Báo cáo chuyên đề: Tìm hiểu các công trình đơn vị trong khuấy trộn thủy lực
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.76 MB, 59 trang )
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CUỐI KỲ MÔN QUÁ TRÌNH
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TÌM HIỂU CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
TRONG KHUẤY TRỘN THỦY LỰC
Nhóm sinh viên thực hiện (nhóm 1):
NGUYỄN BÌNH: 91101008
VƯƠNG THỊ BÍCH: 91202002
HUỲNH CÔNG CHÁNH: 91202075
Giảng viên hướng dẫn: T.S. PHẠM ANH ĐỨC
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2014
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CUỐI KỲ MÔN QUÁ TRÌNH
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TÌM HIỂU CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
TRONG KHUẤY TRỘN THỦY LỰC
Nhóm sinh viên thực hiện (nhóm 1):
NGUYỄN BÌNH: 91101008
VƯƠNG THỊ BÍCH 91202002
HUỲNH CÔNG CHÁNH: 91202075
Giảng viên hướng dẫn: T.S. PHẠM ANH ĐỨC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 7
!"#$%
&'(
$)$*$+,(
-.$/**0123(
4567,*89!:;*-"*-3*<=!51
>3*?01@*-AB,C=*-3*<=!51
1.3.4.1 Bước nhảy thủy lực 11
1.3.4.2 Ống Venturi 12
1.3.4.3 Kênh hẹp Parshall (Parshall flume) 13
1.3.4.4 Khuấy trộn tĩnh 14
CHƯƠNG 2 BƯỚC NHẢY THỦY LỰC (HYDRAULIC JUMP)18
DEFGH?I/1$J1//-=K
9!:;1L*M
3? ,*)$#NONP*01*)$#%
81!"#$.Q1R=(
SETU&'(
$)$*$+,(
V.L
!"#$
>W*"8*-"X:)1R=*<=!51>
2.2.4.1 Nước dâng trong bước nhảy thủy lực 24
2.2.4.2 Năng lượng mất đi do bước nhảy thủy lực 25
2.2.4.3 Chiều dài bước nhảy 26
2.2.4.4 Thể tích và thời gian lưu giữ 26
CHƯƠNG 3. MÁY TRỘN TĨNH (static mixers) 28
TY
Z[\]^Z[%
"#*231_XRC*1<`8=*-3abc%
!"#$`8=*-3%
Va(c(
V.L`8=*-3d*-"ef!ghi1jNP*!g1<:)1(
V.L*-3Ik*-"B/"*L*#"X@
Q*-31C*!l1h23)*1"NO"#*h*0$:,m,8*-ABn*X@H4_2oK>
>$M`?"8*"p1*-,QIb
bQ*-31C*Bf*-q
>rZsZstu
>v,=*-A*f$+`u
>n*m,R1<*51$+`NOw*"8181*@?01<`8=*-3d%
3.4.2.1. Hệ số ma sát 39
3.4.2.2. Các yếu tố pha trộn và hệ số Reynolds 41
bxxstySU>
b8=*-34\>
3.5.1.1. Giới thiệu máy trộn SMV 41
3.5.1.2 Cấu tạo và hoạt động 43
3.5.1.3. Đặc điểm của máy trộn SMV 44
bQ`8=*-3z{>b
3.5.2.1. Tính số Reynolds 45
3.5.2.2. Lựa chọn thiết bị dựa trên số Reynolds 45
3.5.2.3. Xác định sự sụt giảm áp lực 46
CHƯƠNG 4: KHUẤY TRỘN WEIRS 48
>$M,AN,@b
>$M,|/$-?Bn*;Ib
>$I"!!/}|/$-b
>>|/$-*`$81b
>
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
b
~ xZ['Y
•€•
