Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí: Chương 4 - TS. Ngô Văn Hệ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí - Chương 4: Chuyển động một chiều của chất lỏng, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Hai trạng thái dòng chảy - Thí nghiệm Reynolds; tổn thất năng lượng trong dòng chảy; chảy rối trong ống tròn; chảy tầng trong ống tròn; chảy tầng trong các khe hẹp; dòng chảy trong khe hẹp do ma sát - cơ sở lý thuyết bôi trơn thủy động. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí: Chương 4 - TS. Ngô Văn Hệ

CHƯƠNG 4: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG 4.1. Hai trạng thái dòng chảy - Thí nghiệm Reynolds 4.2 Tổn thất năng lượng trong dòng chảy 4.3. Chảy rối trong ống tròn 4.4. Chảy tầng trong ống tròn 4.5. Chảy tầng trong các khe hẹp 4.6. Dòng chảy trong khe hẹp do ma sát - Cơ sở lý thuyết bôi trơn thủy động 1
4.1 Hai trạng thái dòng chảy –Thí nghiệm Reynolds (1883) Thí nghiệm: Kết quả: Osborne Reynolds Anh (1842-1912) Re  v d  Kết luận: TẦNG QUÁ ĐỘ RỐI Re2320 2
Dòng chảy trong ống tròn: Rngh  2320 4 d 2 Rn  v d dh  4 d d Dòng chảy trong kênh có mặt thoáng: v dh Regh(R)  580 ReR   2 dh  4 a  a 4a dh  4 Regh  580 hay 380  dh  4 ab   2 ab 2a  b a  b   dh  4a b 2a  b 3
4.2 Tổn thất năng lượng trong dòng chảy TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG hw  h  hc TỔN THẤT CỤC BỘ d DARCY (1856) WEISBACH hd  λ l v 2 h  λ l v2 hc  v 2 d 2g d 4Rtl 2g 2g   = f(Re, ) R  d tl   n d  = f(Re, ) n - hệ số nhám thành ống t  30d Re   - chiều cao TB mô nhám t - chiều dày lớp chảy rối sát thành 4
I- Chảy tầng   Re hw  k1v A II- Chảy quá độ từ tầng sang rối ( hW chưa có quy luật) Dòng có áp Dầu nặng trong ống tròn A = 64 III-Rối thành trơn thủy lực Nước, dầu nhẹ A = 74 (2300 < Re < 105)   f Re   t  4 IV-Rối thành nhám thủy lực Δ (Re > 105) 0,25  Δ  6 δ t V-Rối thành hoàn toàn nhám (Re > 4.106) Đồ thị Nikurade (1933) δ  1Δ t 6 hw  k52v 2
Tiêu chuẩn giới hạn khu vực chảy rối từ đồ thị Nikurade Thành trơn thủy lực AB) Thành hoàn toàn nhám 8 Re   10 Re  27  d 7 tr    Δ Renh 21,6 C Δ Renh 191Δ d λ d d   C – hệ số Sedi Re  21,6C d bf  6
HỆ SỐ CẢN  TRONG CÔNG THỨC CHEZY (KÊNH - ỐNG TỐT) Manning V  C RJ n  0,02 1   8g C 1 R 6 (m0,5 /s) n C2 R  0,5m n – hệ số nhám Manning K – hệ số lưu lượng Pavolopxki 0,011n  0,04 0,011n  0,04 1 Ry Cn 1  R  4m m 0,1  R  1 m m y 13 n , (m0,5 / s) y 15 n , h  Q2 l  V 2 l Q  AC RJ  K J d K2 C 2R 7
HỆ SỐ CẢN  TRONG CÔNG THỨC DARCY TẦNG RỐI-TRƠN THỦY LỰC RỐI-HOÀN TOÀN NHÁM Re  2320 Re  Re  191 d 8 Re   Re    27  d  7  Δ nh Δ λ   64 tr   Re Re 4.106  1 (Poazoi)   r0 2 174  2 lg 3.103 Re 105   0,3164 (Nikudrase)   ,    Re0,25  (Blasius) OCT   0,25 2  1  3,7 d  2320  Re 3,26.106 18 lgRe15  , ,  2 3262-46   lg    3101-44     (Konakob) (Ni 3101-46 (Frenken) 105  Re 3.106 ku   0,0032 0,221Re0,237 rd RỐI-NHÁM THỦY LỰC (Nikuradse) se) Retr  Re  Renh  1 3.103  Re  3.106 2 0,25   0,1  100     2 lg Re   0,8               (Karman-Nikuradse)       d Re   8
TỔN THẤT CỤC BỘ hc  v 2 2g   0,50   2v2 hc   1     2  2g  2v2 hc  1   1       2g    đm 1 t  D ; l  0,1 D   0,80 2 hc  1 1   v2    r 2  2g      0,2  ξ  0,03 2 v1 D   hc  1   1     2  2g        0,5 r  0,1  ξ  0,12 đt 9 D
