Chương 7: Lực tác dụng lên vật cản ppt

Lực tác dụng lên vật cản.. Nguy ễ n Th ố ng NỘI DUNG Tính toán lực tác dụng của chất lỏng gặp vật cản cố định.. Nguy ễ n Th ố ng Xét dòng nguyên tố sau: Áp dụng phương trình động lượng

Trang 1

PGS TS Nguy ễ n Th ố ng

Khoa KTXD - B ộ mơn KTTNN

Gi ả ng viên: PGS TS NGUY Ễ N TH Ố NG

E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/

Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719

2

NỘI DUNG MƠN HỌC

Chương 1 Đặc tính chất lỏng.

Chương 2 Thủy tỉnh học.

Chương 3 Cơ sở động lực học chất lỏng.

Chương 4 Đo đạc dòng chảy.

Chương 5 Tổn thất năng lượng.

Chương 6 Dòng chảy có áp trong mạng lưới ống.

Chương 7 Lực tác dụng lên vật cản.

Chương 8 Dòng chảy ổn định đều trong kênh.

Chương 9 (*) Đập tràn.

Chương 10 (*) Trạm thủy điện.

(*) : Thủy lực cơ sở mở rộng

3

TH Ủ Y L Ự C ðẠ I C ƯƠ NG

Ch ươ ng 7: L ự c tác d ụ ng lên v ậ t c ả n

NỘI DUNG

Tính toán lực tác dụng

của chất lỏng

gặp vật cản cố định.

4

GIỚI THIỆU HIỆN TƯỢNG

F= ?

V

V ậ t c ả n đ áy

L ự c T do ma sá t gi ữ a

đá y sơng & v ậ t cả n

5

GIỚI THIỆU HIỆN TƯỢNG

V 2

d=0.2m

V=10m/s

V

Vật cản cố định

V 2

Tia nước

tròn

Lực F=??? lực tia nước

Tác dụng lên vật cản

F

6

ÔN

- Xét khối chất điểm m có vận tốc V Động lượng của nó được định nghĩa :

ĐỊNH LÝ ĐỘNG LƯỢNG

- Độ biến thiên động lượng của 1 hệ thống sẽ bằng xung lượng nhận được trong cùng thời gian:

V

m r

F rTổng ngoại lực tác dụng lên h/thống

{ m V F { t

d ( r ) = r ∆

Xung lượng

Biến thiên động lượng

Trang 2

THI Ế T L Ậ P PHƯƠNG TRÌNH

8

Xét dòng nguyên tố sau:

Áp dụng phương trình động lượng cho dòng nguyên tố:

Chú ý: Đoạn dòng chảy giới hạn 1 ’ -1 ’ và 2-2 có động lượng giống nhau.

1

1(t)

2

u1

u2

dt F d u ) dl d ( u ) dl d ( 2 2 2 1 1 1

r r r

= ω

ρ

− ω

ρ

X

2’

1’(t+dt)

1’

d ω2

dl2

m

9

Chú ý:

Xác định các số hạng trong phương trình như

sau:

u V

u r = r ± ∆ r

dt F d u ) dt u d ( u ) dt

u

.

d

( ρ ω2 2 r2− ρ ω1 1 r1= r

dt F d u dQdt u

[ u u ] d F ( 1 )

dQ r2− r1 = r

ρρρρ

10

Gi ả i thích:

u V

∆∆∆∆ u

dQ

Giá tr ị v ậ n t ố c trung bình

11

∫

ω

∆

± ρ

= ω ρ

ρ udQ u2d V u 2d

Ta có:

( )

∫

ω ω

ω

∆ ρ + ω

∆

± ρ +

ω

ρ

= V2 d 2 V u d u 2d

ω

∆

±

= ω

∆

±

= ω

0

= ω

∆

⇒ ∫

ω

ud

12

( )













ω

∆ + ω ρ

ω

2

2 1

V

d u V

udQ

Ta có:

VQ V

udQ = αρ ω = αρ ρ

⇒ ∫

ω

2

[ 1 , 02 ÷ 1 , 05 ]

∈ α

α Hệ số sữa chửa động lượng.

nếu khơng đề cập thường lấy bằng 1.