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, đời sống con người ngày
càng đầy đủ, tiện nghi hơn. Tuy nhiên, mặt trái của phát triển này là ô nhiễm môi
trường ngày một tăng cao, trong đó, ô nhiễm nước là một vấn đề lớn, gây nhiều hậu
quả nghiêm trọng. Việc xử lý cả nước thải và nước cấp sử dụng với các mục đích khác
nhau là điều cần thiết và mang tính tất yếu, trong đó trộn đóng vai trò quan trọng. L1
67,1<m,8*-A*-3!O2:181I‚*fh1C*NO"*-#*8$I *82ƒ,*-"`@$*-:„
:)1B$IR…eR=-j2o*„$*#"2$ƒ,B$+6nIe†1*0*C*$‡1†N)$181I‚*f*`
$IR…jN$+1O=2:;1*51$+Xˆ181B,C=*-32M*#"-181.Q1R=-0$*-":)1
$+,m,R1<m,8*-A*-3IL*,31NO"1:„23NO*„$$B,C=*-3:„23B,C=*-3
IL*,31*-516nINO"9!:;67,"2M*#"-.Q1R=-0$„$$B,C=*-3$+,m,R
2:;1w1"2n!†1h1C*2‰I *82ƒ,NO":)1NO2<2MA*O181 B/"*Lj
:m,8! ,!O`R:Š2n181IR…6nI*/"„$$B,C=*-3IL*,31-C*$ƒ,
NO"!"#$h1C*1‚*-3
/",=7!g1C,*#"NONPOj181m,8*-A*-32:;11$*O*-3*<=!51j*-31_BW
NO*-3Xˆ.Q68I!51
2. MỤC TIÊU
• Xác định vai trò cũng như vị trí của công trình trộn trong sơ đồ xử lý nước
• Hiểu rõ hơn về sự phân chia khuấy trộn theo các phương pháp khác nhau
• Tìm hiểu rõ quy trình hoạt động của một số loại công trình khuấy trộn cụ
thể
• TỔNG QUAN VỀ KHUẤY TRỘN THỦY LỰC
• BƯỚC NHẢY THỦY LỰC
• MÁY TRỘN TĨNH
• WEIRS
• KẾT LUẬN
4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
• Tìm trên mạng internet các hình ảnh, biểu đồ minh họa.
• Thu thập thông tin, dữ liệu từ các bài báo, tạp chí nước ngoài
• Sử dụng phép tổng hợp, thống kê, phân tích , liệt kê, so sánh cơ bản…
Ey‹v~
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Khuấy trộn là một ứng dụng thực nghiệm kể từ những ngày đầu của xử lý nước. Lý
thuyết của nó được đề cập từ khoảng thập niên 1940 với công trình của Cam và Stein
(1943).
Willcomb (1932) đã nhận định rẳng không có bất kì nhà máy nào xây dựng trong
khoảng thời gian 1900 -1911 dưới giám sát của ông ấy có công đoạn khuấy trộn.
Những nhà máy này đưa phèn vào trước công đoạn xử lý nước thô và những trạm bơm
có lượng phèn được đưa vào khu vực bơm hút. Cho tới khoảng thời gian của bài viết
của ông ấy vào năm 1932, khuấy trộn nhanh là một đơn vị xử lý đã được thiết lập.
Những cách khuấy trộn được đề cập đến bao gồm: sục khí, thay đổi dòng chảy bẳng
van, bước nhảy thủy lực.
Tẩm quan trọng của việc khuấy trộn thủy lực được nhận ra bởi Hansen (1936), ông đã
nhận thấy rằng việc hòa tan chất tạo bông với nước thô là cần thiết, kéo theo là quá
trình tạo bông.
