MẠCH LƯU CHẤT 1) Nêu các phương pháp làm giảm trở lực trên đường ống dẫn. ♦ Trở lực trên đường ống dẫn : 1 Trở lực ma sát: ∆P m = 2 52 2 Q gD L8 gD2 Lv π λ=λ 2 Trở lực cục bộ: ∆P c = g2 v 2 ξ = gD2 vl 2 tđ λ ♦ Các phương pháp làm giảm trở lực trên đường ống dẫn : 1 Giảm L bằng cách chọn đường ống ngắn nhất. 2 Tăng D. Vì trở lực do ma sát tỷ lệ nghòch với D 5 nên khi tăng D ít thì ∆P m giảm rất nhiều. Tuy nhiên, D tăng thì giá cả tăng nên cần chọn D thích hợp. 3 Giảm λ. + Hệ số trở lực λ tỷ lệ thuận với µ. Chất lỏng muốn giảm trở lực thì tăng nhiệt độ. Mà tăng nhiệt độ quá cao thì sẽ tạo bọt trong chất lỏng, gây va đập thủy lực nên làm tăng trở lực, cho nên cũng cần chọn nhiệt độ thích hợp . + Hệ số trở lực λ còn phụ thuộc độ nhám của thành ống. Do đó cần tìm cách giảm độ nhám trong ống. 4 Giảm ξ bằng cách chọn các dạng ống, van (và độ mở của van), vòi thích hợp. 2) Nêu các đặc điểm của áp suất thủy tónh. ♦ Trong chất lỏng tónh lực mặt chỉ có một thành phần theo phương pháp tuyến với mặt tiếp xúc. Ứng suất của lực mặt gọi là áp suất thủy tónh, kí hiệu p: ω ω p p 0 lim → = ♦ Áp suất thủy tónh có 2 tính chất: 1 Áp suất thủy tónh tác dụng thẳng góc với diện tích chòu lực và hướng vào bên trong diện tích ấy. 2 Trò số áp suất thủy tónh tại một điểm bất kỳ không phụ thuộc hướng đặt của diện tích chòu lực tại điểm này. 3) Hiện tượng xâm thực là gì? Nguyên nhân và tác hại của nó ra sao? ♦ Hiện tượng xâm thực : Khi chất lỏng chuyển động vào miệng bơm ly tâm, do áp suất ở đây thấp hơn áp suất khí quyển nên đã tạo điều kiện cho các khí hòa tan trong chất lỏng bốc hơi tạo ra các bọt khí ở miệng hút của bơm. Các bọt khí này cùng chất lỏng sẽ chuyển động trong cánh guồng. Khi đó áp suất lại tăng lên, khí lại hòa tan ngược vào chất lỏng. Do quá trình bay hơi – ngưng tụ - hòa tan khí xảy ra rất nhanh, thể tích bọt khí tăng lên và giảm đột ngột, dẫn đến áp suất trong các bọt khí có thể đạt tới 100-1000at. Hiện tượng này gọi là hiện tượng xâm thực. Hiện tượng xâm thực tạo ra các va đập thủy lực, bào mòn các kết cấu kim loại, tạo ra các rung động và tiếng ồn. Hiện tượng xâm thực có hại cho bơm do đó cần phải hạn chế. ♦ Cách khắc phục : 1 Giới hạn chiều cao hút của bơm. 2 Xét nhiệt hóa hơi nơi đặt bơm phù hợp chưa. 3 Giảm thiểu tối đa trở lực trên đường ống hút. 4 Tăng áp lực hút bằng cách giảm chiều cao miệng hút của bơm. 4) Nêu công dụng (chức năng) của bầu khí trong hệ thống bơm pittong. Khi bơm có lưu lượng lớn thì lực quán tính cũng sẽ lớn, dẫn đến tổn thất do lực quán tính lớn, do vậy để giảm tổn thất này trong bơm pittong thường thiết kế các bầu khí ở ống hút và ống đẩy của bơm. Bầu khí cấu tạo là hộp kín có chứa khí và được đặt ở đầu hút và đầu đẩy của bơm. Khi bơm hút hoặc đẩy chất lỏng, một phần chất lỏng sẽ đi vào bầu khí chứa trong đó và nén khí trong bầu khí. Khi áp lực trong dòng chảy giảm dần (thấp hơn áp lực khí trong bầu khí) thì phần chất lỏng bầu khí sẽ chảy ra hòa chung với dòng chảy làm tăng độ điều hòa của dòng chảy, giảm bớt lực quán tính của dòng chảy. 5) Chiều dài tương đương của van cút, tê hay chỗ có trở lực cục bộ được đònh nghóa như thế nào? Chiều dài tương đương được đònh nghóa như chiều dài của một đoạn ống thẳng có cùng tổn thất năng lượng tại van, cút trong điều kiện như nhau. 6) Có mấy loại bơm? Kể tên của chúng, phạm vi và giới hạn ứng dụng. Theo nguyên lý hoạt động, bơm chất lỏng được chia làm 3 nhóm chính như sau: ♦ Bơm thể tích : việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích của không gian làm việc trong bơm. Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay đổi và sẽ cung cấp năng lượng cho chất lỏng. Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do: 1 Chuyển động tònh tiến: bơm pittong. 2 Chuyển động quay: bơm roto. Đặc điểm của bơm thể tích: 1 Lưu lượng của chất lỏng không đều và ít phụ thuộc vào áp suất của bơm. 2 Bơm có thể tạo ra áp suất cao, giá trò áp suất phụ thuộc vào công suất của bơm. • Bơm pittong: 2 Được sử dụng khi cần áp lực lớn và lưu lượng nhỏ. 3 Bơm các loại dung dòch có độ nhớt cao (dầu mỡ, bột nhão,…) • Bơm roto: 4 Bơm bánh răng: có thể tạo được áp suất tới 25at (khi lưu lương tối đa là 58m 3 /h). Bơm thường dùng để vận chuyển các loại chất lỏng có độ nhớt cao từ 0,2 ÷ 100 cm 2 /s. 5 Bơm cánh trượt: có thể tạo được áp suất tới 70at và lưu lượng tới 3,5 l/s. 6 Bơm pittong quay: có thể tạo được áp suất 300at khi lưu lượng khoảng 7 l/s. 7 Bơm trục vít. ♦ Bơm động lực : việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động quay tròn của các bơm, khi đó động năng của cánh quạt sẽ truyền vào chất lỏng tạo năng lượng của dòng lỏng. Năng lượng của chất lỏng truyền vào cánh quạt có thể dưới dạng: 1 Lực ly tâm: bơm ly tâm. 2 Lực đẩy của cánh quạt: bơm hướng trục. 3 Lực ma sát: bơm xoáy lốc. • Bơm ly tâm: 8 Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống vì có nhiều ưu điểm: lưu lượng đều, gọn, nhẹ, có số vòng quay lớn nên có thể nối trực tiếp với động cơ, cấu tạo đơn giản, ít chi tiết, có lưu lượng lớn. 9 Không sử dụng đối với lưu chất có độ nhớt cao. 10 Không sử dụng đối với lưu chất dễ gây cháy nổ. • Bơm hướng trục: 11 Dùng khi lưu lượng lớn mà cột áp thấp. Loại này cấu tạo gọn, chắc chắn nhưng chiều cao hút thấp. Thông thường để hoạt động tốt bánh guồng phải đặt dưới mực chất lỏng. • Bơm xoáy lốc: 12 Bơm xoáy lốc có khả năng tạo ra cột áp cao gấp hai đến ba lần so với bơm ly tâm có cùng kích thước và số vòng quay, do đó có khả năng tự hút cao. Nhưng do tiêu hao năng lượng ma sát lớn nên hiệu suất bơm thấp, chỉ đạt 0,25 ÷ 0,48. 13 Bơm xoáy lốc có hệ số quay nhanh n s = 10 ÷ 25, do vậy có phạm vi ứng dụng gần giống như bơm thể tích (loại bơm roto) ♦ Bơm khí động : việc hút và đẩy chất lỏng được thực hiện nhờ sự thay đồi áp suất của dòng khí chuyển động trong bơm và tạo năng lượng cho dòng chảy. 14 Bơm ejector: việc thay đổi áp suất dòng khí sẽ tạo ra lực lôi cuốn chất lỏng chuyển động cùng dòng khí. 15 Thùng nén: tạo áp suất trên bề mặt chất lỏng nhằm tạo cho chất lỏng có thế năng cần thiết để chuyển động. • Bơm phun tia (ejector): 16 Được sử dụng trong công nghiệp với 2 loại: bơm phun tia bằng nước và máy nén phun tia bằng hơi nước. 7) Khi nào cần ghép 2 bơm song song và nối tiếp? Vẽ đường đặc tuyến bơm cho 2 trường hợp trên. ♦ Ghép bơm làm việc song song: khi cần giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng. Trên đồ thò1: - Điểm A 1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với lưu lượng Q 1 - Điểm A 2 là điểm làm việc của 2 bơm với lưu lượng Q 1-2 ở đây: Q 1-2 < 2Q 1 ♦ Ghép bơm làm việc nối tiếp: khi cần giữ nguyên lưu lượng và tăng cột áp. Trên đồ thò 2: - Điểm A 1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với cột áp H 1 . - Điểm A 2 là điểm làm việc khi ghép 2 bơm nối tiếp. 8) Chiều cao hút của bơm là gì? Tại sao chiều cao này bò giới hạn và giới hạn tối đa là bao nhiêu? Chiều cao hút của bơm là chiều cao đặt bơm. Chiều cao hút của bơm phải bò giới hạn vì nếu chiều cao hút lớn sẽ xảy ra hiện tượng xâm thực. Chiều cao hút của bơm được xác đònh theo công thức:       ∆+++ ρ − ρ ≤ ∑ h g2 v h g p g p z 2 1 1 t 1 max1 (m) Trong đó: p 1 : áp suất bể hút(N/m 2 ) p t : áp suất hơi bão hoà ở miệng hút(N/m 2 ) ∑h 1 : tổng trở lực ống hút (m) v 1 : vận tốc ống hút (m/s) ∆h: tổn thất ma sát do xâm thực ∆h= 3/4 c Qn62,5         (m) C: là hệ số xâm thực C= 500 ÷ 1000 9) Dựa vào chi tiết nào của bơm để phân biệt bớm cao áp và bơm thường? Phân biệt dựa vào cánh guồng của bơm. 10) Các số liệu đo được trong thí nghiệm này cũng như dòng chảy của lưu chất có ổn đònh không? Tại sao? Trong thí nghiệm này dòng chảy của lưu chất không ổng đònh vì: 17 Bơm cung cấp lưu lượng không ổn đònh. 18 Nhiệt độ của chất lỏng tăng dần trong quá trình thí nghiệm. 11) Nguyên tắc đo lưu lượng của lưu lượng kế màng chắn và venturi? Đây là phép đo trực tiếp hay gián tiếp? Nguyên tắc chung của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng để đo lưu lượng. Vận tốc trung bình ở vò trí sau ống được tính theo công thức tổng kê năng lượng: ( ) 4 2 1 P CV β−γ ∆ = Trong đó: 1 C: hệ số của màng chắn và venturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re. 2 ∆P: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m 2 3 γ: Trọng lượng riêng của lưu chất, N/m 3 4 1 2 d d =β : Tỉ số giữa dường kính cổ venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên đường kính ống Do đó lưu lượng qua màng chắn hay qua venturi: 1122 AVAVQ == Phép đo lưu lượng này là phép đo gián tiếp thông qua độ giảm áp của cột nước. 12) Có mấy loại van? Vẽ đặc tuyến riêng của vài loại van sử dụng trong hệ thống cấp thoát nước đã học hoặc đã biết? Các loại van Lưu lượng Độ đóng mở Van bướm Lớn Nhanh Van cửa Lớn Chậm Van cầu Nhỏ Nhanh Van kim Nhỏ Chậm Q/Q max Van cầu Van kim Van cửa Độ mở 13) Cho biết các công thức tính hệ số ma sát phụ thuộc vào Re? Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng và độ nhám của thành ống dẫn. ♦ Chế độ chảy màng (Re < 2320) : Đối với ống thẳng thì hệ số ma sát không phụ thuộc vào độ nhám mà chỉ phụ thuộc vào chế độ chuyển động và hình dạng mặt cắt ngang của ống. Re A =λ A: hệ số phụ thuộc hình dạng mặt cắt ngang của ống. Nếu là hình tròn thì A = 64. ♦ Chế độ chảy quá độ (2320 < Re < 4000) : Hệ số ma sát được tính theo công thức thực nghiệm của Braziut: 025,0 Re/3164,0Re = ♦ Chế độ chảy xoáy (Re ≥ 4000) : Re giới hạn trên: 7/8 gh )/d(6Re ε≈ tđ Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: ( ) 8/9 n /d220Re ε= tđ Khu vực nhẵn thủy lực: Khi 4000 < Re < Re gh : ( ) 2 64,1Relg8,1 1 − =λ Khu vực nhám: Khi Re > Re n : ( ) [ ] ε+ =λ / tđ d2lg1,14 1 Khu vực quá độ: Khi Re gh < Re < Re n : 25,0 Re 100 d 46,11,0         + ε ≈λ tđ Với tđ d ε = 0,00008 – 0,0125 Với chế độ chảy xoáy ta có thể sử dụng công thức sau để tính hệ số ma sát cho cả 3 khu vực: ( ) [ ] 7,3/Re8,6lg2 9,0 ∆+−=λ Trong đó: tđ d/ε=∆ : độ nhám tương đối 14) Cho biết các công thức tính hệ số lưu lượng của lưu chất qua lỗ bình hay từ các bồn chứa cao vò. Hệ số lưu lượng : C d = C C . C V (C d < 1) 1 C C : hệ số co hẹp 2 C V :hệ số lưu tốc Đối với chất lỏng có độ nhớt bé (như xăng, dầu lửa, nước,…) ta có thể chọn: C C = 0,63 ; C V = 0,97 và C d = 0.61 Đối với nước chảy qua lỗ tròn thành mỏng d ≥ 1cm, khi Re > 10 5 với H ≥ 2m thì: C C = (0,63 ÷ 0,64) ; C V = (0,97 ÷ 0,98) ; C d = (0,60 ÷ 0,62) Tất cả các hệ số dòng chảy như C C , C V , C d đều phụ thuộc vào Re. Khi Re H = ν d.gH2 > 10000 thì: C d = 0,592 + H Re 5,5 (công thức A. D. Ansun) 15) Vẽ đồ thò quan hệ giữa độ nhớt của chất lỏng và chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. Viết công thức cho mối quan hệ đó. µ khí lỏng t ♦ Đối với chất khí : độ nhớt gia tăng theo nhiệt độ nhưng không phụ thuộc áp suất khi áp suất thay đổi trong một giới hạn không lớn. Quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ có thể được mô tả bằng công thức Sutherland: ST ST T T o 2/3 oo + +         = µ µ Cho không khí: µ o = 1,78.10 -6 poise ở T o = 288 o K, S = 113 o K ♦ Đối với chất lỏng : Quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ: µ = µ o / (1+A 1 T+B 1 T 2 ) Hoặc: µ/µ o = A 2 exp[B 2 (1/T – 1/T o )] Với: 1 A i , B i (i= 1, 2) là các const phụ thuộc vào loại chất lỏng. 2 T, T o :nhiệt độ tuyệt đối. 3 µ o :hệ số nhớt ở 0 o C 4 µ :hệ số nhớt ở T o K 16) Đònh nghóa độ dốc thủy lực. Đường năng: đường biểu diễn sự thay đổi năng lượng của một đơn vò trọng lượng chất lỏng dọc theo dòng chảy. Đối với chất lỏng lý tưởng chuyển động dừng, năng lượng không thay đổi dọc theo dòng nguyên tố nên đường năng là đường nằm ngang. Đối với chất lỏng nhớt, luôn có tổn hao năng lượng dọc theo dòng chảy do tính nhớt nên năng lượng ở mặt cắt sau luôn nhỏ hơn năng lượng ở mặt cắt trước. Vì vậy, đường năng luôn có xu hướng đi xuống. Sự tổn hao năng lượng phụ thuộc vào chiều dài dòch chuyển và hình dạng ống. Để đánh giá cường độ biến thiên tổng cơ năng đơn vò dọc theo dòng chảy người ta dựa vào khái niệm độ dốc thủy lực: J = -de/dl Thông thường người ta hay dùng đại lượng độ dốc thủy lực trung bình: J tb = h w /l Với h w là tổng tổn thất năng lượng đơn vò trên quãng đường l. Độ dốc thủy lực: tổn thất năng lượng trên một đơn vò chiều dài. 17) Dựa vào cấu tạo của lưu lượng kế màng chắn và venturi, cho biết hệ số lưu lượng cái nào lớn hơn? Tại sao? Do ventury co hẹp dần, màng chắn co hẹp đột ngột nên hệ số lưu lượng của ventury lớn hơn của màng chắn. 18) Khi thiết kế, tính toán xong bơm hay quạt, muốn chọn chúng theo tài liệu của nhà máy sản xuất sẵn ta phải dựa vào các thông số nào của chúng? Các thông số: năng suất, công suất tiêu thụ và cột áp của bơm (là năng lượng riêng thu được khi đi từ ống hút đến ống đẩy của bơm) 19) Hãy nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm ly tâm? Giải thích tại sao phải mồi nước trước khi cho bơm chạy? ♦ Cấu tạo : (xem hình 10.14, p124) gồm vỏ bơm 1, bánh guồng 2 – trên đó có các cánh hướng dòng 3. