DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÀ VÒI
3. TÁC DỤNG CỦA LUỒNG NƯỚC LÊN THÀNH CHẮN
Bài 5-27. Ở cuối ống phun nước của bơm chống cháy có một vòi thu hẹp, với đường kính của mặt cắt ra d = 40,00mm, hệ số sức cản ξ = 0,1 ; hệ số co hẹp ε = 0,85.
Xác định : lưu lượng dòng nước phun ra và lực của luồng nước ra khỏi vòi tác dụng vào tường đặt thẳng góc và nghiêng 450, nếu áp suất của nước tại mặt cắt vào của vòi là pd
= 20,00at.
Đáp số : P90o
= 3800N P45o
= 2685N Q = 230m3/h Bài 5-28. Trong tuốcbin nước xung kích kiểu gáo, luồng nước có đường kính d = 50mm và lưu tốc v = 70m/s đập vào gáo với góc ra β = 100. Hệ số sức cản của gáo – biểu thị tổn thất cột nước khi dòng nước đi trong gáo qua lưu tốc tương đối ở chỗ ra - ξ = 0,2.
u
V d
β Bài 5-28
Xác định lực tác dụng của luồng nước lên gáo đặt cố định và khi gáo dịch chuyển tịnh tiến với tốc độ không đổi u = 35m/s.
Đáp số : P1 = 18,25kN P2 = 4,56kN Bài 5-29. Một van an toàn có đường kính d = 25mm tháo lưu lượng dầu Q = 10l/s dưới áp suất pd = 32at. Khi đó, độ mở cửa van là s = 5mm.
Bỏ qua tổn thất cột nước ở khe van, xác định phương của luồng nước chảy ra khỏi van ( góc α) nếu biết rằng áp suất lúc ban đầu mở cửa van là pod = 25at và độ cứng của lò xo c
= 19,62N/mm.
Chỉ dẫn : 1) Lực tác dụng của lò xo lên van đang đóng lúc đầu là :
Po = pod
4 d2
π
Với độ mở s, lực tác dụng của lò xo sẽ là : Ps = Po + cs.
V
Ps
α
a V
p d
k
Bài 5-29
2) Để xác định góc α, ta tạm coi chất lỏng không có trọng lượng và biểu thị gần đúng lưu tốc của luồng đầu ra theo công thức :
2 p v2
g vk = d +
γ trong đó : v là lưu tốc trong cửa van.
Đáp số :
k
k v
v Qv
d cs p
p− − +
= ρ
π α ( ) 4 cos
2 0
; Bài 5-30. Nước được dẫn đến bánh xe của tuốcbin gáo xung kích từ hai vòi có lỗ ra do
= 120mm nối với chạc ba bằng các khuỷu có đường kính D2 = 275mm. Đường kính vào của chạc ba Dt = 400mm.
p D1
750
kim ®iÒu tiÕt
Bánh gáo
d0 900 d
450 300
D2
D2
Chạc ba 2 Khuûu
Vòi d
D
H L
Bánh xe công tác
Bài 5-30 Bài 5-31
Xác định lực dòng nước tác dụng lên chạc ba (R1), vào khuỷu trên (R2) và khuỷu dưới (R3), khi áp suất dưới chạc ba pd = 50at. Bỏ qua trọng lượng nước và sức cản thủy lực. Hệ số co hẹp của luồng chảy chỗ ra khỏi vòi ε = 0,8
2
0
=
d
d .
Đáp số : R1 = 175,6kN R2 = 317,0kN R3 = 293,5kN Bài 5-31. Sau khi qua bánh bánh xe công tác của tuốcbin, dòng nước (Q = 5,5m3/s) thoát xuống hạ lưu theo một ống hút thẳng đứng, thành mỏng, hình loe, có các đường kính d = 1000mm D = 2000mm và chiều dài L = 4000mm ( hệ số tổn thất trong ống loe ξ1 = 0,25). Mặt cắt vào của ống loe nằm cao hơn mực nước hạ lưu H = 3,0m. Xác định lực dòng nước tác dụng vào ống theo phương dọc trục.
Chỉ dẫn: Khi giải bài toán, ta coi rằng :
1. Áp suất tại mặt cắt ra của ống bằng áp suất thủy tĩnh của chất lỏng đứng yên xung quanh, và cột nước lưu tốc của dòng chảy ra khỏi ống bị triệt tiêu hoàn toàn .
2. Ở phần mặt ngoài của ống ngập vào nước, áp suất phân bố theo quy luật của áp suất thủy tĩnh.
Đáp số : P = ρQ(v1 – v2) – pck ω + G = 34,93kN.
trong đó : Pck - áp suất chân không tại mặt cắt vào ống loe ; ω - diện tích mặt cắt vào ống loe ;
G – trọng lượng phần nước trong ống ở trên mực nước hạ lưu.