Trang 3

dị ng chả y Ph ươ ng trì nh

độ ng l ượ ng (d ướ i dạ ng

vect ơ ):

∑

= ρ

α

− ρ

α

i i 1

1 2

ðộ ng l ượ ng dịng ch ả y

- Phương trình động lượng theo phương X:

- Phương trình động lượng theo phương Y:

) 1 ( F QV

QV

i i , X X

1 1 X 2

α

) 2 ( F QV

QV

i i , Y Y

1 1

Y 2

α

15

m/cắt ướt 1-1 và 2-2.

V1x, V2x: hình chiếu lên phương X của vận

tốc V1và V2.

V1y, V2y: hình chiếu lên phương Y của vận

tốc V1 và V2.

: tổng hình chiếu lên phương X, Y của tất cả ngoại lực tác dụng

lên khối chất lỏng giới hạn bởi 1-1 và 2-2.

x ,i y,i

i i

16

CÁC BƯỚC ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH

ðỘNG LƯỢNG

1 Chọn 2 mắt cắt ướt (1-1) & (2-2) & hệ trục toạ độ XOY.

2 Lần lượt áp dụng phương trình động lượng HÌNH CHIẾU lên phương X (khi cần xác định lực tác dụng lên phương X)

và tương tự cho phương Y.

17

Ph ươ ng X:

Ph ươ ng Y:

3 Xác đị nh các giá tr ị trong ph ươ ng

trình nh ờ vào các s ố li ệ u & gi ả thi ế t

(n ế u cĩ).

) 1 ( F QV

QV

i i X X

1 1 X 2

α

) 2 ( F QV

QV

i i Y Y

1 1 Y 2

α

18

4 Giải phương trình thu gọn nếu nĩ cịn 1 ẩn số

Chú ý : Nếu cịn 2 ẩn số cĩ thể xem xét bổ sung phương trình liên tục.

5 Áp dụng nguyên lý lực & phản lực để xác định lực của nước tác dụng lên vật cản cố định.

Trang 4

CHÚ Ý

TƯỢNG” CƠ LẬP KHỐI CHẤT

LỎNG GIỚI HẠN BỞI (1-1) &

(2-2) XEM XÉ T T Ấ T C Ả CÁ C

NGOẠ I L Ự C TÁC DỤNG LÊN NĨ

! XEM XÉ T H Ì NH CHI Ế U LÊN

X & Y

P 1

2

H 1

H 2

V 2

V 1

X Y

1 1

2

T X

Ví dụ : Cho một hiện tượng như hình sau Tính lực tác dụng của dòng nước lên vật cản ABCD Cho

Q=15m 3 /s Kênh chữ nhật rộng b=3m.

Q G

V 2

21

Bước 1 : Chọn 2 mặt cắt ướt & hệ

trục XOY như hình.

Bước 2 : Áp dụng phương trình động

lượng theo phương X:

i

22

Bước 3: Xác định các giá trị trong pt:

Ta có: V1=Q/(b*H1)

V2=Q/(b*H2) Lực tương đương tác dụng lên các mặt cắt ướt (áp lực thủy tỉnh, Ch.2):

2 1 1

H

2

ρ

2

H

2

ρ

=

23

Ta có: V1x=V1 ; V2x=V2(dòng chảy nằm

ngang)

Xét hình chiếu lực:

với Txlà hình chiếu lên phương X của lực

do khối ABCD tác dụng lên khối nước

g/h bởi 1-1 và 2-2

x 2 1 i

i

X P P T

∑

24

Bước 4: Thay tất cả vào (3):

Áp dụng bằng số ta có: Tx= - 17037,5 N

Vì Tx< 0 lực của khối cố định tác dụng lên

khối nước NGƯỢC chiều X.

)

2

P − + x = ρ −

b

H g b

H g V V Q

Tx

2 2

) (

2 2 2

1 1

=

Trang 5

Bước 5 : Áp dụng nguyên lý lực &

phản lực, lực của khối nước tác

dụng lên vật cản chiếu lên phương

X:

Tx * CÙNG chiều với X và có giá

trị là + 17037,5N.