Năm 1961, Skeat nhận ra chất hóa học nên được phân phối một cách nhanh chóng và
cân bằng xuyên suốt các khối nước được xử lý. Đó là một thực tiễn, thông thường để
đưa chất hóa học vào một điểm hỗn loạn cao với thời gian trộn 30 – 60s. Một đầu phun
nhỏ giọt có độ sâu 0.23 – 0.46m được đề nghị cho phương pháp đập nước hoặc trong
kênh. Về bể trộn, ông ấy đề nghị 3 -6 kw/m
3
/s. Những thiết kế bể có thể thực hiện được
bao gồm một cánh quạt trong một ống đúc hình 1.1. [1]
u
Hình 1.1 (a) Khuấy trộn bằng cánh quạt
(b) Khuấy trộn bằng đầu phun
Từ khuấy trộn đã tự giải thích ý nghĩa cho nó, nhiều thuật ngữ khác cũng được sử
dụng như những từ gần đồng nghĩa. Khuấy trộn là việc cho vào hai hoặc nhiều các pha
khuếch tán vào nhau để cuối cùng tạo ra một hỗn hợp đồng nhất của các thành phần. Ví
dụ, cồn ethyl với nước có thể được trộn lẫn với nhau do rung động các vật liệu này
bằng một loại cánh khuấy. Cát, sỏi và xi măng được dùng trong việc chế tạo bê tông có
thể được trộn bằng cách bỏ chúng vào một mẻ trộn bê tông,…
Hình 1.2: Khuếch tán các pha trong khuấy trộn [2]
Trộn trong xử lý nước uống là một hoạt động rất quan trọng trong việc kết tủa, tạo
bông và khử trùng. Ngoài ra, khuấy trộn cũng yêu cầu những chất hóa học dạng rắn
hòa tan được (vôi), đến việc hòa tan nhũ tương polyme, hòa tan polyme rắn, hóa tan
chất hóa học lỏng (flo), hòa tan khí (hòa tan CO
2
giảm pH)
Những đơn vị xử lý khuấy trộn được tìm thấy ở các nhà máy xử lý nước. Ví dụ bao
gồm trộn nhanh (còn được gọi là trộn ban đầu), tạo bông, khử trùng, bùn hoạt tính, xử
lý kị khí, hòa tan khí. Thông thường, các công đoạn khuấy không thấy được bởi vì
những cái máy móc dụng cụ được đặt dưới sàn, trong đường ống, trong những buồng
chứa, hoặc là phía sau tường. [1]
!"#$
Nhìn chung, có 3 loại khuấy trộn được dùng cho việc xử lý hóa lý của nước cấp và
nước thải bao gồm: khuấy trộn cơ khí, khuấy trộn bọt khí, khuấy trộn thủy lực. Khuấy
trộn cơ khí là khuấy trộn dùng yếu tố chuyển động vòng tròn để ảnh hưởng đến độ
rung động. Khuấy trộn bằng khí, sử dụng khí gas hoặc bọt khí để tạo rung động. Khuấy
trộn thủy lực lợi dụng dòng chảy của nước để tạo sự rung động.
Hình 1.3: Phân loại c
%
Thiết bị
khuấy trộn
thủy lực
Thiết bị
khuấy trộn
cơ khí
Khuấy trộn
bằng khí
Khuấy trộn
Ống Venturi
Parshall flume
Bước nhảy thủy lực
Khuấy trộn tĩnh
Cánh quạt trộn
Turbine trộn
Guồng trộn
Bộ khuếch tán
không khí
&'
$)$*$+,
Thiết bị khuấy trộn thủy lực là hình thức cơ bản nhất của khuấy trộn nhanh được sử
dụng. Khuấy trộn thủy lực dùng năng lượng của một dòng chảy chất lỏng để tạo ra sức
mạnh cần thiết cho sự trộn. Chất lỏng này đã phải được cung cấp năng lượng trước khi
đạt đến điểm khuấy trộn thủy lực xảy ra. Việc cần thực hiện ở điểm khuấy trộn đơn
giản làm tiêu tan năng lượng theo giá trị G để đạt đến khuấy trộn hiệu quả.
-.$/**0123
Gradient vận tốc biểu hiện của năng lượng cho mỗi đơn vị thể tích, được phát triển
vào những năm 1940 như một phương tiện để xác định hiệu suất máy trộn trong bể
khuấy.
Trong kỹ thuật xử lý nước, gradient được xử dụng để biểu thị cường độ khuấy trộn.
Gradient vận tốc G được định nghĩa bởi Camp và Stein (1943) là
Với
P: là năng lượng tiêu tán bởi chuyển động của chất lỏng, độ nhớt hoặc sự rối loạn dòng
chảy (W)
ì: độ nhớt động học của chất lỏng (N.s/m
2
)
V: thể tích mà sự tiêu tán năng lượng xảy ra (m
3
)
Nhiều giá trị G khác nhau được dùng như là tiêu chuẩn đánh giá cho việc trộn hiệu
quả. Bảng 1.1 thể hiện một số giá trị tiêu chuẩn đã được tìm ra trong nghiên cứu thực
tiễn. t
0
là thời gian lưu của chất lỏng, được cho phép trong trộn là một giá trị G thích
hợp. [4]
(
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu giá trị G cho khuấy trộn hiệu quả
t
o
(s) G (s
-1
)
< 10 4000 – 1500
10 – 20 1500 – 950
20 – 30 950 – 850
30 – 40 850 – 750
40 - 130 750 – 700
4567,*89!:;*-"*-3*<=!51
Năng lượng của việc khuấy trộn chỉ đơn giản là sự tiêu tán năng lượng. Ở trong bất kỳ
quá trình thủy lực nào, năng lượng bị tiêu tan thông qua sự ma sát (). Vì thế, năng
lượng khuấy trộn ở trong bất kì khuấy trộn thủy lực nào có thể được xác định nếu độ
ma sát của chất lỏng có thể tính toán được. Tích của lưu lượng dòng chảy Q và khối
lượng riêng γ là khối lượng trên một đơn vị thời gian. Nếu tích này nhân với thì kết
quả là năng lượng, vì thế:
P = Qγ
Do đó, việc xác năng lượng của khuấy trộn của thủy lực cũng chính xác định sự mất
mát của ma sát.
Để việc khuấy trộn đạt hiệu quả, năng lượng lấy ra từ sự mất mát này phải làm sao để
giá trị G nằm trong khoảng khuấy trộn hiệu quả. Gía trị G cho việc khuấy trộn trong
bảng có thể được sử dụng.[4]
>3*?01@*-AB,C=*-3*<=!51
>S:)1R=*<=!51
Bước nhảy thủy lực được hình thành khi một dòng chảy trong kênh hở được chuyển từ
trạng thái chảy nhanh sang trạng thái chảy tĩnh một cách đột ngột, đi kèm với nó là sự
xáo trộn đáng kể và tiêu hao năng lượng. Tại điểm xảy ra bước nhảy thủy lực, do quá
trình xáo trộn tăng nhanh nên việc khuấy trộn các vật liệu trong dòng chảy đồng đều
theo chiều ngang lẫn chiều dọc. Levy và Ellms (1927) đã dùng bước nhảy thủy lực để
trộn phèn với nước thô trong quá trình xử lý nước. Họ thấy rằng, bước nhảy thủy lực là
một công cụ khuấy trộn hóa chất vào nước cần xử lý rất hiệu quả.
Bước nhảy thủy lực có thể được hình thành bằng cách cho nước thô đi theo một dốc
trượt. Trong đó, trạng thái nước chảy nhanh và chảy tĩnh sẽ được hình thành, tương
ứng với đó sẽ là một bước nhảy. [5]
Hình 1.4: Bước nhảy thủy lực
>Œ\/*,-$
Phương trình Bernoulli phát biểu tổng của tất cả các hình thức của năng lượng trong
một chất lỏng chảy dọc theo một đường dẫn là giống nhau ở hai điểm bất kỳ trong con
đường đó . Công thức đơn giản của dòng chảy không nén (chất lỏng chuyển động với
những thay đổi không đáng kể trong tỷ trọng) là:
Với
V: vận tốc dòng chảy
g: gia tốc trọng trường
h: chiều cao
p: áp suất
: mật độ chất lỏng
Hệ quả của định luật này là sự thay đổi trong tốc độ và áp suất của một chất lỏng khi đi
qua một nút thắt trong ống dẫn. Ống Venturi là một dụng cụ dùng để tăng tốc dòng
chảy của chất lỏng, bằng cách thắt lại trong một ống hình dạng hình nón. Trong không
gian giới hạn, các chất lỏng phải tăng vận tốc của nó đồng áp lực của nó giảm sẽ tạo ra
một chân không một phần. Khi chất lỏng rời khỏi thắt, áp suất của nó tăng trở lại với
mức độ môi trường xung quanh hoặc đường ống.
