Tìm hiểu về hiện tượng va đập thủy lực

Tìm hiểu về hiện tượng va đập thủy lực

1


NỘI DUNG

1.Khái niệm va đập thủy lực

2. Các phương trình cơ bản

3. Biện pháp khắc phục

2


1. Khái niệm



Va đập thuỷ lực là hiện tượng tăng hoặc
giảm áp suất đột ngột trong ống khi vận tốc
dòng chảy giảm hoặc tăng đột ngột.

Bản chất
1.
2.

Máy nén ,tua bin hút khí lẫn lỏng
Trong chất lỏng nhưng có áp suất chênh lệch đột ngột hoặc dừng đột ngột

3


1. Khái niệm

Phân loại

Va đập thủy lực

•

suất sẽ tăng vọt lên

dương

Va đập thủy lực
âm

Khi vận tốc lớn trong ống dừng lại do đóng khố một cách đột ngột thì áp

•

Khi mở khoá đột ngột làm cho chất lỏng tĩnh trong ống đột nhiên chuyển
động với vận tốc lớn, áp suất trong dòng chảy sẽ giảm hẳn xuống

4


II. Các phương trình cơ bản

 Trong vật lý, chúng ta đã biết rằng, tốc độ âm thanh phụ thuộc vào độ nén của chất lưu theo biểu thức tổng quát:
:p là áp suất riêng,
(1)

Trong đó

:là mật độ (khối lượng riêng),
:.

Modul thể tích là một độ đo thay đổi thể tích tương đối của 1 chất lưu hoặc chất do thay đổi áp suất
, đại diện cho hệ số nén thể tích
Như vậy, để thể tích của chất lưu thay đổi 100% (tức là , chúng ta có thể viết:
(2)
 

5


 Phương trình chuyển động cho dịng khơng ổn định của chất lưu nén qua một ống đàn hồi đặt nằm
ngang

c

Phương trình cân bằng phân tố chất lưu nằm giữa 2 tiết diện 1 – 2, có diện tích A và độ dày dx là:

 Do tốc độ (phụ thuộc khoảng cách và thời gian). Nên ta có thể viết:



(5)

Ta có :
Thay (5)-> (4)



(6)

Phương trình chuyển động cho dịng khơng
ổn định của chất lưu nén qua 1 ống đàn hồi
nằm ngang

6


 

Đối với phương trình liên tục, ở đây có thể viết trong dạng tổng quát:

 

Bỏ qua sự thay đổi khối lượng riêng cũng như sự thay đổi tiết diện A theo khoảng cách x,
ta nhận được:

-

Hay (7)


Hay

-

Các biểu thức trên cho thấy, gia số giữa khối lượng chảy vào tiết diện 1 và chảy ra khỏi tiết diện 2 sau một

(8)

Mà

thời gian dt làm xuất hiện sự thay đổi khối lượng chứa trong thể tích Adx.


7


 

Cả 2 phương trình (6) và (10) đều định nghĩa sự tồn tại của chất lưu nén trong ống đàn hồi.



Thay vào (8)
(9)
Giá trị thay đổi toàn phần của áp suất dp được viết dưới dạng:
hay
Cuối cùng, ta có biểu thức

 Nếu kết hợp phương trình thay đổi trạng thái và phương trình có kể đến thay đổi tiết diện ống
theo thay đổi áp suất , chúng ta có thể xác định được tốc độ, áp suất ở mỗi tiết diện và ở mọi thời

(10)

điểm
và

Phương trình chuyển động cho dịng khơng
ổn định của chất lưu nén qua 1 ống đàn hồi
nằm ngang

8


 Chúng ta có thể đặt tồn bộ biểu thức trong ngoặc đơn thứ nhất của phương trình (10) là hằng số K. Về đặc tính của đại lượng này chúng ta có thể hình dung được khi xem xét ý nghĩa của biểu thức ; giá trị tỷ số bằng bình
phương của tốc độ âm thanh

Cịn liên quan đến sự thay đổi tiết diện ống chúng ta có thể coi là giá trị hiệu chỉnh tốc độ lan truyền chấn động áp suất (nhiễu áp suất) trong ống đàn hồi. Nếu chúng ta ký hiệu nó là tốc độ sóng va đập thì:

(10)
có thể thay gần đúng bằng giá trị trung bình của khối lượng riêng chất lưu trong phạm vi cột chất lưu được khảo sát.

