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

Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi - DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI - DÒNG TIA

Chia sẻ: Nguyenngoc An | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST
Báo xấu
224
lượt xem 70
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dòng chảy qua lỗ khi cột nước tác dụng H không đổi là một dòng chảy ổn định; tức là lưu tốc, áp suất tại một điểm cố định nào đó không đổi theo thời gian. Khi chất lỏng chảy ra khỏi lỗ, ở ngay trên mặt lỗ, các đường dòng không song song, nhưng cách xa lỗ một đoạn nhỏ, độ cong của các đường dòng giảm dần các đường dòng trở thành song song với nhau, đồng thời mặt cắt của luồng chảy co hẹp lại, mặt cắt đó gọi là mặt cắt co hẹp C-C....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi - DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI - DÒNG TIA

  1. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi CHƯƠNG VI DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI - DÒNG TIA Flow through orifices, nozzles – jet flow *** A - DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI I. Khái niệm chung II. Phân loại lổ 1. Theo kích thước lổ 2. Theo độ dày của thành lổ 3. Theo hình thức nối tiếp với hạ lưu III. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng 1. Bài toán tìm Q (hoặc v) 2. Hình dạng của dòng chảy tự do ra khỏi lổ. III. Dòng chảy ngập ổn định qua lỗ to, nhỏ thành mỏng IV. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ to thành mỏng V. Dòng chảy qua vòi 1. Khái niệm 2. Vòi hình trụ tròn gắn ngoài (vòi Venturi) VI. Dòng chảy không ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng B - DÒNG TIA VII. Phân loại, tính chất dòng tia 1. Định nghĩa 2. Dòng tia ngập 3. Dòng tia không ngập VIII.. Những đặc tính động lực học của dòng tia BÀI TẬP CHƯƠNG VI Bài giảng thủy lực 1 Trang 104
  2. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi CHƯƠNG 6 DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI - DÒNG TIA Flow through orifices, nozzles – jet flow A - DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI I. Khái niệm chung Trên thành bình chứa chất lỏng có khoét một lỗ, dòng chất lỏng chảy qua lỗ gọi là dòng chảy ra khỏi lỗ; vòi là một ống ngắn dính liền với thành bình chứa, chiều dài (3 ÷ 4 )e ≤ l ≤ (8 ÷ 10)e, dòng chất lỏng chảy qua vòi gọi là dòng chảy ra khỏi vòi. II. Phân loại lỗ. Gọi H: chiều cao từ mặt thoáng đến tâm lỗ. δ: chiều dày của thành lỗ. e: Đường kính của lỗ 1. Theo kích thước lỗ: e 1 < : lỗ nhỏ - Cột nước tác dụng tại mọi điẻm trên lỗ xem như bằng H. H 10 e 1 ≥ : lỗ to - Cột nước tác dụng tại các điểm trên lổ không bằng nhau. H 10 2. Theo độ dày của thành lỗ: - Nếu lỗ sắc cạnh: δ < (3 ÷ 4 )e , độ dày thành lổ không ảnh hưởng đến hình dạng dòng chảy ra khỏi lổ, gọi là lỗ thành mỏng. - Nếu δ ≥ (3 ÷ 4 )e , nó ảnh hưởng đến hình dạng dòng chảy ra của lổ, gọi là lỗ thành dày. 3. Theo hình thức nối tiếp với hạ lưu - Chảy tự do: Dòng chảy ra khỏi lỗ tiếp xúc với không khí, tức mực nước hạ lưu không làm ảnh hưởng đến lưu lượng. - Chảy ngập: Mực nước hạ lưu ngập trên miệng lỗ → làm ảnh hưởng đến lưu lượng qua lổ. Bài giảng thủy lực 1 Trang 105
