CHƯƠNG 4 tổn THẤT cột nước TRONG DÒNG CHẢY

THÍ NGHIỆM REYNOLDS - TIÊU CHUẨN PHÂN BIỆT 2 TRẠNG THÁI CHẢY Chỉ tiêu phân giới trạng thái dòng chảy trong ống tròn: - Nếu Re > Repg = 2320 là dòng chảy rối... TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG TRON

THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG 4 – TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY

4.4 • TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG TRONG ỐNG

4.5 • TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

4.6 • TỔN THẤT CỤC BỘ

2 1 1 1

g 2

v

p z

g 2

4.2 THÍ NGHIỆM REYNOLDS - TIÊU CHUẨN PHÂN BIỆT 2 TRẠNG THÁI CHẢY

Chỉ tiêu phân giới trạng thái dòng chảy trong ống tròn:

- Nếu Re > Repg = 2320 là dòng chảy rối

- Nếu Re < Repg = 2320 là dòng chảy tầng

Chảy Tầng Quá độ Chảy Rối

Số Reynolds

4.3 CÔNG THỨC TÍNH TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG

CT tính tổn thất của Darcy trong dòng chảy đều

Căn cứ:

- Ứng suất tiếp tại thành rắn

- Phương trình cơ bản của dòng đều

- Từ đó xác định công thức:

L

h R

v d

L λ h

4.4 TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG TRONG ỐNG

1 Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy tầng

u u

4.4 TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG TRONG ỐNG

ω d u

0

2 max

o

r

o o

r

r u

4.5 TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

1 Cấu tạo dòng chảy rối, thành trơn – thành nhám thuỷ lực

a Cấu tạo dòng chảy rối

Dòng chảy rối cấu tạo bởi hai thành phần:

4.5 TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

1 Cấu tạo dòng chảy rối, thành trơn – thành nhám thuỷ lực

b Xác định lớp mỏng chảy tầng (t )

Từ phân tích lưu tốc dòng chảy sát thành rắn, phương

trình cơ bản của dòng đều, ứng suất tiếp và quan hệ

giữa tổn thất cột nước với độ dốc thuỷ lực xác định

được:

t

e

32,8d R

 



Ngoài ra công thức tính (t) còn được xác định theo

công thức thực nghiệm sau:

875 , 0 e

t

R

d 2 , 34





4.5 TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

1 Cấu tạo dũng chảy rối, thành trơn – thành nhỏm thuỷ lực

c Phõn biệt thành trơn – thành nhỏm thủy lực

Khỏi niệm độ nhỏm tuyệt đối ():

chiều cao trung bỡnh cỏc mấu

nhỏm trong lũng dẫn



Độ nhám tuyệt đối

4.5 TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

2 Công thức tính hệ số sức cản dọc đường

a.Chảy rối thành trơn thủy lực

+ Khi Re < 105, theo Bơlaziút: 0,25

e

0,3164 R

 

+ Khi Re > 105, theo Cônacốp

2

e 1 , 5 ) R

lg 8 , 1 (

1 λ





b Khu vực quá độ từ thành trơn sang thành nhám thuỷ lực

e

R

100 d

Δ 46 ,

1 1 , 0

4.5 TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

2 Công thức tính hệ số sức cản dọc đường

c Chảy rối hoàn toàn nhám thuỷ lực

+ Công thức thực nghiệm theo

d

11 ,



1

R n



4.5 TRẠNG THÁI CHẢY RỐI

Chảy rốiquá độ

Chảy rốithành nhám

1

v d

L h

2

QUY TRÌNH TÍNH TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG

B Thử dần (Sử dụng tính Q hoặc d)

