Trước tiến chúng tôi sẽ giải thích khái niệm của thuật ngữ này, lưu lượng dòng chảy chính là lượng chất lỏng chảy qua mặt cắt ngang của một ống dẫn chất lỏng trong một đơn vị thời gian nhất định. Chúng thường được dùng để đo chất lỏng như nước, dầu, dung môi … Show Đối với bể bơi, lưu lượng dòng chảy là một đơn vị để xác định lượng chất lỏng chảy qua hệ thống đường ống, bình lọc bể bơi cũng như các thiết bị bể bơi khác như máy bơm, máy thổi khí … trong một đơn vị thời gian nhất định nào đó.  Chỉ số này có ý nghĩa rất quan trọng giúp chúng ta biết được lịch trình vận động của chất lỏng để từ đó tính toán thời gian, công suất lọc phù hợp. Ngoài lịch trình lọc, một lý do rất quan trọng để người quản lý kỹ thuật tại bể bơi cần phải nắm được chỉ số lưu lượng dòng chảy thực tế là do yêu cầu dòng chảy đối với một số thiết bị bể bơi. Ví dụ: tất cả các bộ lọc nhóm có tốc độ dòng được thiết kế tối đa, đó là lưu lượng dòng tối đa mà bộ lọc có thể xử lý trước khi bạn có nguy cơ làm hỏng bộ lọc hoặc phương tiện lọc. Máy gia nhiệt bể bơi cũng có tốc độ dòng chảy tối thiểu, cũng như tốc độ dòng chảy tối ưu mà bạn sẽ cần thiết để đo lưu lượng dòng chảy để có những cách cài đặt các thông số sao phù hợp. Công thức tính lưu lượng dòng chảy qua ống trònThứ #1: Công thức tính lưu lượng dòng chảy cơ bảnLưu lượng dòng chảy được xác định công thức tính khác nhau áp dụng cho các trường hợp khác nhau như, tính lưu lượng dòng chảy qua ống tròn, qua bình lọc hay qua máy bơm, máy gia nhiệt…. Ở phạm vi bài viết này Hafuco sẽ chia sẻ cho quý vị công thức tính lưu lượng của dòng nước chạy qua ống tròn: Q = A*v * Trong đó: – Q: Lưu lượng dòng chảy – A: Tiết diện mặt ngang: Thuật ngữ này được định nghĩa đó là mặt phẳng cắt của một hình khối tròn, trụ,.. Công thức tính tiết diện (trong trường hợp này nó là công thức tính diện tích của hình tròn với bán kính r của ống tròn): A(tiết diện) = S (mặt phẳng tròn) = 3.14 x r² – v: Vận tốc (tốc độ dòng chảy): Công thức tính vận tốc nước chảy trong ống: v = Căn bậc 2 của 2gh = √(2gh) * Trong đó: – g đại lượng đo gia tốc có giá trị bằng 9.81 – h là chiều cao của cột nước (đơn vị m) =>>>> Từ công thức trên tác có được cơ sở để tính toán và lắp đặt các công trình máy, hệ thống đường ống bể bơi và khả năng tưới trong thủy lợi khi dùng ống tròn dẫn nước. Thứ #2: Công thức tính lưu lượng dòng chảy dựa theo thủy lựcCách tính trên dùng để tính sơ bộ, xác định lưu lượng. Còn một cách tính chính xác nhất đó là dựa theo thủy lực, cách tính này phụ thuộc vào độ co hẹp ngang; hệ số lưu lượng… Theo đó, công thức tính lưu lượng nước chảy trong ống được tính theo. QTT = QVC + α x QDD (l/s). Trong đó: – QTT: lưu lượng nước chảy bên trong ống – α: Hệ số phân bố lưu lượng dọc đường ống, thông thường thì α = 0.5 (Q ở đoạn đầu ống max và cuối ống =0). – QDD: Lưu lượng dọc đường của phân đoạn ống đang xem xét (đơn vị tính l/s). Trong trường hợp mà đoạn ống đang tính chỉ có lưu lượng phân phối dọc đường mà không có lưu lượng vận chuyển thông qua đoạn ống đó tới các điểm ở phía sau và lưu lượng ấy lại đi ra tại các nút cuối thì QVC = 0. Lúc này, lưu lượng tính toán của đoạn ống sẽ là lưu lượng tại dọc đường từ đầu tới cuối đoạn ống => Lưu lượng sẽ luôn thay đổi từ QDD → 0. Trường hợp mà các điểm lấy nước từ 20-25 trên mỗi đoạn ống, lúc này để đơn giản hoá trong quá trình tính toán, người ta thường đưa lưu lượng dọc đường về 2 nút (điểm đầu và điểm cuối) và gọi là lưu lượng nút (QN). QN=0.5 x ∑QDD + QTTR (l/s) Vì thế, lưu lượng