Chương 3 & 4: Sức Cản Thủy Lực & Tính Toán Đường Ống Dài Thủy Lực | Môn Xây dựng dân dụng - Đại học Xây Dựng Hà Nội

lOMoAR cPSD| 59054137 MỤC LỤC
CHƯƠNG 3. SỨC CẢN THỦY LỰC – TỔN THẤT CỘT NƯỚC .................................... 1
3.1. Dòng chảy tầng, dòng chảy rối....................................................................................... 1
3.2. Sức cản thủy lực dọc đường ........................................................................................... 3
3.3. Sức cản thủy lực cục bộ ................................................................................................. 5
3.4. Ví dụ minh họa ............................................................................................................... 7
3.5. Bài tập và đáp án .......................................................................................................... 15
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG DÀI THỦY LỰC .................... 18
4.1. Khái niệm đường ống ngắn, dài thủy lực ..................................................................... 18
4.2. Tính toán thủy lực đường ống đơn giản ....................................................................... 18
4.3. Tính toán thủy lực đường ống mắc nối tiếp ................................................................. 20
4.4. Tính toán thủy lực đường ống mắc song song ............................................................. 21
4.5. Tính toán thủy lực đường ống phân phối đều liên tục (tham khảo giáo trình
thủy lực) ............................................................................................................................... 23
4.6. Ví dụ minh họa ............................................................................................................. 23
4.7. Bài tập và đáp án .......................................................................................................... 30
CHƯƠNG 3. SỨC CẢN THỦY LỰC – TỔN THẤT CỘT NƯỚC
Trong chương này, chúng ta giới thiệu một số công thức xác định các giá trị của sức
cản thủy lực bao gồm: tổn thất dọc đường hd và tổn thất cục bộ hc. h h hw dc (3-1)
Trong đó: hw - Tổn thất cột nước; hd - Tổn thất cột
nước dọc đường của dòng chảy; hc - Tổn thất cột
nước cục bộ của dòng chảy.
3.1. Dòng chảy tầng, dòng chảy rối
1. Khái niệm dòng chảy tầng, dòng chảy rối lOMoAR cPSD| 59054137
Năm 1883, nhà vật lý học O. Reynolds bằng thí nghiệm chứng minh rằng trong thực
tế tồn tại hai trạng thái chảy khác nhau của chất lỏng nhớt: Dòng chảy tầng và dòng chảy rối.
- Dòng chảy tầng: là trạng thái chảy trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động
theo những tầng lớp không xáo trộn vào nhau. (minh họa hình 4.1 (a)).
- Dòng chảy rồi: là trạng thái chảy trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động vô
trật tự, hỗn loạn. (minh họa hình 4.1 (b)). ( a ) ( b )
Hình 3.1 Hai trạng thái của dòng chảy: (a) dòng chảy tầng; (b) dòng chảy rối
Trạng thái dòng chảy quá độ từ tầng sang rối hoặc ngược lại được gọi là trạng thái chảy phân giới.
2. Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái chảy
Dựa vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhà vật lý học O. Reynolds đã đưa ra một
đại lượng không thứ nguyên đặc trưng cho trạng thái chảy của dòng chảy trong đường
ống có áp, đó là số Reynolds, ký hiệu là Re: Re vd (3-2) Trong đó:
v - Vận tốc trung bình mặt cắt, đơn vị m/s; d -
Đường kính của đường ống, đơn vị m; - hệ số
nhớt động học của chất lỏng, đơn vị m2/s.