9


 Như vậy (11)

M ; Như vậy:
chúng ta tính tốn cho ống có đường kính d và chiều dày s như sau:
Ứng suất trong vách sinh ra do tăng áp suất sẽ là: (12)
ở chu vi , theo định luật Hook chúng ta có : (13)
E : modul đàn hồi vật liệu sản xuất ống

độ giãn tương đối

-

Độ tăng toàn bộ của đường kính có độ giãn tương đối giống như độ giãn tương đối của chu vi:

10


 Nên có thể viết:
Sự thay đổi tiết diện:
Từ đó, ta có và

Như vậy, tốc độ sóng va đập có thể viết:

11


 

c
A

 
x

• Xét trường hợp đóng van tức thì và có xảy ra hiện tượng nén
• Giả sử áp suất được nâng lên theo tỷ lệ thuận , ta có đẳng thức :
•m
Ax

• Hay

 

• Suy ra

=-

12


 Lại có :

= =

và C = -

Ta được
=c=
Trong đó :

Giá trị áp suất tăng
: khối lượng riêng
: tốc độ của dòng chảy lúc đầu
: vận tốc âm thanh trong chất lưu

Đối với trường hợp va đập tồn phần có xảy ra hiện tượng biến dạng ống

=

: tốc độ va đập sóng

13


TỔNG KẾT

•
 

Phương trình chuyển động cho dịng khơng ổn định của chất lưu nén qua 1 ống đàn hồi nằm ngang

Áp suất trong trường hợp đóng van tức thời :
 

•
•
•

Ống không dãn : = c =
Ống dãn : =
Tốc độ truyền áp lực :

14


3. Biện pháp khắc phục

1.

Đóng mở khóa van từ từ, tức là tránh va đập trực tiếp

2.

Dùng ống lớn để giảm vân tốc dịng chảy

3.

Dùng vật liệu làm ống có mơmen đàn hồi bé

4.

Lắp bình điều tiết trên đường ống để tháo chất lỏng ra khi áp suất vượt trị số định trước hoặc làm giếng điều tiết trong các trạm thủy điện

5.

Lắp đặt van giảm áp trên đường ống đẩy,ngay sát bơm

6.

Giảm độ dài của ống thẳng, thêm ống nối gấp khúc, đoạn ống nối uống cong

15


3. Biện pháp khắc phục

-Giải pháp: lắp bộ quá nhiệt và quá nhiệt trung gian cho lò hơi.

-Chức năng bộ quá nhiệt và quá nhiệt trung gian: bộ quá nhiệt được lắp để tăng nhiệt độ của hơi bão hòa, được

sinh ra trong lò hơi, đến nhiệt độ yêu cầu với lượng nhiệt bổ sung.Trường hợp lò trực lưu, hơi bão hịa này đã
gia nhiệt thành hơi q nhiệt có độ quá nhiệt thấp ở đầu vào. Mặt khác, bộ quá nhiệt trung gian lấy hơi đã dãn
nở trong tuabin cao áp, mà hơi này có nhiệt độ gần nhiệt độ bão hòa, để gia nhiệt lại trong lò hơi lêm đến nhiệt
độ yêu cầu với mục đích nâng cấp hiệu suất tuabin và giảm ăn mòn cánh tuabin.

16


3. Biện pháp khắc phục

Chu trình quá lạnh quá nhiệt

17


3. Biện pháp khắc phục

Chu trình hồi nhiệt

18


3. Biện pháp khắc phục

19


THANK YOU !

20