tính toán của mỗi phân đoạn ống là tổng của các thành phần: lưu lượng của các đoạn ống liền kề sau nó và lưu lượng nút của cuối phân đoạn ống tính toán. Công thức. QTT(A) = QVC + QN(B). Đơn vị tính (l/s). Tổng kết: Như vậy lưu lượng dòng chảy chính là lượng nước chảy qua thiết bị trong đơn vị thời gian nhất định. Nếu quý vị cần tư vấn thêm về vấn đề này hoặc các vấn đề khác liên quan hệ lắp đặt thiết bị bể bơi và các thiết bị lọc nước tuần hoàn bể bơi vui lòng liên hệ hotline 0968115000 hoặc đến trực tiếp trụ sở của công ty Hafuco tại số Số 42 – ngõ 139/107A – đường Phú Diễn – quận Bắc Từ Liêm – TP. Hà Nội để được tư vấn chi tiết.
Chương 6: Trạng thái chuyển động và tổn thất năng lượng của dòng chảy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (199.71 KB, 19 trang ) Cơ học chất lỏng 130 Cơ học chất lỏng 131 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- - Trạng thái chảy mà trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động thành từng lớp riêng lẻ không xáo trộn vào nhau gọi là trạng thái chảy tầng. - Trạng thái chảy mà trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn, trộn lẫn vào nhau gọi là trạng thái chảy rối. - Nếu làm thí nghiệm theo chiều ngược lại thì dòng chảy sẽ chuyển từ chảy rối qua chảy tầng. - Trạng thái chảy quá độ từ tầng sang rối hoặc rối sang tầng gọi là trạng thái chảy phân giới. t Ở trạng thái chảy tầng, nếu tăng dần tốc độ dòng chảy thì ở vận tốc V fg sẽ hình thành quá trình chuyển trạng thái chảy từ chảy tầng sang chảy rối. t Vận tốc V fg được gọi là vận tốc phân giới trên. Thực hiện ngược lại, ở trạng thái chảy rối, nếu giảm dần tốc độ dòng d giá trị vận tốc V fg sẽ hình thành quá trình chuyển trạng thái chảy từ chảy d rối sang chảy tầng. Vận tốc V fg được gọi là vận tốc phân giới dưới. Hình 6.2 Các trạng thái chảy của chất lỏng Thực nghiệm cho thấy các giá trị phân giới phụ thuộc vào lọai chất lỏng t d cũng như phụ thuộc vào đường kíng ống dẫn, tuy nhiên V fg > V fg cho mọi chất lỏng và mọi loại ống. II. Tiêu chuẩn phân biệt trạng thái chảy Để phân biệt trạng thái chảy của dòng lưu chất Reynolds đã đưa ra đại lượng không thứ nguyên Re , được gọi là hệ số Reynolds: Re = Vd ν trong đó: V là vận tốc trung bình của lưu chất (m/s); D là đường kính ống dẫn lưu chất (m); ν là hệ số nhớt động học của lưu chất (m2/s). 131 Cơ học chất lỏng 132 --------------------------------------------------------------------------------------------------------d t Nếu ta gọi V fg và V fg là vận tốc phân giới trên và vận tốc phân giới dưới thì các giá trị Re ứng với các vận tốc này cũng được gọi là trị số Reynolds phân giới trên và phân giới dưới, được xác định như sau: V fgt .d t Re fg = ν V fgd .d d Re fg = ν Thí nghiệm cho thấy rằng: d - Khi Re < Re fg chất lỏng chuyển động ở trạng thái chảy tầng; t - Khi Re > Re fg chất lỏng chuyển động ở trạng thái chảy rối; d t - Khi Re fg < Re < Re fg chất lỏng chảy ở trạng thái chảy quá độ (có thể là chảy tầng hoặc chảy rối); t - Giá trị Re fg thường dao động trong khoảng 12.000-50.000. Ngược lại, Redfg luôn ổn định: Redfg = 2320 cho mọi loại chất lỏng và không phụ thuộc vào đường kính ống dẫn. d Vì Re fg luôn ổn định, do đó người ta dùng hệ số Reynolds phân giới d dưới Re fg làm tiêu chuẩn để phân biệt trạng thái chảy: Khi Re<2320 dòng chất lỏng chuyển động ở trạng thái chảy tầng; Khi Re>2320 dòng chất lỏng chuyển động ở trạng thái chảy rối. Khi dòng chất lỏng chuyển động trong kênh thì trị số Reynolds được xác định như sau: VR Re = ν trong đó R là bán kính thủy lực. B. TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY I. Phân loại tổn thất năng lượng Dòng chất lỏng thực chuyển động bao giờ cũng sinh ra tổn thất năng lượng. Trong phương trình Bernoulli, đại lượng hw phản ánh tổn thất năng lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng thực khi chuyển động từ mặt cắt này tới mặt cắt khác. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới hw : 132 Cơ học chất lỏng 133 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- - Lực ma sát nhớt gây ra trong nội bộ dòng chảy hoặc giữa dòng lưu chất và thành rắn của ống hoặc kênh. - Sự thay đổi tiết diện dòng chảy hoặc thay đổi hướng chuyển động của dòng chảy một cách đột ngột. - Sự thay đổi trạng thái của dòng chảy. Nếu dựa vào nguyên nhân phát sinh tổn thất, có thể chia tổn thất năng lượng thành hai loại: tổn thất năng lượng dọc đường (hd) và tổn thất năng lượng cục bộ (hc). n m i =1 j =1 hw = ∑ hdi + ∑ hcj n ∑h i =1 di (6.1) : tổng các tổn thất năng lượng dọc đường trên cả chiều dài đang xét. m ∑h j =1 cj : tổng tổn thất năng lượng cục bộ trên đoạn dòng chảy đang xét. 1. Tổn thất dọc đường hd Tổn thất dọc đường sinh ra do sự xuất hiện lực nội ma sát (ứng suất tiếp) khi có sự chuyển động tương đối giữa các lớp chất lỏng với nhau hoặc giữa dòng lưu chất và thành rắn trên toàn bộ chiều dài dòng chảy. Thực nghiệm cho thấy hd phụ thuộc vào trạng thái chảy. Thí nghiệm trên một ống tròn có đường kính d không đổi được đặt nằm ngang. Lấy một đoạn ống dài l giới hạn bởi hai mặt cắt (1-1) và ( 2-2). Lấy mặt chuẩn trùng với trục ống. Viết phương trình Bernoulli cho đoạn dòng chảy giữa hai mặt cắt (1-1) và (2-2): p1 α1V12 p2 α 2V22 z1 + + = z2 + + + hw γ 2g γ 2g ở đây, z1 = z2 = 0; v1= v2; α1 = α2, hw = hd, do đó : hd = p1 − p2 , γ tức là cột nước tổn thất hd được đo bằng độ lệch của hai ống đo áp, thí nghiệm với nhiều cấp lưu lượng Qi khác nhau ta được nhiều cặp Vi và hdi tương ứng được biểu diễn trên hình 6.3. Đường OABCD biểu diễn quan hệ hd – V trong quá trình chuyển từ chảy tầng sang chảy rối. Đường DCAO biểu diễn quan hệ ngược lại: từ rối sang tầng. 133 Cơ học chất lỏng 134 --------------------------------------------------------------------------------------------------------d - Khi V < V fg dòng chảy ở trạng thái chảy tầng. Đoạn tuyến tính OA biểu diễn hai quá trình chuyển đổi ngược nhau: quá trình chuyển từ chảy tầng sang chảy rối và ngược lại, quá trình chuyển từ chảy rối sang chảy tầng. Hình 6.3 Thí nghiệm xây dựng đặc tính hd – V Ở trạng thái chảy tầng ứng với đoạn OA, hd tỷ lệ bậc nhất với vận tốc: hd = K1V K1 là hệ số tỷ lệ. t - Khi V > V fg dòng chảy ở trạng thái chảy rối. Đoạn cong bậc m, 1 < m < 2 , CD, biểu diễn hai quá trình trùng nhau: chuyển từ chảy tầng sang chảy rối và ngược lại, chuyển từ chảy rối sang chảy tầng. Trên đoạn này: hd = K 2 .V m K2 là hệ số tỷ lệ. d t - Khi V fg ≤ V ≤ V fg đường biểu diễn hai quá trình không trùng nhau. Với quá trình chuyển từ chảy tầng sang chảy rối, trong giới hạn này vẫn là chảy tầng, được biểu diễn bởi đoạn thẳng AB có hd tỷ lệ bậc nhất với vận t tốc V và có cùng độ dốc với độ dốc của đoạn OA. Khi V > V fg , quan hệ trên đột ngột chuyển sang quan hệ bậc m, 1 < m < 2 . Trong quá trình ngược lại, dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy rối sang chảy tầng, cũng trong giới hạn trên nhưng dòng chảy lại ở trạng thái chảy rối. Đường cong CA biểu diễn quá trình này có phương trình dạng: hd = K 2 .V n trong đó 1 < n < 2 nhưng n |