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động 4. Ống hút 5 và ống đẩy 6. ♦ Nguyên tắc hoạt động : trước khi hoạt động, bơm ly tâm cần được mồi nước trong bánh guồng. Khi bánh guồng quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng trong bánh guồng sẽ chuyển động theo cánh hướng dòng từ tâm bánh guồng ra mép bánh guồng và đi theo vỏ bơm ra ngoài. Vỏ bơm được cấu tạo theo hình xoắn ốc có tiết diện lớn dần, có tác dụng làm giảm bớt vận tốc dòng chảy và tăng áp lực dòng chảy. Khi chất lỏng trong bánh guồng chuyển động ra ngoài, dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ tạo ra áp suất chân không tại tâm bánh guồng. Do có sự chênh lệch áp suất ở bên ngoài và tâm bánh guồng, chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào bánh guồng, tạo thành dòng chất lỏng chuyển động liên tục trong bơm. ♦ Phải mồi nước trước khi cho bơm chạy : để trong bơm không còn không khí mà chỉ còn chất lỏng. 20) Ngoài màng chắn và ventury còn có lưu lượng kế nào khác không? Nêu tên và phạm vi ứng dụng của chúng. ♦ Theo độ chênh lệch áp suất biến thiên : màng tiết lưu (gồm màng tiết lưu chuẩn và phi tiêu chuẩn), van tiết lưu, ống tiết lưu (ống tròn đều, ống ventury) ♦ Theo độ chênh lệch áp suất không đổi : loại thường (dùng phao, ratomet thủy tónh), ratomet vi sai, ratomet từ và khí nén. ♦ Theo vận tốc dòng chảy : lưu tốc kế (kiểu tuabin, cảm ứng điện từ, nhiệt điện trở cầm tay), ống lưu tốc, bánh xe lăn. ♦ Theo phương pháp thể tích : lưu lượng kế (kiểu buồng, kiểu bánh răng, kiểu pittong) dùng bình đònh lượng. 21) So sánh độ chính xác của 2 loại lưu lượng kế màng chắn và ventury. Giải thích. Lưu lượng kế ventury chính xác hơn vì: - Do hệ số lưu lượng của ventury lớn hơn màng chắn. - Do ventury co hẹp dần, trong khi màng chắn lại co thắt đột ngột. ⇒ Ventury ít tổn thất hơn. 22) Việc thiết lập công thức xác đònh tổn thất ma sát theo quãng đường dựa vào lý thuyết nào? Trình bày nội dung của nguyên lý đó. ♦ Chế độ chảy tầng : công thức xác đònh tổn thất ma sát theo quãng đường được thiết lập dựa trên: 1 Đònh luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng (phương trình Bernoulli). 2 Đinh luật cơ học I của Newton (dòng chảy đều trong ống thì tổng các lực tác dụng bằng 0) ♦ Chế độ chảy rối : công thức xác đònh tổn thất ma sát theo quãng đường được thiết lập dựa vào thực nghiệm và dùng phương pháp phân tích thứ nguyên. Nguyên tắc đồng nhất về thứ nguyên của Fourier: một phương trình biểu thò một mối quan hệ vật lý nào đó giữa một số đại lượng phải đồng nhất về thứ nguyên, tức là thứ nguyên của mỗi vế của phương trình phải như nhau. Đònh lý π (Buckingham): Một quy luật vật lý được biểu thò bằng hàm quan hệ giữa n các đại lượng có thứ nguyên, trong đó có k đại lượng có thứ nguyên độc lập, thì quy luật vật lý đó cũng có thể được biểu thò bằng hàm quan hệ giữa s = n – k các đại lượng vô thứ nguyên π i .