Do áp suất ở nút thắt trong đoạn ống giảm tạo ra lực hút các hóa chất cần xử lý vào
dòng nước. Khi các tia nước thoát ra khỏi nút thắt ra ngoài môi trường tạo thành sự
khuấy trộn.[6]
Hình 1.5: Ống Venturi
>7•I-?!!H-?!!Ž,`/K
Parshall flumes là thiết bị cũng sử dụng độ xáo trộn của bước nhảy thủy lực để thực
hiện việc khuấy trộn nhanh. Sự khác biệt chỉ là hình dạng hình học của nó với thiết bị
bước nhảy thủy lực. Nó được chỉnh sửa theo hình dạng ống venturi. Ờ phía đầu là một
phần hội tụ với một tầng cấp, ở giữa là một nút thắt với một sàn dốc xuống, và phía
cuối một phân kỳ với sàn dốc đi lên.Quá trình khuấy trộn hiệu quả xảy ra khi bước
nhảy thủy lực xuất hiện được kết hợp ở hạ lưu của kênh.[5]
Hình 1.6: Parshall Flume
>>,C=*-3d
Một máy trộn tĩnh hoặc trộn cố định là một thiết bị đưa vào một nhà ở hoặc đường ống
với mục tiêu thao tác dòng chất lỏng để phân chia, tái kết hợp, tăng tốc / giảm tốc, hoặc
hình thức phân chia lớp khi đi qua máy trộn. Do những những thay đổi trong dòng
chảy chất lỏng, thành phần hỗn hợp được đưa vào tiếp xúc với nhau. Do đó, máy trộn
tĩnh được sử dụng không chỉ sử dụng cho các yêu cầu pha trộn đúng mà còn trong quá
trình phản ứng. Thiết kế khác nhau, thường bao gồm các tấm vách ngăn hoặc vị trí
trong góc chính xác để dòng chảy trực tiếp, gia tăng bất ổn và đạt được trộn.
Dòng chảy trong một ống rỗng tạo ra một mức độ pha trộn xuyên tâm nhưng trong hầu
hết các trường hợp, trộn hiệu quả chỉ xảy ra đầy đủ khi chiều dài thực tế của ống. Chèn
một máy trộn tĩnh tăng tốc đáng kể trộn nội tuyến hoặc phản ứng. Kỹ thuật này về cơ
bản là mong muốn bất cứ nơi nào một hoạt động liên tục, không tốn kém và nhanh
chóng được yêu cầu. Vì không có bộ phận chuyển động trong máy trộn tĩnh, nó là cơ
bản bảo trì miễn phí và có thể được cài đặt dễ dàng như bất kỳ phần của đường ống.
Năng lượng cho trộn có sẵn trong các hình thức áp lực. Cho dù vật liệu là trọng lực hay
buộc phải thông qua máy trộn sử dụng máy bơm bên ngoài, tổn thất áp suất là một
trong những hậu quả của trộn tĩnh và đôi khi là yếu tố hạn chế trong việc lựa chọn máy
trộn.
Các máy trộn tĩnh tốt nhất là một trong đó cung cấp chất lượng trộn mong muốn ở sự
sụt giảm áp suất thấp nhất, cho chi phí lắp đặt thấp nhất và phù hợp trong không gian
có sẵn. Lý tưởng nhất, nó sẽ là hữu ích để kiểm tra khả năng pha trộn của mỗi loại khác
nhau có sẵn với các vật liệu thực tế để được xử lý. Tuy nhiên, trong một ý nghĩa thiết
thực, đó là không thể. Nó là cần thiết phải dựa vào các khuyến nghị và các tài liệu của
các nhà cung cấp máy trộn khác nhau.