1 Giả thiết trạng thái chảy

2 Chọn công thức tính  theo trạng thái chảy

3 Dùng phương trình Becnuli để tính v hoặc d

4 Kiểm tra lại trạng thái chảy

VÍ DỤ

Ví dụ 1: Xác định tổn thất năng lượng dòng chảy của nước ở nhiệt độ t =

0oC chảy trong một ống tròn d = 350 mm, dài L = 1000 m với lưu lượng Q =

L λ h

VÍ DỤ

Ví dụ 2 Một ống dẫn nước có đường kính d = 150mm, dài l = 1000m

l λ h

VÍ DỤ

) s / m ( 85 ,

0 15

, 0 14 , 3

10 15

4 d

Q 4 4

0101 ,

0

15 , 0 85

VÍ DỤ

6 5

,

7 18

, 0

35 , 1

nơi có chướng ngại vật gọi là tổn

thất cục bộ, sức cản loại này gọi

là sức cản hình dạng Công thức Vét-sbát-sơ:

g 2

v ζ

h

2 c

c 

v h

2 2 1

v Ω

ω 1

h

2 1

c c1

v h

2g

 

v h

4.6 TỔN THẤT CỤC BỘ

2 Một số tổn thất dạng cục bộ trong ống

d Đường ống có đường kính không đổi:

Do d = const, nên v = const Công thức tính hc không cần phân biệt giá trị vận tốc trước và sau vị trí phát sinh tổn thất

Hệ số tổn thất cục bộ c của các trường hợp trên xác định theo thực nghiệm

g 2

v ζ h

2 c

c 

 c

VÍ DỤ

Ví dụ 3: Một ống bằng bê tông cốt thép, dẫn nước tự chảy từ sông vào bể

chứa, lưu lượng Q = 1 m3/s Xác định cao trình mực nước ở bể chứa 2 (2) Biết, chiều dài đường ống L = 45m, đường kính ống d = 800 mm, nước ở 20oC ( = 0,0101 cm2/s), độ nhám tuyệt đối của ống  = 1mm Biết cao trình mực nước bể 1 là 1 = 10 (m) Áp suất mặt thoáng trước đập pt = 1,1 at

d L

v0

1

VÍ DỤ

Giải

d L

VÍ DỤ

d L

v 5 ,

0 g

2

v h

2 0

2 0 1 1

g 2

v

1 g

2

v h

2 0

2 0 2 2

c   

g 2

v 5 , 1

h

2 0

c 

Tính hd:

g 2

v d

L h

2 0

+ Tính lớp mỏng chảy tầng t:

) mm (

103 ,

0 R

d 2 , 34

875 , 0 e



6 68

,

9 103

, 0

VÍ DỤ

Ví dụ 4: Tháo nước từ một bể chứa

2 1 1 1

g 2

v

p z

g 2



v 5 ,

0 g

2

v h

2 0

2 0 1 1

g 2

v 7 ,

1 g

2

v h

2 0

2 0 u

2

g 2

v 2 , 2

h

2 0

c 

Tính hd:

g 2

v d

L L

g 2

v d

L h

2 0 2

1

2 0 d

VÍ DỤ

Ví dụ 5: Dòng chảy từ bể I sang bể II qua đường ống có: L1 = 15 m; d1 = 10

cm và L2 = 8 m; d2 = 18 cm Dòng chảy ở khu sức cản bình phương, ống

có hệ số nhám Manning là n = 0,011

Mực nước hai bể H1 = 12 m và H2 = 7 m

1 Xác định lưu lượng dòng chảy trong ống

2 Vẽ đường năng đường đo áp

h 1.

2g



VÍ DỤ

- Xác định tổn thất dọc đường: hd  hd1  hd2

2 01 1

1

V

L h

0, 079 (m) 2g 

VÍ DỤ

TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRONG DÒNG CHẢY

Ví dụ 6: Tháo nước từ bể chứa ra khí quyển bằng một ống có đường kính

d, biết cột nước H = 6 m, z = 2 m, chiều dài đoạn ống LAB = 15 m và LBC =

10 m Trên ống có khóa K2 nằm giữa đoạn BC, với tổn thất cục bộ K = 2, tổn thất tại điểm uốn B là B = 1,2 Đường ống có độ nhám tuyệt đối  = 1,2 mm, nước ở nhiệt độ 20 oC Vận tốc dòng chảy đo được trên ống v = 2,8 m/s Tính đường kính ống d = ?

0, 4 (m) 2g  2 9,81 



VÍ DỤ

- Giả thiết trạng thái chảy: Chảy rối thành nhám, có 2 = 1

3 4

Có

Vậy giả thiết Dòng chảy rối thành nhám là đúng, giá trị d = 65 mm là giá trị cần tìm

V 2g

2