Qua nhiều thí nghiệm ông Reynolds đưa ra số Reynolds phân giới hay được gọi là số
Reynolds giới hạn dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy tầng sang trạng thái chảy rồi:
Repg = Regh = 2000. Khi đường ống có Re < Regh = 2000, ta gọi là dòng chảy tầng; Khi
đường ống có Re > Regh = 2000, ta gọi là dòng chảy rối. (được tổng hợp ở hình 3.2) lOMoAR cPSD| 59054137 Dòng chảy tầng Dòng chảy rối Re < Re gh = 2000 Re > Re gh = 2000 Regh = 2000 Re
Hình 3.2 Số Reynolds và hai trạng thái chảy
3.2. Sức cản thủy lực dọc đường
Tổn thất dọc đường trong đường ống có áp được xác định thông qua công thức của tác giả Đácxy: L hd d g 2v2 (4-3)
Trong đó: hd - Tổn thất cột nước dọc đường của dòng chảy;
- Hệ số ma sát dọc đường; L – Chiều
dài đường, đơn vị m; g – Gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s2.
Trong phần này, chúng ta giới thiệu một số công thức xác định hệ số ma sát dọc đường
( ) được sử dụng trong bài toán kỹ thuật xây dựng công trình.
1. Dòng chảy tầng: (Re < Regh = 2000)
Trong dòng chảy tầng hệ số ma sát dọc đường chỉ phụ thuộc vào đặc trưng nhớt
của chất lỏng và được xác định thông qua biểu thức: 64 (4-4) Re
2. Dòng chảy rối: (Re > Regh = 2000)
Trong dòng chảy rối, khi số Reynolds trong đường ống 4000 > Re > Regh = 2000
không xác định được quy luật của hệ số sức cản dọc đường . Khi số Re > 4000, dòng
chảy rối được chia làm ba khu vực. lOMoAR cPSD| 59054137
a) Dòng chảy rối ở khu vực thành trơn thủy lực: 4000 Re 10 d , là chiều cao trung
bình mố nhám đường ống, đơn vị m.
Ở khu vực này, lõi rối của dòng chảy trượt trên các lớp chất lỏng chảy tầng, lõi rối
chưa phát triển về phía thành đường ống. Do vây, hệ số sức cản dọc đường vẫn chủ yếu
phụ thuộc và đặc trưng nhớt của chất lỏng chuyển động trong đường ống và được xác
định thông qua biểu thức sau: tr 0.11( 68)0.25 (4-5) Re d d
b) Dòng chảy rối ở khu vực quá độ: 10 Re 500
Ở khu vực này, lõi rối của dòng chảy được phát triển mạnh về phía thành ống, một
phần lõi rối tương tác với các mố nhám của đường ống. Do vây, hệ số sức cản dọc đường
không những phụ thuộc và đặc trưng nhớt của chất lỏng chuyển động trong đường ống
mà còn phụ thuộc vào đặc trưng nhám của đường ốngvà được xác định thông qua biểu thức sau: tr 0.11( 68)0.25 (4-6) Re
c) Dòng chảy rối ở khu vực thành nhám hay khu bình phương sức cản: Re 500 d
Khi vận tốc dòng chảy tiếp tục tăng, dòng chảy chuyển động hỗn loạn càng mãnh
liệt, tính chất của chất lỏng nhớt gần như lu mờ so với ảnh hưởng của đặc trưng nhán của
đường ống, trong khu vực này hệ số sức cản dọc đường chỉ phụ thuộc và đặc trưng nhám
của đường ống và được xác định thông qua biểu thức sau: 0.25 tr 0.11( ) (4-7) d
Ở khu vực này hệ số sức cản dọc đường là hằng số do đó tổn thất dọc đường được
xác định theo công thức (4-3) tỷ lệ với v2 nên khu vực này được gọi là khu vực bình phương sức cản (BPSC). lOMoAR cPSD| 59054137
3. Tổng hợp các công thức xác định hệ số sức cản dọc đường đối vơi các khu vực dòng chảy.
Công thức xác định hệ số sức cản dọc đường đối vơi các khu vực dòng chảy tầng
và rối được tổng hợp theo sơ đồ dưới đây:
Hình 3.3 Tổng hợp các công thức xác định hệ số
3.3. Sức cản thủy lực cục bộ
Tổn thất cột nước xuất hiện tại những vị trí mà dòng chảy thay đổi đột ngột về phương
hướng, về hình dạng mặt cắt ưới được gọi là sức cản cục bộ hay tổn thất cục bộ được xác
định thông qua biểu thức sau: v hc c 2 g2 (4-8) Trong đó:
c - hệ số tổn thất cục bộ, thường được xác định bằng thí nghiệm mô hình thủy
lực; v - vận tốc trung bình ở mặt cắt trước hoặc sau nơi tổn thất cục bộ, tùy theo cách xác định c.