  3. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi III. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng. 1. Bài toán tìm Q (hoặc v). Biết: α .v 2 0 H⎫ 2. g 1 1 ⎪ v ⎬ ổn định không đổi theo thời gian. p⎪⎭ Ho Tại mặt cắt 1-1 có lưu tốc trung bình là v0. H v2 v0 Chủ yếu là tổn thất cục bô: h w = h c = ξ C vc c 0 0 2.g C - Dòng chảy qua lỗ khi cột nước tác dụng H không đổi là một dòng chảy ổn định; tức là lưu tốc, áp suất tại một điểm cố định nào đó không đổi theo thời gian. - Khi chất lỏng chảy ra khỏi lỗ, ở ngay trên mặt lỗ, các đường dòng không song song, nhưng cách xa lỗ một đoạn nhỏ, độ cong của các đường dòng giảm dần các đường dòng trở thành song song với nhau, đồng thời mặt cắt của luồng chảy co hẹp lại, mặt cắt đó gọi là mặt cắt co hẹp C-C. - Vị trí mặt cắt này phụ thuộc hình dạng của lỗ; đối với lỗ hình tròn: mặt cắt co hẹp ở cách lỗ chừng một nửa đường kính lỗ. Tại mặt cắt co hẹp, dòng chảy có thể coi là dòng đổi dần; ra khỏi mặt cắt co hẹp, dòng chảy hơi mở rộng ra và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. - Ta đi tìm công thức tính lưu lượng qua lỗ. + Viết phương trình Becnoulli cho mặt cắt 1-1 và C-C, vớimặt chuẩn qua trọng tâm lổ: α.v 0 α .v 2 2 p p H+ a + = 0 + a + c c + hw γ γ 2.g 2.g α.v 0 2 2 v = H 0 = (α c + ξ ) c H+ (6.1) 2.g 2.g Trong đó: H0 Gọi là cột nước thượng lưu kể cả lưu tốc đến gần 1 1 2 . g .H 0 với αc = 1 và đặt ϕ = = → Vc = (α c + ξ ) (α c + ξ) (1 + ξ) thì v c = ϕ 2.g.H 0 , (6.2) trong đó: ϕ gọi là hệ số lưu tốc. Q = ω c .v c . ω Gọi ε = c : là tỷ số giữa diện tích mặt cắt co hẹp và diện tích lỗ. ω Q = ϕ.ε.ω 2.g.H 0 Ta có: µ = ϕ.ε , Đặt: thì : Bài giảng thủy lực 1 Trang 106
  4. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi Q = µ.ω 2.g.H 0 (6.3) ε: gọi là hệ số co hẹp. Trong đó: µ: gọi là hệ số lưu lượng của lỗ. - Đối với lỗ tròn thành mỏng d ≥ 1cm, với Re > 105, H > 2m (đối với nước) chúng ta có những trị số sau đây: ξ = 0,05 ÷ 0,06; ε = 0,63 ÷ 0,64; ϕ = 0,97 ÷ 0,98, µ = 0,60 ÷ 0,62, trung bình lấy µ = 0,61. Người ta thường dùng lỗ nhỏ, thành mỏng để đo lưu lượng. 2. Hình dạng của dòng chảy tự do ra khỏi lổ Quỹ đạo của dòng chảy ra khỏi lỗ khoét trên thành đứng có thể tính theo cách sau: Ta lấy trọng tâm của mặt cắt co hẹp C-C làm gốc toạ đô, lưu tốc trung bình ở đó là vc. Ta coi được rằng phần tử chất lỏng chuyển động theo quỹ đạo của một vật rắn rơi có tốc độ ban đầu vc. Phương trình của quỹ đạo chuyển động này đã được nghiên cứu trong cơ học chất rắn, nó có dạng parabol: (6.4) x2= 4ϕ2H0y. Khử t, ta nhận được: (6.5) Như vậy: Qũy tích dòng chảy ra khỏi lỗ là một parabol. Bài giảng thủy lực 1 Trang 107
