Đại Hc Bách Khoa TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực
Copyright@Datechengvn2010-2020
1
BÀI TẬP CƠ LƯU CHẤT
CHƯƠNG 3: PHN ĐNG HC
3.1 Dòng chy có áp trong oáng troøn ñöôøng kính d = 0,4 m. Löu löôïng Q = 0,5 x 10-3 m3/s. Cho heä
soá nhôùt ñoäng hoïc cuûa nöôùc laø = 10-6 m2/s . Xaùc ñònh trò soá Reynolds Re . Traïng thaùi chaûy
trong oáng laø taàng hay roái? (Re= 1591<2300; Chy tng)
3.2 Löu chaát chuyeån ñoäng vôùi vaän toác ñöôïc cho theo bieán soá Euler nhö sau:
Ux = 3.t ; Uy = x.z ; Uz = t.y2 .
a) Đây là chuyển động ổn định hay không ổn định ? (Không ổn định)
b) Chöùng minh chuyeån ñoäng thoûa phöông trình lieân tuïc cuûa chaát löu khoâng neùn ñöôïc ?
(Div(𝑢
󰇍
) = 0)
c) Xaùc ñònh gia toác cuûa phaàn töû löu chaát ? 𝑎 = (3 ; 3tz+y2xt; 2xyzt +y2)
d) Tìm phöông trình ñöôøng doøng taïi thôøi ñieåm t = 1 vaø ñi qua goác toïa ñ (0,0,0).
(1
2𝑥2𝑧 3𝑦 = 0 {y2x 3z =0 hoc 𝑦3
3𝑥𝑧2
2= 0 } )
3.3 Löu chaát chuyeån ñoäng phaúng vôùi vaän toác ñöôïc cho nhö sau:
Ux = -y/b2 ; Uy = x/a2
a) Chöùng minh chuyeån ñoäng thoûa phöông trình lieân tuïc cuûa chaát löu khoâng neùn ñöôïc ?
(Div(𝑢
󰇍
) = 0)
b) Tìm phöông trình ñöôøng doøng. (𝑥2
𝑎2+𝑦2
𝑏2= 𝐶)
3.4 Cho chuyeån ñoäng phaúng sau:
3
)sin( 3
2y
yxyeu x
x+=
;
1
3
)cos( 3
2++= x
xyyeu x
y
Chöùng minh ñaây laø chuyeån ñoäng khoâng quay, vaø laø chuyeån ñoäng theá?
(𝜔𝑧=1
2(𝜕𝑢𝑦
𝜕𝑥 𝜕𝑢𝑥
𝜕𝑦 ) = 0 Chuyn đng không quay (chuyn đng thế))
3.5 Cho trường lưu cht chuyn đng vectơ vn tc:
kytjzxitV
......3 2
++=
Vi x, y, z tính bng m, t tính bng giây V nh bng 10-3.m/s.
a. Đây có phải là trường lưu chất không nén được ? chuyển động không quay ?
Đ/A : Div( u
󰇍
) = 0 trường lưu chất không nén được; 𝜔
󰇍
󰇍
= 1
2 𝑟𝑜𝑡
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
(𝑢
󰇍
) ≠ 0
󰇍
: chuyển động
quay.
b. Tính vn tc tại điểm M(0, 1, 1) thời điểm t = 10 giây
Đ/A : V
󰇍
󰇍
= 30.𝑖 + 10 𝑘
󰇍
c. Tính gia tc ti đim M(0, 1, 1) thời điểm t = 10 giây.
Đ/A : ax = 3 ; ay = 3zt + txy2; az = y2 + 2xyzt ; 𝑎 (3; 30; 1)
3.6. Dòng chy ổn định 3D có vectơ vận tốc như sau:
yyzxux3
2+=
22 yxzxyuy+=
?=
z
u
Xác định thành phn th vn tc
z
u
? Chuyển động lưu chất là quay hay không quay ?
Đ/A : uz = -x2z + f(x,y); ωz= 1
2(−𝑦2.𝑧 + 2𝑥𝑦 𝑥2𝑧 3) ≠ 0 Chuyển động quay
Le
Van
Duc
Digitally signed by
Le Van Duc
DN: cn=Le Van
Duc,
o=Datechengvn
Group, ou=Leader,
email=levanduc@d
atechengvn.com,
c=VN
Date: 2020.06.21
15:15:26 +07'00'
Đại Hc Bách Khoa TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực
Copyright@Datechengvn2010-2020
2
3.7. Cho löu chaát chuyeån ñoäng coù caùc thaønh phaàn vaän toác:
u = 2x2 xy + z2 ; v= x2 4xy + y2 ; w=-2xy-yz+y2
a. Chuyeån ñoäng oån ñònh hay khoâng oån ñònh ? (Chuyển động ổn định)
b. Tính vaän toác goùc
? Chuyeån ñoäng quay hay khoâng quay ?