Trong thực tế công trình xây dựng, tổn thất cục bộ rất đa dạng, do đó có thể sử
dụng các bảng tra thủy lực để tìm các giá trị sức cản cục bộ c hoặc dùng thực nghiệm
để xác định. Dưới đây giới thiệu hai trường hợp tổn thất cục bộ phổ biến trong hệ thống đường ống. 1.
Tổn thất cục bộ khi đường ống đột ngột mở rộng – công thức BoócĐa lOMoAR cPSD| 59054137
Ta xem xét tổn thất cục bộ tại vị trí đường ống có diện tích mặt cắt ướt 1 nhỏ đột
ngột mở rộng sang đường ống có diện tích mặt cắt ướt 2 như hình dưới đây:
Hình 3.4 Đường ống mở rộng đột ngột
Biểu thức xác định tổn thất cục bộ do dòng chảy mở rộng đột ngột:
hdm v v12 g 2 2 (4-9) Trong đó:
hđm - Tổn thất cục bộ đột ngột mở rộng, đơn vị m; v1
- vận tốc trung bình tại mặt cắt ướt 1, đơn vị m/s;
v2 - vận tốc trung bình tại mặt cắt ướt 2, đơn vị m/s.
Từ công thức (4-9) ta có thể tính toán tổn thất cục bộ theo vận tốc v1 hoặc v2: hdm 1 vv12 2 2vg12 vv12 1 2 2vg22 (4-10) hdm 1 12 2 2vg12
dm 2vg12 ; dm 1 12 2 (4-11)
Trường hợp đường ống nước chảy ra các bể chứa hoặc hồ chứa nước, lúc này diện
tích mặt cắt ướt 2 thường rất lớn khi đó tỷ số 1/ 2 0. đm = r = 1. 2.
Tổn thất cục bộ khi đường ống co hẹp đột ngột
Ta xem xét tổn thất cục bộ tại vị trí đường ống có diện tích mặt cắt ướt 1 nhỏ đột
ngột thu hẹp sang đường ống có diện tích mặt cắt ướt 2 như hình dưới đây: lOMoAR cPSD| 59054137
Hình 3.5 Đường ống co hẹp đột ngột
Biểu thức xác định tổn thất cục bộ do dòng chảy co hẹp đột ngột: h dt
cdt 2vg22 ;cdt 0.5 1 12 (4-9)
Trong đó: hđt - Tổn thất cục bộ co hẹp đột ngột, đơn vị
m; v2 - vận tốc trung bình tại mặt cắt ướt 2, đơn vị m/s.
Trường hợp đường ống nước từ các bể chứa hoặc hồ chứa nước vào đường ống, lúc
này diện tích mặt cắt ướt 1 thường rất lớn khi đó tỷ số 2/ 1 0. cdt = v = 0.5.
3.4. Ví dụ minh họa
Bài 1: Hãy xác định tổn thất cột nước khi vận chuyển nước với vận tốc v=13,1cm/s qua đường
ống thép có đường kính không đổi d=200mm và chiều dài l=1500mm, với nhiệt độ
của nước là 100C. Cho biết, độ nhám tương đương của ống thép là =0,45mm; độ
nhớt động học của nước ở 100C: 0 10 C=0,0131cm2/s. Lời giải Sơ đồ tính toán: lOMoAR cPSD| 59054137
Trên đường ống dẫn nước không có thay đổi phương, diện tích mặt cắt ướt dòng chảy.
