là tài liệu hay về môn thủy lực cơ sở,đây là tài liệu bao gồm bài tập và bài giảng môn thủy lực cực hay luôn với sự biên soan rất cung phu.ĐÂY SẼ LÀ TÀI LIỆU HAY CHO MỌI NGƯỜI TẬP GCHDHDRYDHGFJYGGKJGIUGIUGI
Trang 1Tổn thất năng lượng toàn bộ hfcủa dòng chảy:
hf = hd+ hc
Trong đó:
hd: Tổng cộng các tổn thất dọc đường của dòng chảy
hc: Tổng các tổn thất cục bộ của dòng chảy
l 1 , d1
1
1
A l 2 , d 2 l 3 , d 3
l 5 , d 5
B
2
2
1 Các loại tổn thất
Chương 4 TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY
Cửa
vào
Thu hẹp
Mở
Khóa
Cửa ra
Chương 4 TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY
I HAI TRẠNG THÁI CHẢY
Thí nghiệm Reynolds:
1 Chảy tầng : Khi vận tốc nhỏ , số Raynolds Re = Vd/ < Regh
Quá độ:
2 Chảy rối : Khi vận tốc lớn , Re = Vd/ > Regh
Qua thực nghiệm nhận thấy:
ρ
2.1 2320< Re < Retrơn : Chảy rối thành trơn thủy lực
2.2 Re trơn < Re < Re nhám : Chảy rối quá độ thành trơn TL sang thành hoàn toàn nhám (chảy rối thành nhám) 2.3 Re > Re nhám : Chảy rối thành hoàn toàn nhám hoặc sức cản bình phương
nham
6 , 21 Re 7 / 8 27
cao mố nhám của ống
: Hệ số nhớt động học
Trang 2II PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CHO DÒNG ĐỀU TRONG ỐNG
Trong ống xét đoạn vi phân dòng chảy đều hình trụ có diện tích d như hình
vẽ:
F2=p2d
F1=p1d
Fms
G Gsin
s
=max
=0 1
1
2
2
Mặt chuẩn
z 1
z 2
L
Lực tác dụng trên phương dòng chảy ( phương s) : GsinF1F2F ms 0
(z z)
γLdω p dω p dω τχL L
Đặt J = hd/ L
Ứng suất tiếp tỷ lệ bậc nhất theo r
Từ pt cơ bản có thể viết
0 max 0
max
r hay
r
Phương trình cơ bản của dòng đều
R
L h R L p z p
2 1 1
JR
2 /
Jr
.
ms ms F
S
III PHÂN BỐ VẬN TỐC TRONG DÒNG CHẢY TẦNG
Tại r = r0ta có u=0, suy ra
2
max 1
o
r
r u u
Phân bố vận tốc trong chảy tầng có dạng Parabol
o u r
dr
r
parabol
r
r 0
dr
du
2
r
J
r J dr
du
2
2 C
4
r u
2
4
2
r J
C
2 2
J
Định luật ma sát nhớt của Newton trong dòng chảy tầng
PTCB
Lưu lượng và vận tốc trung bình:
Tổn thất dọc đường
Thay J = hd/L
g
V D
L
h d
2 Re
L h r
8
2
Từ
Suy ra
r r rdr
J
2 4
2 2
Q
0 2 2
4 2
8 Jr o
Q
2 2
J
2 4
o
r
Jr A
Q V
8
2
o
Jr
V
2
max
u
V
8
2
Jr
V
sắp xếp lại
2 8
o d
r
VL h
ro r dA
2
2
d
L V h
D g
Trang 3Đối với dòng chảy rối, ứng suất tiếp phụ thuộc chủ yếu vào độ
chuyển động hỗn loạn của các phân tử lưu chấtù
Theo giả thiết của Prandtl: roi
du dy
với được gọi là ứng suất nhớt rối l2dydu
o
y u
r o
o
y : khoảng cách từ thành đến lớp chất lỏng
đang xét
l :chiều dài xáo trộn
Prandtl: ứng suất nhớt rối không phụ thuộc vào
tính nhớt của lưu chất
Theo thí nghiệm của Nikudrase, chiều dài xáo trộn l trong ống
2 / 1
o
r
y 1 ky
l Với k : hằng số Karman ( k = 0,4)
Nếu xem tỉ lệ tuyến tính với bán kính r :
o o
r
y
1 Thì
o o 1 r y
Thay vào :
2 / 1 o
ky
l
(1) (2)
(3)
dy
du y k
0 2 2
IV PHÂN BỐ VẬN TỐC DÒNG CHẢY RỐI TRONG ỐNG
Từ (2)
ky 1 dy
Đặt
o
*
u ( vận tốc ma sát)
ky u dy
du *
y dy k
u du
*
*
u
u Ln y C k
Tại tâm ống y = ro, u = umax thay vào cho max *Lnro
k
u u
y
r Ln k
u u
* max
Phân bố lưu tốc trong trường hợp chảy rối có dạng đường logarit
y u
ro
Umax
Đường cong logarit
Do đó: Sự phân bố vân tốc trong trường hợp chảy rối tương đối đồng đều gần với vận tốc trung bình hơn so với trường hợp chảy tầng => hay ocó thể lấy bằng 1.
