intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Thủy lực đại cương - Chương 4: Sức cản thủy lực – Tổn thất cột nước (TS. Mai Quang Huy)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST
Báo xấu
11
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thủy lực đại cương - Chương 4: Sức cản thủy lực – Tổn thất cột nước. Chương này cung cấp cho học viên những nội dung về: những dạng tổn thất; phương trình cơ bản của dòng đều; công thức tính tổn thất dọc đường; dòng chảy tầng trong ống tròn; tổn thất cột nước trong dòng chảy rối;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thủy lực đại cương - Chương 4: Sức cản thủy lực – Tổn thất cột nước (TS. Mai Quang Huy)

  1. Chương 4: SỨC CẢN THỦY LỰC – TỔN THẤT CỘT NƯỚC MAI Quang Huy Bộ môn Thủy lực – Thủy văn, Khoa Công trình Hà nội 2013
  2. 1. NHỮNG DẠNG TỔN THẤT Khi chất lỏng đứng yên: các ống đo áp bằng nhau => không có tổn thất; Khi chất lỏng chuyển động: mực nước trong các ống đo áp hạ thấp dần và hạ đột ngột tại khóa K => có tổn thất năng lượng hw Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 2
  3. 2. THÍ NGHIỆM REYNOLDS. HAI CHẾ ĐỘ CHẢY Sơ đồ thí nghiệm: hình bên; Tiến hành thí nghiệm: SGK Nhận xét: Tồn tại 2 trang thái chảy: ● Chảy tầng: các phần tử chất lỏng chảy thành tầng lớp, không xáo trộn, không trao đổi động lượng giữa các phần tử chất lỏng (a); ● Chảy rối: các phần tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn, xáo trộn với nhau có trao đổi động lượng giữa các phần tử chất lỏng (c); Số Reynolds: là tiêu chuẩn không thứ nguyên để phân biệt hai trạng thái chảy Chú ý: với tiết diện không Re < 2000: chảy tầng; tròn thay d = 4R (R: bán kính thủy lực) Re > 2000: chảy rối; 3 Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước
  4. 3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG ĐỀU Chuyển động đều: là dòng ổn định, dọc theo chiều dài dòng chảy: ● Lưu lượng không đổi Q = const; ● Diện tích mặt cắt ướt không đổi (hình dạng và mc); ● Hệ số nhám không đổi (n = const); => Tổn thất cục bộ không có hc = 0; và hw = hd Mục đích: Tìm quan hệ (phương trình) liên hệ giữa tổn thất cột nước (năng lượng) dọc đường hd và sức ma sát trong dòng chảy đều (đặc trưng bởi ứng suất tiếp t0). Xây dựng phương trình: Dựa vào 2 phương trình: ▪ phương trình cân bằng lực ▪ phương trình Bec-nu-ly (pt năng lượng). 4 Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước
  5. 3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG ĐỀU Xét đoạn dòng chảy như hình vẽ; t0 là ứng suất tiếp lớn nhất tại thành ống; Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 5
  6. 3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG ĐỀU Các ngoại lực: ● Lực khối: trọng lực G= .w.L; hình chiếu của nó lên trục dòng chảy là: Gcos = w Lcos; ● Lực mặt: + Áp lực P1 = p1.w; P2 = p2.w tác dụng vuông góc với mặt cắt ướt; + các lực tác dụng lên mặt bên, nhưng khi chiếu lên trục dòng chảy -> bị triệt tiêu; + Lực ma sát Fms = t0.L; Chiếu tất cả các lực lên phương dòng chảy: p1.w - p2.w - t0l + .w.l.cos = 0 (*) Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 6