Đ/A : x = 1
2 (-2x z +2y); y = z + y ; z = 1
2 (3x - 4y) Chuyển động quay
3.8. Chuyeån ñoäng cuûa löu chaát khoâng neùn ñöôïc coù caùc thaønh phaàn vaän toác nhö sau:
ux = 6xy
uy = -3y2
Tìm phöông trình ñöôøng doøng qua ñieåm A(1,1).
Đ/A : y2.x = 1
3.9. Lôùp daàu chaûy treân maët phaúng coù vaän toác phaân boá theo qui luaät:
3
+= d
y
B
d
y
A
V
u
vôùi A, B laø caùc haèng soá (Xem Hình 3.9)
Bieát raèng taïi y = d u = V = 0,3m/s
taïi y = d/2 : u/V = 11/16
Daàu coù tyû troïng = 0,8 vaø heä soá nhôùt ñoäng hoïc = 4.10-4 m2/s vaø chieàu daøy lôùp daàu d = 5mm.
Tính giaù trò öùng suaát tieáp treân beà maët taám phaúng.
Đ/A : 𝜏 = 28,8 𝑃𝑎
3.10. Chuyển động phng gia 2 ng chn cách nhau B = 3m; vn tc umax = 8 m/s. Trắc đồ vn tc
tuân theo quy lut parabol u = a.x2 + b.x + c. Biết ti 2 biên ng, vn tc bng không. (xem Hình
3.10). Xác định lưu ng qua mt đơn v chiu dày.
Đ/A : q = 16 m2/s
3.11. Chuyeån ñoäng cuûa löu chaát khoâng neùn ñöôïc coù caùc thaønh phaàn vaän toác nhö sau:
ux = 3xy + 5y2t
uy = -1,5y2 + 5x2t
Xác định phöông trình caùc ñöôøng doøng taïi thôøi ñieåm t=1s. (Ñ/S : 3,0xy2 + 5(y3_ x3)/3 = C )
3.12. Lưu cht khi lượng rieâng chy trong trong ng troøn baùn kính ro coù phaân b vn tc như
sau:
= 2
2
max 1
o
r
r
uu
y
d
Hình 3.9
B
umax
u
x
Hình 3.10
Hình 3.12
Đại Hc Bách Khoa TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực
Copyright@Datechengvn2010-2020
3
Trong ñoù umax laø vn tc cc ñi ti taâm ng. Nếu umax = 0,5 m/s, ro = 0,2 m; =1000kg/m3
tính ñng lượng ñi qua mt ct thng goùc vi doøng chy trong ñơn v thôøi gian ?
Đ/A : M = 𝜋𝜌𝑢𝑚𝑎𝑥
2.𝑟𝑜
2
2 M = 15,71 (kg.m/s)/s
CHƯƠNG 3: PHN ĐNG LC HC
3.13. Máy bơm ht nưc t b phun ra ngoài như Hnh 3.13. Đường knh ng ht và ống đy D =
8cm, ming ra b thu hp có đường knh d = 5cm. B qua mất năng.
Biết H1 = 4m, H2 = 8m và áp sut dư ln nhất đo được sau máy bơm là 100KPa.
a) Tnh vn tc và lưu lượng nưc phun ra ngoài. (Vra = 11.975 m/s ; Q=0,0235m3/s)
b) Tnh chiu cao h nếu = 300 (h=1,827m)
3.14 Mt l thành mng đưc lp vào bên hông ca mt b cha c kn kh trên, đựng nưc đến
cao trnh H so vi trc l thành mng. Mc c trong ng đo áp lên đến cao độ là H1 so vi
mặt nưc trong b. Đưng knh l thành mng là d. H s co hp là Cc; h s lưu tốc là Cv . Nưc
bn ra khi l rơi chm đnh ng có cao đ thp hơn trc l là yo và cách đnh tường một đoạn
là xo (Hnh 3.14).
Cho H = 4m; H1 = 2m; d = 6 cm; Cc = 0,64; Cv = 0,97; yo = 2m.
a. Tnh khong cách xo t l đến tường ? (xo = 6,72m)
b. Tnh vn tc dng tia ti mt ct C-C ? (Vt = 10,524m/s)
c. Tnh lưu lượng chy qua l ? (Q = 0,019m3/s)
3.15 Tia nưc t đường ng trn có đường knh D bn ra ngoài không kh qua mt vi phun có
đường knh ra d như Hnh 3.15. H s tn tht co hp ca đoạn ng là tnh theo vn tc mt
ct 2-2.
B
D
d
H2
h
H1
nh 3.13
C
C
H
H1
xo
yo
po
Hình 3.14
Bar
2
2
1
1
QR
Hình 3.15
Đại Hc Bách Khoa TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực
Copyright@Datechengvn2010-2020
4
Nếu như người ta điều chnh vi thẳng đứng hưng lên, độ cao tối đa tia nưc đạt được là H so
vi ming vi. B qua tn thất năng lượng khi tia nưc di chuyn trong không kh.