  5. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi III. Dòng chảy ngập ổn định qua lỗ to, hoặc nhỏ thành mỏng - Khi ở sau lỗ có mặt tự do của chất lỏng nằm cao hơn lỗ, có nghĩa dòng chảy ra khỏi lỗ bị ngập, lúc đó ta có dòng chảy ngập. Cột nước tác dụng bằng hiệu số cột nước ở thượng lưu với hạ lưu. Do đó, đối với dòng chảy ngập không cần phân biệt lỗ to, lỗ nhỏ. - Viết phương trình Becnoulli mặt cắt 1-1 và 2-2 với mặt chuẩn qua tâm lỗ (Xem v2 ≈ 0) p a α.v 0 p a α.v 2 2 h1 + + = h2 + + + hw . 2 γ γ 2.g 2.g Tổn thất hw bao gồm: v2 • Tổn thất khi qua lỗ ξ c 2.g (v − v 2 ) 2 2 v • Tổn thất vì đột ngột mở rộng c = c (vì v2 = 0 ). 2g 2g 2 2 v v hw = ∑ξ = ( ξ +1) c c Do đó: 2.g 2g v2 α.v 0 2 = (ξ + 1) c h1 - h2 + 2.g 2.g v2 α.v 02 = H 0 = (ξ + 1) c Hoặc H+ 2.g 2.g 1 ϕ= → v c = ϕ. 2.g.H 0 Đặt: ξ +1 Vậy lưu lượng qua lỗ bị ngập là: ω Q = ω c .v c với ε = c ω Q = ϕ.ε.ω 2.g.H 0 Q = µ.ω 2.g.H 0 Hoặc: (6.6) µ : gọi là hệ số lưu lượng của lỗ bị ngập, µ = ϕ.ε = 0,61 Kết luận: Công thức dòng chảy ra khỏi lỗ khi chảy tự do và chảy ngập giống nhau, chỉ khác nhau chủ yếu ở chỗ khi chảy ngập H là độ chênh cột nước thượng lưu và hạ lưu; còn khi chảy tự do H là cột nước kể từ trọng tâm cuả lỗ. Bài giảng thủy lực 1 Trang 108
  6. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi IV. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ to thành mỏng. - Ở lỗ to, cột nước tại bộ phận trên và bộ phận dưới cuả lỗ có trị số khác nhau lớn. - Ta chia mặt cắt ướt thành những dãi vi phân dh, dòng chảy qua dải này xem như chảy qua lỗ nhỏ. Như vậy lỗ to là do nhiều lỗ nhỏ hợp lại. Ta nghiên cứu trường hợp lỗ to hình chữ nhật. Giả thiết hệ số lưu lượng qua dh×b là µ’ ta có: dQ = µ′ 2.g.h .( b.dh ) (6.7) Lưu lượng qua lỗ to là: H 02 Q = b. ∫ µ ′ 2.g.h .dh (6.8) H 01 = .µ.b. 2.g (H 3 2 − H 3 2 ) 2 02 01 3 Trong đó µ: Hệ số lưu lượng của lỗ to bằng trị số trung bình của vô số hệ số lưu lượng của lỗ nhỏ µ’. Gọi H0 là cột nước tại trọng tâm của lỗ ⎛ e⎞ e H 02 = H 0 + = H 0 ⎜1 + ⎜ 2.H ⎟ ⎟ 2 ⎝ 0⎠ ⎛ e⎞ e = H 0 ⎜1 − ⎜ 2.H ⎟ H 01 = H 0 − (6.9) ⎟ 2 ⎝ 0⎠ ⎡ e⎞⎤ 32 32 32 ⎛ e⎞ ⎛ 2 Q = .µ.b. 2.g .H 0 ⎢⎜1 + ⎟ − ⎜1 − ⎜ 2.H ⎟ ⎥ ⎜ ⎟ ⎟ 3 ⎢⎝ 2.H 0 ⎠ ⎥ ⎝ 0⎠ ⎣ ⎦ Triển khai trong ngoặc theo nhị thức New ton: ⎡⎛ ⎤ e3 ⎞ 3 e2 3 e 1 ⎢⎜1 + × ⎟ ⎥ +× +× ⎜ 3⎟ ⎢⎝ 2 2.H 0 8 4.H 0 16 8.H 0 ⎠ ⎥ 2 2 Q = .µ.b. 2.g .H 3 2 ⎢ ⎥ 0 3 ⎢⎛ 3 ⎞ ⎥ 3 e2 e3 e 1 − ⎜1 − × ⎟ +× −× ⎢ ⎜ 2 2.H ⎥ ⎟ 8 4.H 0 16 8.H 3 2 ⎣⎝ ⎠ ⎦ 0 0 ⎡⎛ 3 e ⎞ ⎛ 1 e 3 ⎞⎤ 2 = .µ.b. 2.g .H 3 2 ⎢⎜ × ⎟−⎜ ×( ) ⎟⎥ ⎜ ⎟⎜ ⎟ 0 3 ⎣⎝ 2 H 0 ⎠ ⎝ 64 .H 0 ⎠⎦ Bài giảng thủy lực 1 Trang 109