  7. 3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG ĐỀU Phương trình Bec-nu-ly: 2 2 p1 1 .v 1 p2 2v2 z1    z2    hd  2g  2g •Vì dòng chảy đều nên: v1 = v2, 1   2 p1 p2 (z 1  )  (z 2  )  h d (**)   z1  z 2 hd Mà cos = và J = L L •Kết hợp phương trình (*) và (**), rút gọn ta được: hoặc t0 = R.J (4.1) Trong đó: to- ứng suất tiếp ma sát cực đại tại thành ống; R – bán kính thủy lực; J = hd/L – độ dôc thủy lực. * Chú ý: có thể thay J bằng độ dốc đo áp Jp; hoặc độ dốc đáy kênh i(đối với dòng đều trên kênh hở): J = Jp = i Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 7
  8. 4. CÔNG THỨC TÍNH TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG Ta thấy rằng t0 ~ V => có thể viết t0 = k.r. V2/2 (k – hệ số tỷ lệ ≠ const); Từ phương trình cơ bản của dòng đều: h 1 v 2  t0 = .R.J = k.r. V /2 => J   4k. . ; ( g  ) 2 d l 4R 2 g r Đặt 4k = l – hệ số ma sát , ta có công thức Darcy tính tổn thất dọc đường: l v2 hd  l. . (4.2) d 2g Nếu đặt d= ll./4R – hệ số tổn thất dọc đường: v 2 Phải tính d =? => l = ? nhưng l phụ hd  ζ d . 2 g thuộc vào trạng thái chảy => tìm l = cho từng trạng thái chảy. Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 8
  9. 5. DÒNG CHẢY TẦNG TRONG ỐNG TRÒN a. Phân bố ứng suất tiếp r t t0 (4.3) r0 Ứng suất tiếp ở dòng chảy tầng trong ống tỷ lệ bậc nhất với bán kính R; Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 9
  10. 5. DÒNG CHẢY TẦNG TRONG ỐNG TRÒN b. Phân bố lưu tốc Phân bố lưu tốc ở dòng chảy tầng (4.4) trong ống có dạng parabol Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 10
  11. 5. DÒNG CHẢY TẦNG TRONG ỐNG TRÒN c. Lưu lượng và lưu tốc trung bình Lưu lượng dQ đi qua dw là: dQ = udw dw = 2.pr.dr => dQ = 2.pr.u.dr; Lưu lượng trên toàn mặt cắt là: (4.5) Lưu tốc trung bình: hoặc (4.6) Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 11
  12. 5. DÒNG CHẢY TẦNG TRONG ỐNG TRÒN d. Tổn thất dọc đường Thay J = hd/L vào (4.6) ta có: => sắp xếp lại ta được: => với (4.7) Tổn thất cột nước trong dòng chảy tầng trong ống tỷ lệ bậc nhất với tốc độ ( vì l ở mẫu cũng chứa v) Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 12
  13. 5. DÒNG CHẢY TẦNG TRONG ỐNG TRÒN e. Hệ số  trong ống chảy tầng Thay vào tính được (4.8) f. Dòng chảy tầng la trong ống là chuyển động xoáy Phân bố lưu tốc: Do tốc độ quay => đây là chuyển động xoáy; đường xoáy là những đường tròn đồng tâm với trục ống. Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 13
  14. 6. TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY RỐI 6.1. Phân bố tốc độ trong dòng chảy rối: Với dòng rối, ứng suất tiếp phụ thuộc chủ yếu vào mức độ chuyển động hỗn loạn của các phần tử chất lỏng, nên: t = ttầng + trối ; ttầng >> trối nên bỏ qua ttầng Theo Prandtl: y: k/c tính từ thành đến lớp chất lỏng đang xét; l: chiều dài xáo động Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 14