HỆ SỐ TỔN THẤT CỤC BỘ Dòng uốn cong đều  3,5   3,5       0,131 0,163 d            0,124  3,104 b                  R    900    2R    900       900 d 2R 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0  d  0,13 0,14 0,16 0,21 0,29 0,44 0,66 0,98 1,41 1,98   b  0,12 0,14 0,18 0,25 0,40 0,64 1,02 1,55 2,27 3,23 10
HỆ SỐ TỔN THẤT CỤC BỘ Dòng qua van khóa   35,5 Van nhỏ trục đứng  1,4 1,85 Van nhỏ trục nghiêng 2   d x Van đĩa     1,3 0,2    trục đứng  d   2 4 d ; b 2 R 2 R 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3  d  0 0,08 0,20 0,42 1,0 2,0 4,0 12,0   b  0 0,12 0,40 1,0 2,1 4,4 8,0 24,0 α:góc mở 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 90  (d ) 0,24 0,52 0,90 1.54 2,51 3,91 6,22 10,8 18,7 32,6 68,8 118 256 751 11 
HỆ SỐ TỔN THẤT CỤC BỘ Dòng qua van khóa Van kim Van bi 2 2    0,5  0,15           0,5  0,15                  d x tan  / 2  x 2 tan2 / 2   0,75 d x    x=0 khi x=0 12
4.3 Dòng chảy rối trong ống tròn Cấu trúc dòng rối trong ống: Phân bố vận tốc trong lõi rối: . ,  r u  umax  u ln y luật lôgarit , k ’ u  u  u' vận tốc tức thời Các u  u  u' 1 T udt u  vận tốc TB thời gian đặc T0 trưng p  p  p' u' vận tốc mạch động mạch u    vận tốc động lực     ' v  Q  0,825umax động  13
4.4 Dòng chảy tầng trong ống – Dòng Haghen-Poazoi Phương trình vi phân   Xét CĐ một chiều   dp v   u   u   0 1 2 2   gradp vu  du 1   ux  u x,y,z dt dx  y   2 z 2    uy  uz  0 (Navier -Stockes) 2u   2u  1 dp  const C Dòng chảy tầng y 2 z 2  dx  ĐK biên ( = const) 0 t  div u  0 r  0 : u=umax Lực khối F  0 r r : u0 0 dp   p   hw   J 1 d  r du    1 p   dx l l r dr  dr       l Dạng toạ độ trụ dòng đối xứng trục. 14
4.4 Dòng chảy tầng trong ống – Dòng Haghen-Poazoi Phân bố vận tốc Phân bố ứng suất tiếp Độ chênh áp    du   p r  0 r  p  8 lv  8 lQ dy l 2 R 2 r0  r0 4 tl Quy luật u parabol  0 r  r0      p r0   J R     l 2 tl umax   p r0 2 u   p  r0  r 2   2  4 l 4 l     Rtl- bán kính thủy lực 15
4.4 Dòng chảy tầng trong ống – Dòng Haghen-Poazoi Phân bố vận tốc trong ống Lưu lượng trong ống r0 r0 Q   dQ   2 dr   r0 umax 2 0 0 2 Q  1u v  u3d 2 max    3  2 v Q Quy luật parabol umax   p r0 u   p  r0  r 2  2  2  4 l 4 l     Phân bố ứng suất tiếp Độ chênh áp Tổn thất dọc đường    du   p r  0 r  p  8 lv  8 lQ hw  h  p dy l 2 R 2 r0  r0 4 d  tl h  64 l v 2   l v 2  0 r  r0       p r0   J R d Re d 2g d 2g     l 2 tl Rtl- bán kính thủy lực   64 ;Re  vd  Re 16
4.5 Dòng chảy tầng trong các khe hẹp 4.5.1 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song Phương trình vi phân chuyển động u=u(y) d 2u  1 dp dy 2  dx (y = 0; y= h): u = 0 ĐK biên y  h : u  umax 2 u   1 dp y  h  y    h Q   budy   b d p h3  1 p h3b 2 dx     12 dx 12 l 0 y  h umax  1 dp h2 v  Q  2umax 2 8 dx bh 3 b – bề rộng tấm phẳng l – chiều dài của khe 17
4.5.2 Dòng chảy dọc trục giữa hai trụ tròn Mặt trụ đồng tâm Mặt trụ lệch tâm b  r d;  a D  2rtb  r1  r2   r2  r1 a  r2  r1  e cos  1 e cos       u 1 d p  2  y 2  u  1 d p 2 2 2  d x  4    max 8  d x Q Q2   dQ   Dp 31 3 e2  Q 1 3 e2   0 12 l  2  2  1 2  2  Q Q1  v S  2umax b    r  p e 3     Q2 Q1   16 1 Q2  2,5Q1     3    18
4.5.3 Dòng chảy tầng hướng kính trong khe hẹp phẳng Bài toán lọc dầu 19
4.6 Dòng chảy trong khe hẹp do ma sát Cơ sở lý thuyết bôi trơn thủy động 4.6.1 Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song (Bài toán Cu-et) Phân bố vận tốc yh  y  u1 1 dp u  y h 2 μ dx Lưu lượng h u1h 1 dp 3 Q   udy   h 0 2 12 μ dx y du U1 u1 u  U1     Khi không có  const T  τS  μ S độ chênh áp h dy h h 20