  7. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi ⎡ 1⎛ e ⎞⎤ 2 = µ.b.e. 2.g.H 0 ⎢1 − ⎜ ⎟⎥ ⎜ ⎟ ⎢ 96 ⎝ H 0 ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ ⎡ 1⎛ e ⎞⎤ 2 = µ.ω. 2.g.H 0 ⎢1 − ⎜ ⎟⎥ ⎜ ⎟ ⎢ 96 ⎝ H 0 ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ 2 1⎛ e ⎞ ⎜ ⎟ rất nhỏ nên bỏ qua. Vì lượng: 96 ⎜ H 0 ⎟ ⎝ ⎠ Q = µ.ω 2.g.H 0 Vậy: (6.10) Kết luận: Công thức tính lưu lượng dòng chảy qua lỗ to giống như lỗ nhỏ, nhưng chỉ khác hệ số lưu lượng của lỗ to lớn hơn lỗ nhỏ. Hệ số lưu lượng µ được cho ở bảng tra. V. Dòng chảy không ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng - Khi dòng chảy qua lỗ mà mực chất lỏng trong bình chứa thay đổi theo thời gian, thì sinh ra dòng chảy không ổn định. - Ta chỉ nghiên cứu trường hợp đơn giản, khi mực nước trong bình thay đổi chậm. Trong thời gian ngắn, ta có thể áp dụng công thức của dòng chảy ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng. -Ta đi chia khoảng thời gian tính toán T ra nhiều thời đoạn dt nhỏ, ứng với mỗi thời đoạn có cột nước tác dụng chảy qua lổ h0 coi như không đổi. Ta có: + Thể tích chảy vào bình : q.dt, lưu lượng chảy vào bình + Thể tích chảy ra khỏi bình : - Q.dt , Q lưu lượng chảy ra khỏi bình + Thể tích tăng lên hoặc giảm đi trong bình chứa là: Ω.dh Ω : Diện tích mặt cắt ngang của bình Trong đó: Ω = const : với bình hình trụ Ω ≠ const : với bình khác hình trụ (phức tạp) - Ta có hệ thức: q.dt − Q.dt = Ω.dh Ω.dh dt = → (6.11) q −Q Xét các trường hợp: 1. Mực nước thượng lưu thay đổi, dòng chảy tự do qua lỗ nhỏ (tháo cạn bình chứa) 1 1 dh H1 2 2 h H2 - Xét trường hợp q = 0 để đơn giản. - Cần tìm thời gian T1-2 để mực nước thay đổi từ 1-1 đến vị trí 2-2 Bài giảng thủy lực 1 Trang 110
  8. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi Ω.dh dt = − µ.ω. 2.g.h 0 Ω.dh H 02 ∫ − µ.ω. T1− 2 = 2.g.h 0 H 01 - Nếu biết quy luật của Ω thì sẽ giải được. - Để đơn giản ta giả thiết: Ω = const, v0 ≈ 0 nên ho= h ( ) Ω 2.Ω H 2 dh ∫ h = µ.ω. 2.g H1 − H 2 T1− 2 = − µ.ω. 2.g H 1 2Ω. H 1 - Khi tháo cạn hoàn toàn (H2 = 0) thì: T1− 2 = µ.ω. 2.g 2Ω.H 1 → T1−2 = (6.12) µ.ω. 2.g.H1 Với Ω.H1: Thể tích chất lỏng chảy ra khỏi bình chứa - Trong trường hợp nếu H1 không đổi sẽ tháo được lưu lượng là: Q = µ.ω 2.g.H 1 Ω.H1 . Vậy: T1-2 = 2.τ thì: τ = µ.ω. 2.g.H1 Vậy: Thời gian cần thiết để tháo cạn bình chứa (ΩH1) khi cột nước thay đổi bằng hai lần thời gian để tháo cạn một thể tích tương ứng nhưng dưới tác dụng của cột nước không đổi. 2. Mực nước thượng lưu không đổi, hạ lưu thay đổi (làm đầy bể chứa). Ta quan niệm bình thứ hai giống như trường hợp trên, có nghĩa: - Lưu lượng ra: Q = 0, lưu lượng 2 2 dh dòng chảy vào q: H1 H2 v0 q = µ.ω 2.g.(H 1 − h ) 1 H’h 2 Ω.dh dt = Mà: q Ω.dh dt = Do đó: µ.ω. 2.g(H 1 − h ) (6.13) Tích phân h từ H’2 đến H2. d (H 1 − h ) H2 H2 Ω.dh Ω. ∫ µ.ω. ∫ (H T1− 2 = =− 2. g ( H 1 − h ) − h) µ .ω. 2.g ′ ′ H2 H2 1 d (H 1 − h ) ( ) ' H Ω. 2.Ω. 2 ∫ (H ′ = = H1 − H 2 − H1 − H 2 1 − h) µ .ω. 2.g H µ .ω. 2.g 2 ’ Nếu, ban đầu H2 = 0, thì thời gian tháo để mực nước bình thứ hai dâng lên bằng mực nước bình thứ nhất, tức là H2’ = H1: Bài giảng thủy lực 1 Trang 111