Áp dụng tương tự cho phương Y

Ty *=0.

N 5 17037 T

T x * = − x =

26

Bài tập 1 : Xác định và vẽ lực F(F X ,F Y ) của tia nước

AB có tiết diện S tác dụng lên gối cố định nằm ngang Hiện tượng xảy ra trong không khí :

A

B

S=0.005m 2 Q=40 l/s

Y

A

B 1

1

2

Chú ý: Tia nước có tiết diện không đổi.

Gối cố định

300

27

Bài tập 2 : Lấy lại ví dụ trước nhung bây giờ dòng

chảy AB là có áp và áp suất dư tại A&B là 0.5at.

A

B

30 0

S AB =0.005m 2

Q=40 l/s

Y

1

2

Chú ý: Tia nước

có tiết diện không

đổi.

Gối cố định

A

B

28

V 2 V

V 2

Bài tập 3 : Tia nước nằm ngang có đường kính

d Xác định lực F của tia nước tác dụng lên vật cản cố định đặt thẳng góc tia nước đến

Bỏ qua trọng lượng nước:

Tia nước

d=0.1m V=10m/s

F

29

V 2 V

V 2

Hướng dẫn : Chọn các mặt cắt ướt như sau:

(Chú ý: Mặt 2-2 là một mặt cong theo “chu

vi” vật cản cố định).

Tia nước

1

Bài tập 4 : Tia nước chử nhật rộng b=1m, dày e=0.25m tác dụng lên tấm nghiêng cố định như hình Xác định lực tia nước tác dụng lên tấm nghiêng Bỏ qua trọng lượng nước:

Lớp nước

X Y

V=8m/s

e=0,25m

α αα

α =300

V

Trang 6

Bài tập 5 : Một vòi nước chữa cháy AB đặt

nằm ngang có d1=16cm và d2=4cm như

hình vẽ Áp suất dư của nước trong ống là

p=4at.

X Y

k/khí

Đầu vòi nước

chữa cháy

Ống mềm

G ố i c ố

đị nh

32

1 Gi ả thi ế t b ỏ qua t ổ n th ấ t

33

Bài tập 6 : Cho sơ đồ như hình vẽ Tia nước ra khỏi

ống là thẳng đứng Cho biết tấm AB có khối

lượng m=3kg và nằm ngang Hồ chứa nước có

tiết diện rất lớn so với tiết diện ống Lấy

g=10m/s 2 Tổn thất năng lượng trong đường ống

theo Manning có λ=8*10 -3 Đường ống có L=40m,

D=40mm.

a Tính vận tốc V tia nước ra khỏi ống và tác dụng

vào AB để AB cân bằng dưới tác dụng của trọng

lượng bản thân và lực tác dụng của tia nước.

b Tính h để có được vận tốc V yêu cầu nói trên.

34

V V

h

Tấm AB cân bằng

Sơ đồ:

V

g

35

V V

h

Hướng dẫn a (áp dụng p/t động lượng ph Y):

V

2

2 2

Y X

2

36

V V

h

Hướng dẫn b (áp dụng p/t Bernoulli):

V

Y X

Trang 7

Bài tập 7 : Tia nước tròn tác dụng lên cung tròn AB, có

vận tốc V=60m/s, d=10cm

a Xác định lực F của tia nước tác dụng lên AB theoαααα.

b Dạng của AB (góc α ) để F cực đại (Tuabin Pelton).

V

α αα

α0

X Y A

B

Tấm cố định

38

Hướng dẫn : Chọn các mặt cắt ướt như hình vẽ:

Gọi FX, FYlà hình chiếu lần lượt lên phương X và Y của lực F, là lực tấm AB tác dụng lên khối chất lỏng g/h bởi (1-1) & (2-2).

V V

α αα

α0

X Y A

B

Tấm cố định

1

2 2

39

HẾT CHƯƠNG

Tiêu đề	Lực Tác Dụng Lên Vật Cản
Người hướng dẫn	PGS. TS. Nguyễn Thống
Trường học	Trường Đại Học Khoa Học và Công Nghệ TP. HCM
Chuyên ngành	Thủy Lực
Thể loại	Bài Giảng
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	400,33 KB