Thay vào (1) :
2 2 2 o
dy du y
k
ky 1 dy
du o
Trang 41.Tổn thất dọc đường : Dùng phương pháp phân tích thứ nguyên 3.Tổn thất dọc đường hd:
2 d
L V h
D 2g
= f(Re, /D) : hệ số tổn thất (hệ số ma sát dọc đường), phụ thuộc vào trạng thái chảy
Re : số Raynold ;
: Độ nhám tuyệt đối (chiều cao các mố nhám)
Thay D = 4R
V: Vận tốc dòng chảy trong ống
L : Chiều dài dòng chảy
D : đường kính ống
R bán kính thủy lực
: Hệ số nhớt động học
* Với tiết diện tròn đầy nước
* Với tiết diện khác
2 d
L V h
4R 2g
D
V
Re
Xác định hệ số tổn thất :
1 Dòng chảy tầng: Re < 2320 :
2 Dòng chảy rối: Re > 2320
2.1 Rối thành trơn thủy lực: (2320 < Re < Retrơn ) = f(Re)
Nếu Re < 105 Blasius:
2.2 Rối thành nhám thủy lực: (Retrơn <Re < Re nhám ) = f(Re, /D).
0,25
100 0,1 1, 46
2.3 Chảy rối thành hoàn toàn nhám (khu sức cản bình phương) (Re > Renhám )
= f( /D)
Chezy:
6
/
1
1
R
n
C
C: Hệ số Chezy : Độ nhám tuyệt đối
n : Hệ số nhám R : Bán kính thủy lực
nham
6 , 21 Re
7 / 8 27
tron
d
V
Re
: Hệ số nhớt động
Re
64
= f(Re)
4 / 1 Re
316 , 0
tr
2 ) 5 , 1 Re lg 8 , 1 (
1
tr
2
C
g
1.Tổn thất đường dài:
(Theo Darcy)
2 d
L V h
D 2g
= f(Re, /D) : hệ số tổn thất (hệ số ma sát dọc đường)
:Hệ số nhám tuyệt đối
(chiều cao các mố nhám) Thay D = 4R
L
h R g
8
8
g
C 8
( hệ số Chezy)
RJ C
R n
C
( n là hệ số nhám) Công thức Chezy chỉ dùng khi dòng chảy rối
thành hoàn toàn nhám (khu SCBP)
Với tiết diện tròn đầy nước Với tiết diện khác
2 d
L V h
4R 2g
Trang 5Chảy tầng
Chảy quá độ
Chảûy rối
18
THÀNH LỊNG DẪN
19
THÀNH LỊNG DẪN
20
TỔNG HỢP CÁC TRẠNG THÁI CHẢY
Trang 6PROFILE VẬN TỐC
22
QUAN HỆ VỚI Re VÀ /d THEO NICURASTE
Chảy tầng
Chảy rốiở khu SCBP Chảy rối
TTTL lg(100)
lg(Re)
0/∆
Chảy quá độ
0,000 01
1 2 3 4 5 7
x10 3 1 2 3 4 5 7
x10 4 1 2 3 4 5 7
x10 5 1 2 3 4 5 7
x10 6 1 2 3 4 5 7
x10 7 1
x10 8
0,000 005 0,000 007 0,000 05 0,000 1 0,000 2 0,000 4 0,001 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,015 0,02 0.03 0,04 0,05
0,008
0,009
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
Khu chảy rối thành nhám hoàn toàn (Khu sức cản bình phương) Khu
Chảy tầng
Khu chảy rối
thành nhám
Khu chảy rối thành trơn Khu chuyển tiếp
Re = vD/
D
1 Dịng chảy tầng: Re < 2320 :
2 Dịng chảy rối: Re > 2320
2.1 Rối thành trơn thủy lực: (2320 < Re < Retrơn ) = f(Re)
Nếu Re < 105 Blasius:
2.2 Rối thành nhám thủy lực: (Retrơn <Re < Re nhám ) = f(Re, /D).
0,25
100 0,1 1, 46
2.3 Chảy rối thành hồn tồn nhám (khu sức cản bình phương)
(Re > Re nhám )
= f( /D)
Chezy:
C: Hệ số Chezy : Độ nhám tuyệt đối (chiều cao mố nhám)
n : Hệ số nhám R : Bán kính thủy lực
nham
6 , 21 Re
7 / 8 27
tron
d
V
Re
: Hệ số nhớt động
Re
64
= f(Re)
4 / 1 Re
316 , 0
tr
2 ) 5 , 1 Re lg 8 , 1 (
1
tr
) s / m ( R n
1
2
C
g
Trang 72 Tổn thất cột nước cục bộ - Những đặc điểm chung :
Tổn thất cột nước cục bộ: Tính theo công thức thực nghiệm Weisbach.
g
V
2
2
clà hệ số tổn thất cục bộ (phụ thuộc vào từng dạng tổn thất)
V là vận tốc dòng chảy tại vị trí xảy ra tổn thất
Ở miệng ra của
ống: r=1
Ở miệng vào của ống:
v=0,5
; g
V g
V g
)
V
V
(
h
2 2 2
2 1 1
2 2
1
2 1
2 2
2 2
1 1
) 1 (
; ) 1 (
Tổn thất do mở rộng
1
V1
2
V2
Trường hợp thu hẹp đột ngột
) 1 ( 5 , 0
1
2 th
Trường hợp uốn gập, d=const (d < 50mm):
Trường hợp uốn cong, d = const
ro/R
2ro
0
90
3.Cửa van phẳng trong ống tròn
d
h
d
Trang 8l, d, n
H A
B 1
1
2
2
Viết PT (B) cho mặt cắt 1-1 và 2-2:
f
h g V p z
g
V
p
z
2 2
2 2 2 2 2
2
1
1
1
f
h
H
g
V g
V g
V d
L h
h
h
h
2
r 2
v 2
r
v
d
d
Q V
8 , 0 14 , 3 1 4 4
2
2320 1576238 10
0101
,
0
8 , 0 99
,
1
d
Re 880963 1
800 51 6 , 21 6
,
21
nham
s m d
n
R
n
4 8 , 0 015 , 0
1 4
1
Chảy rối ở khu SCBP
0302 , 0 51
81 , 9 8 8
2
C
g
m 646 , 0 81 , 9 2
99 , 1 )
1 5 , 0 8 , 0
45 0302 , 0 ( g
V )
d
L
(
h
2 2
r v
m
h f 10 0,646 9,354 1
Ví dụ 4-37 L=45m, d=800mm, Q=1m3/s:
n=0,015, =1mm:
=0,0101.10-4m2/s
2
1
H h f
Trang 9l, d, n
H A
B 1
1
2
2
Viết PT (B) cho mặt cắt 1-1 và 2-2:
f
h g
V p z
g
V
p
z
2 2
2 2 2 2 2
2
1
1
1
1
m
h f 1 0
0 0 0 0
2
g
V g
V g
V d
l h
h
h
2 2 2
2 2 2
nhám
d V
Re 10 0101 , 0 8 , 0 47 , 2
880963 1
800 51 6 , 21 6
,
21
nham
s m d
n
R
n
4 8 , 0 015 , 0
1 4
1
Giả thiết Chảy rối ở khu SCBP
0302 , 0 51
81 , 9 8 8
2
C
g
s m A
V
4
8 , 0 14 , 3 47 , 2
2
m V g
V d
l
81 , 9 2 )
1 5 , 0 8 , 0
45 0302 , 0 ( 2 )
(
2 2
s m
V 2,47 / 199
, 3
1 81 , 9 2
Giả thiết là đúng
1 Đường ống mắc nối tiếp
B fA
2 B B B
2 A A
g
V p z g
V p
g
V g
V g
V g
V g
V d
L g
V d
L g
V d
L h
2 3 ra
2 3 th
2 2 mr
2 1 vao
2 3 3
3 3
2 2 2
2 2
2 1 1
1 1
3 ra 2 3 th 2 2 mr 2 1 vao 2 3 3
3 3 2 2 2
2 2 2 1 1
1 1 2
1 1 1 1 1 d L 1 d L 1 d
L g
Q h
Trong đó 1, 2, 3là tiết diện ống 1, 2, và 3 Q chảy trong ống nếu biết các thông số còn lại
L1; d1; 1
L2; d2; 2
L3; d3; 3
h
Mặt chuẩn
V1
V2
V3
h dAB h c h
Bài tập về nhà
4-30, 4-31, 4-36, 4-47, 4-38 (Q=60 + stt)l/s