Cho D = 10 cm; d = 3 cm; H = 10 m; = 0,2. Hy tnh:
1) Lưu lượng Q chy trong ng ? (Q=9,9 l/s)
2) Tnh phn lc ca đoạn ng co hp tác động vào nưc (b qua trng lượng ca khối nưc
gia hai mt ct 1-1 và 2-2) ? (R=792,126 N)
3.16 Vi phun đường knh d được lp vào ống đy đường knh D ca máy bơm. Gi h3 là chiu cao
ca mt ct 0-0 so vi mực nưc trong b và h2 là chiu cao mt ct ra (1-1) so vi mt ct 0-0;
Chiu cao tối đa mà nưc có th đạt được (mt ct 2-2) là h1 so vi mt ct 1-1. Cho h1 = 9m; h2
= 0,2 m; h3 = 2m; d = 3 cm. Hiu sut máy bơm là = 0,8. Gi s b qua lc cn do không kh
và tn thất năng lượng trong đường ng, Tnh công sut trên trc máy bơm? (P=1290 Watt)
3.17 L thành mng đưng knh d đưc lp vào bên hông b cha c hnh tr đưng knh D, kn
kh trên, đựng c đến cao trnh H so vi trc l thành mng. Lc đầu áp sut kh trên mt
thoáng là áp sut kh tri (pa = 10,33 m H20) và mc c ơng ng trong bnh thấp hơn nắp b
cha là Ho. Nưc bn ra khi l i chm đnh tưng có cao đ thp n trc l là yo và cách mt
ct C-C theo phương nm ngang mt khong là xo (Hnh 3.17). Cho d = 6cm; D = 1m; H = 6m;
Ho = 0,4m; yo = 3,0m; xo = 7,88 m; h s co hp ca l Cc = 0.64; h s lưu tốc ca l là Cv = 0.97.
Tnh áp sut trên mt thoáng ca b lc đó ? (po dư = -0,11 m(H2O))
3.18. Cho dòng chy ra khi l vào không khí t mt b chứa nưc và dầu như Hnh 3.18. B qua ma
sát, cho h1 = 1m; h2 = 1,3m; D = 0,1m; du có t trng 0,75. Tnh lưu lượng tháo qua l ?
(Q=49,8 l/s)
3.19. Tnh thành phn lc Fx và Fy cần để gi bnh chứa nưc cân bằng như Hnh 3.19. Cho Q1
= 28l/s, V1 = 20m/s; Q2 = 20l/s, V2 = 50m/s; Q3 = 23l/s, V3 = 40m/s; Q4 = 31l/s, V4 = 30m/s.
Đ/A: Fx = 865,764 N ; Fy = -1.741,383 N
Hình 3.18
D
Nưc
Du
h1
h2
C
C
H0
H
yo
xo
p0
Hình 3.17
Hình 3.16
h1
h2
h3
00
11
22
Đại Hc Bách Khoa TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực
Copyright@Datechengvn2010-2020
5
3.20 c chy qua mt đp tràn như Hnh 3.20. Đáy kênh thưng và h u cùng nằm trên mt
phng nm ngang. Chiu cao đp là P. Ct c tràn trên đnh đp là H. Chiu rộng đập và kênh
là b. Độ sâu ti mt ct co hp sau đp tràn là hc. p dng phương trnh năng lượng cho 2 mt
ct 1-1 và c - c :
a) Lập phương trnh tnh lưu ng Q qua đp, biết rng h s tn tht năng lượng qua đập là
(tn thất năng lưng qua đp là hw =
g
V
2
2
, vi Vc là vn tc dng chy ti mt ct co hp) .
b) Cho P = 8 m; H = 1,2 m; hc = 0,8 m; b = 5m; = 1,6, tnh Q ? (Q=14,058 m3/s)
c) Tnh lực nưc F tác đng vào đp ? (F=1.952,443KN)
3.21. c chy qua mt ca cng hnh ch nht như Hnh 3.21, biết dng chảy trưc và sau cng
đều song song và nm ngang. Đ sâu tc cng H1 = 1 m và sau cng H2 = 0,5 m . Xem b
rng dng chy (thng góc vi trang giy ) là 1 m và tn thất năng lượng không đáng k, tnh
lưu lượng qua cng. (Q=1,808 m3/s; Vc=3,617m/s)
3.22. Cho dòng chy qua l thành mng có đường kính d = 0,06m, chiu cao cột nưc h=6m, h s
co hp ca dòng chy qua l là ε=0,62 như ch ra trong Hình 3.22. B qua tn tht cc b qua l.
a) Xác định chiều cao z để tia nưc bn xa nhất theo phương ngang (Xmax) ? (z=h/2 = 3m)
b) ng vi trường hp a) trên, tính vn tốc tia nưc khi ra khi l, ti mt ct co hp C-C ?
(Vc = 7,67m/s)
Q1, V1
Q2, V2
Fy
Q3, V
3
Q4, V4
45o
60o
60o
nh 3.19
Fx
H2
H1
Hình 3.21
Q
H
P
hc
Ñaäp traøn
1
1
c
c
keânh thöôïng löu keânh haïu
maët caét co heïp
Hình 3.20