Do đó, tổn thất cột nước trên ống dẫn nước chỉ có tổn thất dọc đường và được xác định qua biểu thức: L v2 hw hd (m) (1-1) d 2g
- Tính (khi đã biết v – bài toán thuận):
+ Xét trạng thái chảy của nước trong ống:
Re vd 0,0131*100,131*0,2 4 = 20.000 > 2.000. D/c trong đường ống là d/c rối. 0,45 Re * 20.000 * = 450 (10, 500) d 200
Nước trong ống chảy rối ở khu vực quá độ từ thành trơn thủy lực sang khu vực thành nhám thủy lực. 0,11 Re68 d 0,25 0,11 20.00068 0200,45 0,25 = 0,03
Thay giá trị vừa tính được vào biểu thức (1-1) ta được: d 1,5 0,1312 -3 (m) h 0,03* * = 0,2.10 0,2 2*9,81
Đáp số: hđ = 0,2.10-3 m.
Bài 2: Nước ở 120C được chuyển đi trong đường ống có đường kính d = 4 cm với lưu lượng Q
= 70 cm3/s. Xác định trạng thái chảy? Cần phải chuyển qua ống lưu lượng bao nhiêu để
thay đổi trạng thái chảy? Cho biết hệ số nhớt động học của nước ở 120C là 0,0124 cm2/s. lOMoAR cPSD| 59054137 Lời giải a)
Xác định trạng thái chảy của nước trong đường ống: 4.Q 4. 70.10 6 + v 2 2 0,056(m /s) .d .0,04
+ Re vd 0,0124*100,056*0,04 4 1797 2000 như vậy dòng chảy ở trạng thái chảy tầng. b)
Để thay đổi trạng thái chảy: chuyển từ trạng thái chảy tầng sang trạng thái
chảy rối (Re > 2000) thì: Repg . 2000.0,0124.10 4 + vpg 0,062(m /s) d 0,04 Q v . .d2 pg 0,062.
.0,042 77,9.10 6 (m / s3) 77,9(cm /s3 ) 4 4
Bài 3 Một máy bơm có công suất Q=0,01m3/s hút
nước từ giếng. Giếng được liên thông với hồ
chứa bằng đường ống gang có đường kính
d=150 mm, chiều dài L=100 m, độ nhám
tương đương Δ=1mm. Tại miệng vào của
đường ống gang có đặt lưới chắn rác biết ξl+v
=6; ξr =1; =?, hệ số nhớt động học
=0,0101cm2/s ở nhiệt độ 200C.
1) Xác định độ chênh H?
2) Vẽ định tính đường năng và đường đo áp cho đoạn ống? lOMoAR cPSD| 59054137 Lời giải
1) Xác định độ chênh H? Sơ đồ tính toán:
Viết phương trình Bernoully cho mặt cắt ướt (1) và mặt cắt ướt (2), mặt chuẩn (O-O)
(2) như hình vẽ ở trên: p1 v12 p2 v22 z1 2g z2 2g hw1 2 L H pa 0 0 pa 0 l v r d 2vg2 H l v r Ld 2vg2 (1-3)
Để mực nước trong giếng không đổi thì lưu lượng qua bơm phải bằng lưu lượng qua
đường ống nối từ hồ sang giếng.
- Có: v 4Q2 4*0,012 = 0,566 (m/s) d *0,15
- Tính : xét trạng thái chảy của nước trong đường ống: lOMoAR cPSD| 59054137
Re vd 0,566*0,15 4 = 84.042 > 2.000 so sánh với 10 d ,500 d hoặc: 0,0101*10 10 3 Re * 84.042 * = 560 > 500 d 0,15
Nước trong ống chảy rối ở khu vực thành nhám thủy lực hay (BPSC). 0,11 d 0,25 0,11 100,15 3 0,25 = 0,0314
- Thay giá trị , và các thông số khác của bài toán vào biểu thức (1-3) ta được: H 6 10,0314 0100,15 2*9,810,5662 = 0,456 (m)
2) Vẽ định tính đường năng và đường đo áp cho đoạn ống?