  9. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi 2.Ω. H 1 2.Ω..H 1 T1-2 = = (6.14) µ.ω. 2.g µ.ω. 2.gH 1 - Như vậy cùng ở điều kiện H1 và Ω giống nhau, thời gian tháo cạn và chứa đầy bình là giống nhau. VI. Dòng chảy qua vòi 1. Khái niệm: α .v 02 1 1 2. g - Vòi là một đoạn ống ngắn gắn vào lỗ l thành mỏng có chiều dài l = (3÷4)d, với d: c đường kính lỗ. v0 H 2 - Chất lỏng qua vòi co hẹp tại cửa vào sau vc 0 0 đó mở rộng ra & chảy đầy vòi. - Chỗ co hẹp có chân không nên có tác c2 dụng hút lưu lượng; với chiều dài vòi l = (3÷4).d, thì lưu lượng qua vòi lớn hơn qua lỗ hck tương ứng. - Có nhiều hình thức vòi: Vòi hình trụ, hình loe, gắn trong, gắn ngoài, vòi hình đường dòng. 2. Vòi hình trụ tròn gắn ngoài 2.1. Ta cần tìm công thức tính lưu lượng. - Viết phương trình Becnoulli cho mặt cắt 1-1 và 2-2, mặt chuẩn qua trục vòi. p a α 2 .v 2 p a α.v 0 2 H+ + = 0+ + + hw (6.15) γ γ 2.g 2.g α 2 .v 2 H0 = + hw 2.g Trong đó: 2 vc + Tổn thất qua lỗ: ξ1 2.g v2 + Tổn thất đột mở từ mặt cắt co hẹp để chảy đầy vòi: ξ 2 2.g hw bao gồm: 2 ⎛ω ⎞ Với ξ 2 = ⎜ − 1⎟ ⎜ω ⎟ ⎝c ⎠ 2 lv + Tổn thất dọc đường: λ d 2.g Đổi vc theo v: nhờ phương trình liên tục: ωc.vc = ω.v ω ωv , với ε = c vc = v = ω ωc ε ⎡ ξ1 ⎛ 1 − ε ⎞ 2 l⎤ v 2 hw = ⎢ 2 + ⎜ ⎟ +λ ⎥ Vậy: ⎢ε ⎝ ε ⎠ d ⎥ 2.g ⎣ ⎦ Bài giảng thủy lực 1 Trang 112
  10. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi ⎡ l⎤ v 2 2 ξ1 ⎛ 1 − ε ⎞ ⇒ H 0 = ⎢α 2 + 2 + ⎜ +λ ⎥ ⎟ ε ⎝ε⎠ d ⎥ 2.g ⎢ ⎣ ⎦ 1 ϕ2 = Đặt: 2 ξ1 ⎛ 1 − ε ⎞ l α2 + 2 + ⎜ ⎟ +λ ε ⎝ε⎠ d v = ϕ 2.g.H 0 Với: Q = v.ω = ϕω 2.g.H 0 = µ.ω 2.g.H 0 Do đó: (6.16) (Vì dòng chảy qua vòi tại cửa ra không có co hẹp ε = 1 nên ϕ = µ). Trong đó : µ - Hệ số lưu lượng chảy qua vòi, với vòi có chiều dài l= (3÷4)d, thì µ ~ 0,82 2.2. Nhận xét: - Khi chảy qua lỗ: a. 1 ϕ= vaì µ = 0,61 . 1 + ξ q .läù - Khi chảy qua vòi trong trường hợp nầy: 1 ϕ= = µ våïi ϕ = µ = 0,82 2 ξ1 ⎛ 1 − ε ⎞ l α2 + 2 + ⎜ ⎟ +λ ε ⎝ε⎠ d Như vậy: Hệ số lưu lượng chảy qua vòi lớn hơn hệ số lưu lượng chảy qua lỗ gấp 0,82 = 1,34 lần. 0,61 b. Xem xét hiện tượng chân không trong vòi. - Viết phương trình Becnoulli cho mặt cắt 1-1 và c-c, với mặt chuẩn qua trọng tâm vòi: α.v 0 α. v 2 2 p p H+ a + = 0 + C + C C + h 1−C (6.17) γ γ W 2.g 2.g p a − p C α C. v C 2 2 pC vC h ck = = = + ξ ql . − H 0 C ck γ γ 2g 2g 2 v v ; Ta lại có: vC = Vì: v = ϕ. 2 gH 0 → ϕ .H 0 = 2 ε 2g Thay vào trên ta được: α C. v 2 v2 hC = 2 + ξ ql . 2 − H0 ε .2g ε .2g ck ϕ2 ϕ2 h C = 2 H 0 + ξ ql . 2 H 0 − H 0 ε ε ck ⎛ ⎞ ϕ2 h ck = H 0 ⎜ (1 + ξ ql .) 2 − 1⎟ Hay C ⎜ ⎟ ε ⎝ ⎠ Với ξql = 0,06; ε = 0,64 thì ϕ = µ = 0,82. Thay vào biểu thức trên ta có: h C = 0,75H 0 : cột nước chân không tại mặt cắt C-C (6.18) ck Bài giảng thủy lực 1 Trang 113