>
b
Hình 1.7: Các thiết bị trộn tĩnh được thiết kế sẵn
u
EySETU&'H~•K
DEFGH?I/1$J1//-=K
9!:;1L*M
Năng lượng cụ thể E của một dòng chảy được xác định là năng lượng đi qua một mặt
phẳng được chọn làm mốc (hình 2.1)
Hình 2.1: Năng lượng cụ thể của dòng chảy
Công thức
Với:
h: độ sâu của dòng chảy
V: tốc độ của dòng chảy
Ngoài ra năng lượng cụ thể được hiểu là:
Năng lượng tĩnh (thế năng)
: năng lượng tĩnh (thế năng)
Động năng
Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn năng lượng cụ thể
3? ,*)$#NONP*01*)$#
Ở biểu đồ hình (Biểu đồ năng lượng cụ thể), ta có thể thấy năng lượng cụ thể thấp nhất
tại điểm C. Độ sâu của dòng nước trong kênh, tương ứng với năng lượng cụ thể nhỏ
nhất (điểm C) được gọi là độ sâu tới hạn. Độ sâu này có thể được tìm thấy bằng cách
đạo hàm công thức năng lượng cụ thể với kết quả bằng 0
Thay thế , ta có:
Với
q là lượng xả trên một đơn vị chiều rộng
Vì dòng chảy là tới hạn, nên chỉ số c được thêm vào, do đó:
%
Với h
c
: độ sâu tới hạn
V
c
: là vận tốc tới hạn
Năng lượng cụ thể nhỏ nhất là:
81!"#$.Q1R=
Tùy thuộc vào độ sâu tới hạn cũng như độ sâu trong thực tế của các dòng chảy, có ba
loại dòng chảy được phân biệt
Dòng chảy yên tĩnh
Nếu độ sâu của nước lớn hơn độ sâu tới hạn, dòng chảy được gọi là yên tĩnh hoặc chưa
tới hạn.
Dòng chảy tới hạn
Nếu độ sâu của nước tới hạn, dòng chảy được gọi là tới hạn.
Dòng chảy nhanh
Nếu độ sâu của nước nhỏ hơn độ sâu tới hạn, dòng chảy được gọi là siêu tới hạn
SETU&'
$)$*$+,
Chúng ta có thể thấy đồ thị năng lượng cụ thể (hình 2.2), có 2 vị trí h
1
và h
2
. Độ sâu h
1
nhỏ hơn độ sâu tới hạn, và độ sâu h
2
cao hơn độ sâu tới hạn.
Như đã biết, khi độ sâu nước nhỏ hơn độ sâu tới hạn, dòng chảy được gọi là dòng chảy
yên tĩnh hoặc dòng chảy chưa tới hạn. Nhưng khi độ sâu cao hơn độ sâu tới hạn, dòng
chảy được gọi là dòng chảy nhanh hay dòng chảy siêu tới hạn. Việc chuyển đổi từ
dòng chảy nhanh thành dòng chảy yên tĩnh xảy ra khi có một “Bước nhảy thủy lực”
được thực hiện.
(
Hình 2.3: Cấu tạo bước nhảy thủy lực
Các đặc điểm sau đây có liên quan đến quá trình chuyển đổi từ dòng
chảy nhanh sang dòng chảy tĩnh:
Tại nơi bước nhảy thủy lực xảy ra, rất nhiều năng lượng của dòng chảy tiêu tán (chủ
yếu chuyển thành năng lượng nhiệt). Ngoài ra, trong bước nhảy thủy lực, nước chảy
với độ sâu lớn hơn, do đó vận tốc cũng thấp hơn.
Sinh ra sự hỗn loạn với tốc độ dòng và áp lực đáng kể
Sự rung động do áp lực lẫn tốc độ và hình thành những con sóng ở hạ
lưu sau bước nhảy
Phát sinh âm thanh và tiêu hao năng lượng là kết quả của sự hỗn
loạn.
V.L
Bước nhảy thủy lực có nhiều ứng dụng thực tế và hữu ích. Trong đó, có những điều sau
đây:
Giảm năng lượng và tốc độ hạ lưu của đập hoặc máng để giảm thiểu và kiểm soát xói
mòn thành kênh.
Nâng cao mực nước hạ lưu trong các kênh thủy lợi.
Hoạt động như một thiết bị trộn cho việc bổ sung và pha trộn hóa chất trong công
nghiệp, nhà máy nước và xử lý nước thải.
