều cao của trọng tâm mặt cắt ngang I và II của dòng chảy so với mặt phẳng chuẩn. p1 và p2 - áp suất chất lỏng ở trọng tâm mặt cắt I và II. 29 h1-2 - tổn thất năng lượng đơn vị của dòng chất lỏng hay tổn thất cột áp trên đoạn ống 1-2. 1 và 2 - hệ số tính đến sự phân bố không đều của tốc độ theo mặt cắt của dòng chảy (đối với chế độ chảy rối:  = 1,045 và trên thực tế được lấy:  = 1, với chế độ chảy tầng:  = 2). Như đã biết, chế độ chảy được gọi là chảy tầng khi số Reynolds Re  2300, còn chảyrối khi Re > 2300. Số Reynolds: v.d (3.3) Re  . với: v - vận tốc dòng chảy của chất lỏng, m/s. d - đường kính ống, m.  - độ nhớt động học của chất lỏng, m2/s. Dạng chảy cơ bản của chất lỏng trong các đường ống của hệ thống tàu là rối. Chế độchảy tầng chỉ gặp ở các đường ống vận chuyển chất lỏng có độ nhớt lớn đáng kể (mazút,dầu nhờn, dầu và v.v). Về ý nghĩa vật lý, tất cả các thành phần của phương trình Béc-nu-li là năng lượng đơn v2 pvị (cho 1 kg chất lỏng). Toàn bộ 3 thành phần ( z   . ) là giá trị năng lượng đơn vị  2.gtoàn phần mà dòng chất lỏng có được ở mặt cắt ngang đã cho, tức là cột áp thủy lực toànphần được đo bằng mét cột nước (m.c.n). Giá trị h1- 2 là phần tổn thất năng lượng đơn vị của chất lỏng trên đoạn ống 1-2, để khắcphục sức cản của chất lỏng chuyển động trong ống. Tổn thất cột áp h bao gồm tổn thất do ma sát trong các đoạn ống thẳng (còn gọi là tổnthất dọc đường) hM và tổn thất cục bộ hC (van ngăn kéo, van, ống cong, v.v.). Đươngnhiên, ta có thể viết: (3.4) h  hM  hC . 3.1.2. Xác định tổn thất dọc đường 30 Tổn thất cột áp do ma sát trong các ống thẳng, được xác định bằng công thức Đắc-xi_Vây-xơ-bat-khơ. l v2 , m.c.n. (3.5) h M  . . d 2.gtrong đó:  - hệ số ma sát thủy lực, còn gọi là hệ số tổn thất cột áp dọc đường, nó phụ thuộc vào chế độ của dòng chảy trong ống cũng như độ nhám tương đối của bề mặt trong ống,  = f(Re, ). l - chiều dài đoạn ống thẳng, m. d - đường kính trong của ống, m. v - tốc độ trung bình của chất lỏng, m/s. g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. Đối với ống có mặt cắt ngang là hình chữ nhật, công thức (3.5) sẽ có dạng: l v2 , m.c.n. (3.6)  . . hM d T 2.gvới: dT - đường kính tương đương được xác định từ sự bằng nhau của bán kính thủy lực của ống tròn ...