- Đường năng của dòng chảy: E zp v2 (m) 2g
- Đường đo áp của dòng chảy: Ep z p (m)
Đường năng và đường đo áp đối với đoạn ống được thể hiện trong hình bên dưới: lOMoAR cPSD| 59054137
Đáp số: H = 0,456 (m) Bài 4:
Cho sơ đồ như hình vẽ:
Dầu có khối lượng riêng ρd =940kg/m3, độ nhớt động học ν=10-5m2/s, được vận
chuyển trong các đường ống có đường kính không đổi d=30cm, với lưu lượng Q=0,2m3/s
như hình vẽ. Các ống có chiều cao trung bình các mố nhám Δ=1,0mm. Chiều dài đường
ống hút Lhút=50m và đường ống đẩy Lđẩy=100m. Hệ số tổn thất cửa vào và cửa ra: V = 0,5; R = 1. 1)
Xác định công suất lý tưởng của máy bơm phải cung cấp cho hệ thống để
bơm dầu từ bể thấp hơn sang bể cao hơn? Cho biết: công suất lý tưởng của máy bơm
được xác định theo công thức: Nb=γd.Q.Hb. 2)
Vẽ định tính đường năng và đường đo áp? lOMoAR cPSD| 59054137 Lời giải
1) Xác định công suất lý tưởng của máy bơm: Nb=γd.Q.Hb Sơ đồ tính toán:
a) Xác định chiều cao cột nước do máy bơm tạo ra: Hb = ? (m)
- Viết phương trình Bernoully cho mặt cắt ướt (1) và mặt cắt ướt (2), mặt chuẩn (OO)
(1) như hình vẽ ở trên: p1 v12 p2 v22 z1 2g Hb z2 2g hw1 2 L 0 0 0H h b H 0 0 v r d Ld 2vg2 Hb H v r Lh d Ld 2vg2 (1-4)
b) Xác định hệ số sức cản dọc đường =?
- Có: v 4Q2 4*0,22 = 2,83 (m/s) d *0,3
- Tính : xét trạng thái chảy của dầu trong đường ống hút và đường ống đẩy của máy bơm: lOMoAR cPSD| 59054137 3
Re vd 2,83*0,10 5 = 84.883 > 2.000. D/c rối trong đường ống. Re * 84.883 *10 3 = 283 (10, 500) d 0,3
- Dầu trong đường ống chảy rối ở khu vực quá độ từ khu vực thành trơn thủy lực
sang khu vực thành nhám thủy lực. 0,11 Re68 d 0,25 0,11 Re68 100, 33 0,25 = 0,028
Thay giá trị vào biểu thức (1-4), ta được: Hb (110 100) 0,5 10,028*500 ,1003 * 2*9,812,832 = 16,3 (m)
- Vậy công suất lý tưởng của máy bơm:
NbLT d QHb = 9,81 * 940 * 0,2 * 16,3 = 30,067 (kW)
2) Vẽ định tính đường năng và đường đo áp?
- Đường năng của dòng chảy: E zp v2 (m) 2g
- Đường đo áp của dòng chảy: Ep z p (m)
Đường năng và đường đo áp đối với đoạn ống được thể hiện trong hình bên dưới: lOMoAR cPSD| 59054137
Đáp số: NbLT = 30,067 kW
3.5. Bài tập và đáp án
Bài 1: Tính tổn thất cột nước trên đoạn ống dẫn bằng gang mới, có độ nhám = 0,24 mm, chiều
dài L = 1000 m, đường kính D = 300 mm, trong 2 trường hợp:
1. Nước ở 150C, chảy với vận tốc V = 1,5 m/s? Biết nước = 1,15.10-6 m2/s.
2. Dầu ở 150C, chảy với cùng vận tốc trên? Biết dầu = 4,42.10-6 m2/s.
Đáp số: 1. hd = 7,43 m 2. hd = 8,23 m
Bài 2: Dầu nặng chảy từ A đến B theo một đường ống nằm ngang, có đường kính d = 15
cm, chiều dài l = 900 m. Áp suất tại A là 11 at, tại B là 0,35 at. Hệ số nhớt động
học của dầu = 4,13.10-4 m2/s và khối lượng riêng = 918 kg/m3. Chứng tỏ rằng
dòng chảy trong ống ở trạng thái chảy tầng? Tính lưu lượng dầu trong ống?