Hình 2.4: Thiết bị trộn Bước nhảy thủy lực[8]
!"#$
Ảnh hưởng của trọng lực lên dòng chảy được đại diện bởi một tỷ lệ
của lực quán tính với trọng lực. Tỷ lệ này được tính bằng số Froude,
được định nghĩa như sau:
Với V vận tốc dòng chảy (m/s)
L chiều dài đặc trưng (m)
g gia tốc trọng trường (m/s
2
)
Tại vị trí dòng chảy tới hạn, số Froude = 1, với L = h, hoặc
Khi độ sâu của dòng chảy lớn hơn độ sâu tới hạn, vận tốc dòng chảy nhỏ hơn vận tốc
tới hạn cho việc thải được đưa ra, và lúc này trường hợp, số Froude nhỏ hơn 1, do đó,
dòng chảy là chưa tới hạn. Khi chiều sâu dòng chảy nhỏ hơn độ sâu quan trọng, hoặc
số Froude là lớn hơn 1, dòng chảy là siêu tới hạn.Bước nhảy thủy lực có thể xảy ra theo
nhiều hình thức khác nhau, dựa về số Froude của dòng siêu tới hạn thượng nguồn của
dòng chảy, nhiều loại có thể phân biệt.
Bảng 2.1: Bảng phân loại các bước nhảy thủy lực
Froude Kiểu bước
nhảy
Hình minh họa Mô tả
1 – 3 Lượn sóng
Bề mặt nước cho
thấy sự uốn lượn
3 – 6 Yếu
Các hạt lăn tăn
nhỏ xuất hiện trên
bề mặt của bước
nhảy
Vận tốc xuyên suốt
khá đồng đều và
sự mất năng lượng
thấp
6 – 20 Dao động
Dao động phản lực
từ ở dưới lên đến
bề mặt của bước
nhảy không có chu
kỳ.
Mỗi dao động tạo
ra làn sóng lớn
nhưng không
thường xuyên
20 – 80 Ổn định
Bước nhảy cân
bằng và hiệu suất
là tốt nhất. Năng
lượng tiêu hao 45-
70%.
> 80 Mạnh
Tạo sóng ở hạ lưu,
bề mặt lõm chõm.
Bước nhảy thực
hiện khó khăn
nhưng hiệu quả vì
năng lượng tiêu
hao có thể lên đến
85%
Phạm vi của số Froude được đưa ra trong bảng 2.1 cho các bước nhảy thủy lực khác
nhau là không rõ ràng, có thể chồng chéo lên nhau với một mức độ nhất định tùy thuộc
vào điều kiện thực tế.
>W*"8*-"X:)1R=*<=!51
>:)1. *-"X:)1R=*<=!51
Xem xét hai phần, về phía thượng nguồn và hạ lưu của một bước nhảy, như thể hiện
trong hình
Hình 2.5 Nước dâng trong bước nhảy thủy lực
Với
1-1: phần ở phía thượng nguồn của nhảy thủy lực
2-2: phần ở phía hạ lưu của nhảy thủy lực
h
1
, h
2
: độ sâu dòng chảy
V
1
, V
2
: tốc độ dòng chảy
q: lưu lượng không đổi trên mỗi đơn vị chiều rộng
Với Q = tổng lưu lượng, w = chiều rộng bước nhảy thủy lực
q = h
1
.V
1
= h
2
.V
2
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, lực F
1
tại mặt cắt 1-1:
Với ñ = ãg khối lượng riêng của nước
Tương tự, lực F
2
của mặt cắt 2-2:
>
Xét các lực theo phương ngang, không tính đến ma sát (vì h
2
lớn hơn h
1
) nên:
Ngoài ra ta cũng có công thức
F = khối lượng dòng nước trên mỗi giây x sự thay đổi vận tốc
Giải phương trình bậc 2 cho h
2
ta được :
Chỉ lấy dấu “+” và thay thế q=h
1
V
1,
t a có mối liên hệ giữa h
2
với h
1
là
Độ sâu của bước nhảy thủy lực hay chiều cao sóng đứng sẽ là: h
2
- h
1
>9!:;`C*2$."X:)1R=*<=!51
Phương trình cân bằng năng lượng giữa mặt cắt 1 và mặt cắt 2 theo công thức sau:
b
