Bài giảng Cơ lưu chất: Chương 6 - TS. Nguyễn Quốc Ý

Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 6: Dòng trong ống cung cấp cho người học các kiến thức: Bản chất của dòng trong ống; nguyên nhân gây mất năng, công thức Darcy-Weisbach, Chézy; các dạng bài toán đường ống. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chương 6: Dòng trong ống

Bài giảng của TS Nguyễn Quốc Ý nguyenquocy@hcmut.edu.vn

Ngày 14 tháng 4 năm 2013

Nội dung cần nắm Bản chất của dòng trong ống (PB vận tốc, ma sát ) Nguyên nhân gây mất năng, công thức Darcy-Weisbach, Chézy Các dạng bài toán đường ống: đơn, song song, nhiều hồ chứa

Đặc tính của dòng trong ống

dòng tầng, rối, sự phát triển của phân bố vận tốc

Sự phát triển của phân bố vận tốc trong ống:

Inviscid core Boundary layer

Entrance region flow

Fully developed flow

D

x r

(2) (1)

e

(3)

(4) (5)

(6)

x6 – x5

Fully developed flow

x5 – x4

Developing flow

từ khóa: độ nhớt, ma sát, chế độ chảy, lớp biên, hình học ống

le

#

0.06 Re cho dòng tầng trong ống 4.4 Re1{6 cho dòng rối trong ống

Mất năng trong đường ống thẳng

PT năng lượng

z

p

V



g  z

p

V



ñ hl



p

γ
p

γ pz
zq Bàn luận: ống nằm ngang? kênh hở?

Mất năng trong đường ống thẳng

PT năng lượng

cân bằng động lượng: pp
pqA ρgAL sin θ  τP L

p
p

ρg z
z  τ0P L

ρ g A  hl  τL

ρ g D

Mất năng trong đường ống thẳng

h l cho dòng tầng phân bố vận tốc:




r

D

Ứng suất ma sát trên thành:

τw  µdu

dr







D

hl τL

ρ g D  µV

D

L D



ρ g

hl  

V D ν

looomooon Re

L D

V

g ñ Darcy: hl const.

Re

loomoon λ

L D

V

g tầng: λ 

Re

Mất năng trong đường ống thẳng

h l cho dòng rối

phức tạp!

$

&

%

τ  τlar τtur

u P
r , độ nhám thành ống 

Bằng thực nghiệm: λP



Re,  D

u A A

y

(1) (2)

(a)

u1 < u2

Velocity profile,

u = u(y)

u A A

y

(b)

Turbulent eddies

Average velocity profile,

u = u(y)

R = D/2

δs

δs

Viscous sublayer

Velocity profile, u = u(y)

y

x

∋

∋

Smooth wall Rough wall

or

Mất năng trong đường ống thẳng

h l cho dòng rối

tóm lại:

$ ' ' ' ' ' ' ' '

tầng: λP



Re, ///

chuyển tiếp: λP



Re,  D rối, thành trơn:p  0q λ P



Re, /// D rất rối, thành nhám: λP



///

Re, 

thực nghiệm:

Ñ

$ ' ' ' '

công thức:

$ ' '

Blasiusp  0, Re   105q : λ  0.316

Re1 {4

Colebrook : ?1

λ
1.8 log



{D 3.7

Re



giản đồ: Moody

Mất năng trong đường ống thẳng

h l cho dòng rối: Giản đồ Moody

Transition range

Laminar flow

Smooth

Wholly turbulent flow 0.1

0.09 0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.025

0.02

0.015

0.01 0.009 0.008

10 3

2(10 3 ) 4 6 8

10 4

2(10 4 ) 4 6 8

10 5

2(10 5 ) 4 6

10 6

2(10 6 ) 4 6 8

10 7

2(10 7 ) 4 6 8

0.05

0.03

0.02 0.015

0.01 0.008

0.004

0.002

0.001 0.0008

0.0004

0.0002 0.0001 0.00005

0.00001

f

Re = VD

_

µ

D

∋

Mất năng trong đường ống thẳng

công thức Chézy

Dùng độ nhám Manning np q:

hl  Q

KL

$ ' '

nR

Rh D 4 Lưu ý: Chỉ sử dụng được cho ống NHÁM (why?)

Mất năng trong đường ống KHÔNG thẳng

+ mất năng do hình học h m

Mất năng do hình học:

tổng quát hm P

#

hình dạng vị trí gây mất năng

độ nhớt, hay Re Nếu Re ¡¡ 1: hm P hình dạng gây mất năng,

hm ξV2

2g Mất năng tổng (do ma sát + do hình học):

hl¸

i

λLi

Di

Vi

g

¸ j

ξjV

 j

g hl¸

i

Qi

Ki

j

ξjV

 j

g

Một số bài toán đường ống

Dạng:

1

có i ống nối tiếp:

$

&

%

Q Q   Qi   Q

hl,°°ihl, i

2

có i ống song song:

#

Q°iQi

hl hl,  hl,   hl, i

3 các ống vừa nối tiếp vừa song song,

4 bài toán nhiều hồ chứa thông nhau

Một số bài toán đường ống

bài toán nhiều hồ chứa thông nhau

A

B

C

(3)

(2) (1)

D1, 1

D2 , 2

D3 , 3

Van 2 đóng, quan hệ: Q, Q? hl, , hl, ? Van 2 mở: Q, Q, Q? hl, , hl, , hl, ?