Đáp số: Q = 0,038 m3/s lOMoAR cPSD| 59054137
Bài 3: Một máy bơm lấy nước từ bể chứa với lưu lượng
Q=50 l/s. Nước ở nhiệt độ 200 C, áp suất tuyệt
đối trước máy bơm p2=0,3.105 Pa. Trên đường
ống hút bằng gang có d=0,25m và chiều dài
L=50m, có đặt một lưới chắn rác, khuỷu ngoặt
êm và một khóa điều chỉnh.
1) Xác định chiều cao lớn nhất H1max tính từ
mặt nước đến trục máy bơm.
2) Xác định áp suất tại điểm A trong đường
ống (xem hình vẽ). Biết rằng độ sâu đặt lưới
chắn rác h=10m so với mặt thoáng của giếng.
(Cho biết ξl+v=6; ξkh=2,4; ξk=5; hệ số nhớt
động học =0,0101cm2/s; hệ số nhám tương đương của đường ống Δ=1mm).
Đáp số: Hmax = 5,89 m pA = 93,85 kN/m2
Bài 4: Cho sơ đồ như hình vẽ:
Nước ở 150C chuyển qua xi phông có đường kính d=50mm, chiều dài l=10m. Độ
chênh mực nước trong các bể H=1,2m. Điểm cao nhất của xi phông nằm trên mực nước
bể A h=1m, khoảng cách từ cửa vào đến khuỷu S là l1=3m; độ nhớt động học của nước
ở 150C là 0,0115cm2/s; độ nhám tương đương =0,2mm; U = 0,45; V = 0,5; R = 1. 1)
Hãy xác định lưu lượng nước chuyển qua xi phông. 2)
Vẽ định tính đường năng và đường đo áp? lOMoAR cPSD| 59054137 3)
Xác định mặt cắt ướt của xi phông có áp suất tuyệt đối nhỏ nhất? Xác định
giá trị áp suất tuyệt đối nhỏ nhất đó?
Đáp số: 1. Q = 3,42 l/s 3. pmin = 82,69 kN/m2 lOMoAR cPSD| 59054137
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG DÀI THỦY LỰC
Trong tính toán về đường ống, ta phân làm ống dài và ống ngắn. Sự phân loại này
căn cứ vào sự so sánh giữa tổn thất cột nước dọc đường và tổn thất cột nước cục bộ trong
toàn bộ tổn thất cột nước. Mặt khác, ta căn cứ vào các sơ đồ làm việc thực tế của đường
ống dẫn cấp, thoát nước, đường ống dẫn dầu, khí…Hệ thống các đường ống làm việc trong công trình.
4.1. Khái niệm đường ống ngắn, dài thủy lực 1) Khái niệm: -
Đường ống ngắn thủy lực: là đường ống trong đó tổn thất cột nước cục bộ của
dòng chảy đều có tác dụng quan trọng như tổn thất dọc đường. Sơ bộ có thể
nhận dạng đường ống ngắn thủy lực khi hc > 5% hd. (được đề cập, giới thiệu,
tính toán trong chương 2,3). -
Đường ống dài thủy lực: là đường ống trong đó tổn thất cột nước dọc đường là
chủ yếu, tổn thất cột nước cục bộ và cột nước lưu tốc so với tổn thất dọc đường
khá nhỏ có thể bỏ qua không tính nhưng kết quả bài toán vẫn đảm bào yếu tố kỹ
thuật công trình. Sơ bộ có thể nhận dạng đường ống dài thủy lực khi hc < 5% hd.