  11. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi Để thấy rõ thêm tác dụng của chân không trong vòi đối với lưu lượng của vòi ta viết: p a α.v 0 p C α.C v C 2 2 H+ + =0+ + + h 1−C γ γ W 2.g 2.g α C. v C v 2 p − pC 2 + ξ ql . C = a + H0 = hC + H0 γ ck 2g 2g 2g (h C + H 0 ) 1 vC = α + ξ ql ck Q C = ωC v C = ε.ω..ϕ 2g (H 0 + h C ) = µ.ω 2g (H 0 + h C ) (6.19) ck ck So với qua lỗ: Q läù = µ.ω 2gH 0 < Q voìi = µ.ω 2g(H 0 + h ck ) Nhận xét: Từ (6.18) ta thấy: H0 càng lớn thì hck càng lớn.. Từ (6.19) ta thấy: hck càng lớn thì Qvòi càng lớn Tuy vậy, nếu hck mà tăng quá, không khí bên ngoài theo cửa ra chui vào phá vỡ chân không, do đó phải có hck nằm trong giới hạn cho phép, trong điều kiện bình thường, ta lấy [hck] = 7 m. Suy ra: 7 = 0,75.H0 → Như vậy cột nước tác dụng giới hạn trong bình là: 7 ,0 H ogh = =9 m 0,75 Vậy, điều kiện để vòi hình trụ gắn ngoài làm việc ổn định là: • l = (3÷4)d • H0 ≤ 9 m hoặc hck ≤ 7 m Dùng vòi hình trụ gắn ngoài có thể tăng lưu lượng được 32% so với dùng lỗ nhỏ thành mỏng. Bài giảng thủy lực 1 Trang 114
  12. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi B - DÒNG TIA VII. Phân loại, tính chất dòng tia 1. Định nghĩa - Dòng tia là dòng chảy không bị bao bọc bởi thành rắn. Có hai loại dòng tia: + Dòng tia ngập là dòng tia chuyển động trong môi trường chất lỏng cùng loại hoặc trong không gian đầy nước. Ví dụ: Cống tháo nước thành phố vào sông. +Dòng tia không ngập: Chất lỏng phun vào không khí. Ví dụ: Vòi chữa cháy, vòi tưới phun. + Dòng tia ngập đã được nghiên cứu tương đối nhiều so với dòng tia không ngập. - Trạng thái chảy trong dòng tia có thể là chảy tầng hoặc chảy rối, nhưng thường gặp trong thực tế là trạng thái chảy rối. Dưới đây ta chỉ đề cập đến trạng thái chảy rối của dòng tia. 2. Dòng tia ngập. Cấu tạo của dòng tia, dựa vào sự phân tích đồ phân bố lưu tốc trên những mặt cắt ngang của dòng tia, bao gồm: a. Khu lõi hoặc khu tốc độ không đổi: Bắt đầu từ mặt cắt đầu ở miệng vòi, nhỏ dần và kết thúc ở mặt cắt tại đó chỉ có tốc độ ở trục dòng tia bằng tốc độ u0. Thí nghiệm chứng minh rằng đường giới hạn này là một đường thẳng. b. Khu tầng biên giới: Là khu có tốc độ liên tục biến đổi cho tới nơi có tốc độ bằng không. Đường nối các điểm tốc độ bằng không là đường phân chia. Thí nghiệm chứng tỏ đường phân chia là một đường thẳng. Theo chiều dài của dòng tia, có thể chia làm hai đoạn: a. Đoạn đầu: Từ mặt cắt đầu đến mặt cắt quá độ tức là mặt cắt kết thúc khu lõi. Trong phạm vi hai đường phân chia ở đoạn đầu có hai khu: khu lõi và khu tầng biên giới. b. Đoạn cơ bản: Từ mặt cắt quá độ trở đi trong phạm vi hai đường phân chia; đoạn cơ bản chỉ bao gồm tầng biên giới; tốc độ tại trục dòng tia giảm dần. Giao điểm của hai đường phân chia gọi là điểm cực của dòng tia. Bài giảng thủy lực 1 Trang 115