Bài 5-32. Xác định lực tổng cộng của dòng nước tác dụng lên trụ neo của đoạn
ống dẫn AC của nhà máy thủy điện giữa hai khớp nói co giãn, khi đoạn ống này thay đổi phương từ nằm nghiêng ( α = 450) đến nằm ngang, với đường kính không đổi d = 2500mm. Lưu lượng nước Q = 15 m3/s, áp suất đầu đoạn ống pd = 5at. Không tính tổn thất cột nước.
Dọc trên chiều dài L = 260m giữa mặt cắt A và B có một loạt các trụ trung gian chịu các lực thẳng góc với trục ống ; trên đoạn này chỉ có thành phần của trọng lượng nước theo phương dọc trục ống tham gia vào lực tác dụng lên trụ neo. Trên đoạn BC (l = 20m), toàn bộ trọng lượng nước tham gia vào lực đó.
khíp nèi co d∙n
Trô nÐo V
C
d
l l l
P
A
B Trô trung gian
α
Bài 5-32
Chỉ dẫn : P= Pngang2 +Pdứng2
Pngang = ( ρQv + p1ω)cosα - ( ρQv + p2ω) + GAB
2 sin2α Pđứng = ( ρQv + p1ω)sinα + GABsin2α + GBC
trong đó : p1 , p2 - áp suất dư ở mặt cắt Avà mặt cắt C.
ω, v – diện tích mặt cắt ngang của ống, v lưu tốc trong ống.
GAB , GBC – trọng lượng nước trong đoạn AB, BC.
Đáp số : P = 11.080kN
D1
Bản lề ngang
P
1 2
r
CÇn ®iÒu khiÓn
600
Nòng súng Vòi
D2
d
L 2 L1
Bản lề đứng
ω
Bài 5-33
Bài 5-33. Một súng bắn nước có đường kính D1 = 250mm và vòi d = 100mm, làm việc dưới áp suất pd = 12at khi nòng súng nằm ngang. Xác định lực tác dụng lên :
- bản lề ngang ;
- chỗ nòng súng nối với khuỷu (2) ;
- chỗ nòng súng nối với vòi (3).
Đường kính vào của vòi D2 = 150mm ; chiều dài L1 = 3000mm, L2 = 2300mm ; bán kính cong của khuỷu r = 400mm. Bỏ qua các trọng lượng. Hệ số tổn thất của vòi ξ = 0,1 ( không có co hẹp chỗ ra).
Chỉ dẫn : Bản lề ngang chịu lực tách ra thẳng đứng p1 = ρQv1 + pω , lực cắt T1 = ρQv3
và mômen uốn M1 = T1.r , trong đó : v1 và v3 - lưu tốc chỗ khuỷu và chỗ ra của vòi ; ω - diện tích khuỷu.
Chỗ nòng súng nối với khuỷu chịu lực tách ra : P2 = ρQ(v1 – v3) + pω
Lưu tốc của luồng chảy ra khỏi vòi được xác định bằng biểu thức : v3 =
ξ γ
g p
D d
2 1
1
4
2
− +
Đáp số : 1) Lực tách ra P1 = 60,6kN Lực cắt T1 = 17,18kN Mômen uốn M1 = 6367Nm
3) Lực tách ra P2 = 43,5kN Lực tách ra P3 = 7,95kN Bài 5-34. Trên đoạn có trụ đỡ, đường kính ống
thay đổi từ D1 = 1,5m đến D2 = 1m.
Xác định lực dọc trục tác dụng lên gối tựa trên đoạn chuyển tiếp này, nếu áp suất dư ở trước trụ đỡ pd = 4at và lưu lượng nước Q = 1,8 m3/s.
Bỏ qua tổn thất trong đoạn thu hẹp.
Đáp số : P = 385kN
M D1
D2
V
Bài 5-34
P D d
Bài 5-35
Bài 5-35. Dầu chảy ra khỏi xilanh qua lỗ nhỏ thành mỏng (d = 20mm) do lực P = 2943N tác dụng lên pittông D = 60mm.
Bỏ qua lực ma sát giữa píttông và xi lanh, xác định lực tác dụng lên xilanh.
Cỏc hệ số của lỗ : ϕ= 0,97 ; à = 0,63 . Tỷ trọng của dầu δ = 0,9.
Đáp số : P = 2,57kN.
Bài 5-36. Tấm phẳng đặt thẳng góc với luồng nước chảy tự do, chia luồng nước ra làm hai phần :
phần Q1 , v chảy dọc theo bản xuống phía dưới ; phần còn lại Q2, v lệch đi một góc α. Cho biết : Q = 36l/s ; v = 30m/s.
Xác định lực dòng nước tác dụng lên bản phẳng (P) và góc lệch α. Coi chất lỏng không có trọng lượng và bỏ qua lực ma sát giữa chất lỏng và bản phẳng.
Chỉ dẫn : Dùng phương trình động lượng đối với hai phương : trục luồng chảy và phương thẳng góc với nó.
Q2
P
Q ,V1
Q, v
Bài 5-36
Đáp số : P = ρQv N
Q Q Q Q
456 1
1 1
2 1
2
2 1
=
+
−
−
0
2
1 30
arcsin =
= Q
α Q
Chương VI