2) Một số giả thiết tính toán đường ống dài thủy lực: -
Coi dòng chảy trong đường ống thuộc khu vực thành nhám hay khu bình phương sức cản, = n; -
Bỏ qua tổn thất cục bộ, hc = 0; cột nước vận tốc. Đường năng E – E và đường đo áp Ep là trung nhau.
Phần dưới sẽ trình bày các vấn đề cơ bản, cốt lõi tính toán thủy lực đường ống dài và
hệ thống các đường ống.
4.2. Tính toán thủy lực đường ống đơn giản
Khái niệm: Đường ống đơn giản là đường ống có đường kính không thay đổi suốt chiều dài đường ống.
Đối với đường ống đơn giản, ta quan tâm tới vấn đề tổn thất cột nước dọc đường tại
cuối đường ống là bao nhiêu? Có nghĩa là cột áp tại vị trí cuối đường ống có đảm bảo áp
lực để cung cấp cho đường ống tiếp theo hay hệ thống đường ống được kết nối sau đường
ống đơn giản đó? Để giải quyết vấn đề này, ta xây dựng sơ đồ tính và thiết lập công thức
kỹ thuật xác định giá trị của tổn thất dọc đường hd theo các thông số kỹ thuật của đường
ống như: Chiều dài đường ống: L (m); đường kính đường ống: d (m); Lưu lượng nước
chuyển qua đường ống: Q (m3/s). 1) Sơ đồ tính lOMoAR cPSD| 59054137
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán tổn thất dọc đường trên đường ống đơn giản 2)
Thiết lập công thức tính
Tổn thất dọc đường được xác định theo biểu thức: h L v2 d (5-1) d g2
Biến đổi công thức (5-1) theo các thông số kỹ thuật đường ống ta đươc: hd dL 4dQ2 2 21g g d 8 2 5L Q2 (5-2) Đặt: s 8 L 2
5 , đơn vị của s (s2/m5). S – được gọi là hệ số sức cản theo chiều dài. g d
Do đó, tổn thất dọc đường được xác định theo biểu thức: hd sQ2 (5-3)
Ngoài cách biến đổi biểu thức tổn thất dọc đường hd theo phương trình (5-2), ta có
thể biến đổi biểu thức (5-1) theo cách khác như sau:
hd L2 5 Q2 L2 Q2 (5-4) g d K 8 lOMoAR cPSD| 59054137 Với K g d 2
5 , K – là đặc trưng lưu lượng hay mô đun lưu lượng, đơn vị (m3/s). 8
Vậy, tổn thất dọc đường đối với đường ống đơn giản được xác định như sau: hd sQ2
L2 Q s2; L2 (5-5) K K
Ta sử dụng biểu thức (5-5) để tính toán các thông số thủy lực của bài toán hệ thống
đường ống trong công trình. Trong công trình xây dựng ta thường bắt gặp một số bài
toán phổ biến, điển hình về kết nối các đường ống đơn giản thảnh hệ thống đường ống
phức tạp như đề cập dưới đây:
4.3. Tính toán thủy lực đường ống mắc nối tiếp
Xuất phát từ thực tiễn kỹ thuật xây dựng, với mục đích vận chuyển nước từ hồ
chứa, bể chứa, khu sử lý nước sinh hoạt hay nông nghiệp… mà cần dẫn nước tới các
điểm tiêu thụ như: hộ dân, khu dân cư hay vùng canh tác… mà đường ống được mắc
liên tiếp với nhau tạo thành hệ thống đường ống mắc nối tiếp cấp nước theo yêu cầu
thiết kế. Ta xem xét đến mức độ tổn thất cột nước trên hệ thống này như thế nào? 1) Sơ đồ tính
Ta có n đường ống đơn giản mắc nối tiếp như hình 5.2 bên dưới. Mỗi đường ống đều
có các đặc trưng như: hệ số sức cản dọc đường , chiều dài đường ống L, đường kính
đường ống d và lưu lượng chuyển qua các đường ống Q.