  15. 6. TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY RỐI Lưu tốc thực - lưu tốc trung bình thời gian - Lưu tốc mạch động - Động năng của dòng chảy rối : u1, u2, u3: gọi là lưu tốc thực tại điểm M; T u x : lưu tốc trung bình t u x .dt thời gian; ux  0 T -Hiện tượng thay đổi lưu tốc không ngừng xung quanh một vị trí trung bình thời gian của lưu tốc gọi là hiện tượng mạch động lưu tốc; Với dòng rối, nói tới u tức là lưu tốc trung bình thời gian; -Hiệu số giữa lưu tốc tức thời và lưu tốc trung bình thời gian gọi là lưu tốc mạch động: ux’ = ux – u x Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 15
  16. 6. TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY RỐI Lớp mỏng chảy tầng - Thành nhám và thành trơn thủy lực : Cấu tạo dòng rối gồm 2 phần: + Lớp mỏng chảy tầng có bề dày dt, theo : d  30d Re l t + Lõi rối; - Một vật liệu dù tinh chế tôt thì vẫn có độ gồ ghề; D: chiều cao trung bình của mố nhám (mm) D  D / r0 : độ nhám tương đối dt > D : Chảy rối thành trơn thủy lực; dt < D : chảy rối thành nhám thủy lực; Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 16
  17. 7. THÍ NGHIỆM NI-KU-RAT (1933) Mục đích: hệ thống hóa quy luật l = f(Re, D) Cách tiến hành: cho dòng nước chảy qua ống trụ tròn, đường kính d. lưu tốc: V = Q/w = 4Q/pd2 (đo Q); Số Re : Re = v.d/n(phụ thuộc vào t0); Nhám D  D / r0 ; r0  d / 2 (trong các TN dùng độ nhám nhân tạo bằng cát có đường kính khác nhau, tiến hành với các Q khác nhau); -Ni-ku-rat làm thí nghiệm vơi 6 trị số nhám D => cho 6 đường cong l = f(Re) ứng với 6 trị số nhám đó; l hd Hệ số ma sát rút ra từ công thức Darcy: λ  2d v Biểu diễn 6 đường cong lên cùng một đồ thị; 2g (hình vẽ) Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 17
  18. 7. THÍ NGHIỆM NI-KU-RAT (1933) Ni-ku-rat nhận xét: 1. Cả 6 đường đều chung đoạn AB, l = f(Re) là tuyến tính, phù hợp với trạng thái chảy tầng 2. Cả 6 đường đều chung đoạn CD, l = f(Re) là tuyến tính, phù hợp với trạng thái chảy rối thành trơn thủy lực; 3. Trong khoảng giữa CD và EF, trị số l phụ thuộc vào cả Re và D Quan hệ ứng với trạng thái quá độ từ thành trơn => thành nhám TL; 4. Bên phải đường EF , trị số l chỉ phụ thuộc vào D ứng với trang thái thành nhám thủy lực (hoặc là khu sức cản bình phương). Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 18
  19. 8. CÁC CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT l 1. Chảy tầng (Re < 2000): 64 l Re 2. Chảy rối (Re>2000): 10 d 500 d Re  và Re gh  D ' " - Tính D gh So sánh: ▪ 2000 < Re < Re’gh (rối thành trơn thủy lực): 0, 25 0,3164  68  l ( Blasius) hoặc l  0,11  ( Altsul ) Re 0 , 25  Re  ▪ Re’gh < Re Re”gh (thành nhám thủy lực) l  0,11  ( Sifirson) d  Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 19
  20. 8. CÁC CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT l Trình tự tính l: - Tính v => Re => chọn công thức tính l thwo chế độ chảy; ● Một số công thức tính hệ số l khác ( chỉ cho dòng rối):  Công thức Colebrook – White (đc coi là chính xác nhất, có dạng hàm ẩn): 1  D 2,51  1  D 2,51   0,86. ln    or  2,0. lg    l  3,7d Re l  l  3,7d Re l   Công thức Moody : 1,325 D l 2 (10   10 2 & 5000  Re  10 8 ) 6   D 5,74  d ln  3,7d  Re 0 , 9     Chương IV- Sức cản thủy lực - Tổn thất cột nước 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
8=>2