  13. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi a. Về sự biến thiên của tốc độ trên trục dòng tia. Trong đoạn đầu, tốc độ giữ không đổi và bằng tốc độ u0 tại mặt cắt đầu. Trong đoạn cơ bản, thí nghiệm chứng tỏ rằng tốc độ u1 trên trục dòng tia ở cách mặt cắt đầu l biến thiên theo quy luật hyperbol: Trong đó: d0 : Đường kính của dòng tia ở mặt cắt đầu. ϕ : Hệ số thực nghiệm. l : Khoảng cách từ điểm xác định đến miệng vòi. Ta thấy: l càng dài, u1 càng giảm đến một lúc nào đó u1 không có tác dụng và sẽ bằng tốc độ môi trường. Trong những dòng tia phun vào không gian đầy không khí: - Theo những thí nghiệm của Milovit: ϕ = 6 - Theo thí nghiệm của Abơramôvit: (6-19) Trong những dòng tia phun vào không gian đầy nước: - Theo thí nghiệm của Cônôva lốp (6-20) b. Trong trường hợp phân bố đều tốc độ ở mặt cắt đầu, áp lực trong dòng tia bằng áp lực của môi trường xung quanh. Đó là một kết luận quan trọng làm cơ sở nghiên cứu cho nhiều vấn đề về dòng tia chảy ngập. 3. Dòng tia không ngập a. Kết cấu: Xét một dòng tia nước không ngập hay còn gọi là dòng tia tự do, từ ống hình tròn phun vào không khí, ta có thể chia dòng ra làm 3 phần: -Phần liên kết chặt: Trong phần này, dòng tia còn giữ nguyên hình trụ: các hạt chất lỏng vẫn liên kết chặt nên chất lỏng vẫn liên tục, không có những khu bị không khí lẫn vào. -Phần rời rạc: Trong phần này, sự liên tục của chất lỏng bị phá hoại, dòng tia mở rộng, bắt đầu có những hạt nước lớn. -Phần mưa bụi: Trong phần này, dòng tia gồm những hạt nước rất nhỏ, riêng biệt. Sau đây là một vài công thức tính toán về dòng tia không ngập đối với dòng tia phun ra thẳng đứng, dựa vào kết quả thí nghiệm: Độ cao của đoạn liên kết chặt Hk tính từ miệng vòi phun, tính theo: (6-21) Bài giảng thủy lực 1 Trang 116
  14. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi v2 Trong đó : H là cột nước tại miệng vòi, có thể lấy H = 2g v: Tốc độ ở miệng vòi, ψ hệ số thí nghiệm, phụ thuộc đường kính d của vòi . , d tính bằng m Hc là độ cao của dòng tia, tức khoảng cách từ miệng vòi đến nơi mà dòng tia không phun lên cao hơn nữa được: β : Hệ số thí nghiệm, phụ thuộc Hc tính theo bảng sau đây: Hc (m) 7 9.5 12 14.5 17.2 20 22.9 24.5 26.8 β 0.84 0.84 0.835 0.825 0.815 0.805 0.79 0.785 0.76 Đối với dòng tia phun nghiêng, các kết quả nghiên cứu còn ít. b. Những đặc tính động lực học của dòng tia - Cho dòng tia tác động vào vật chắn. Dòng tia đi theo giới hạn vật chắn tạo ra các vận tốc v1,, v2 theo các nhánh 1,2; và v1 tạo ra góc α1 và v2 tạo ra góc α 2 với trục ống nằm ngang. vo: Tốc độ tại miệng vòi so với chiều ngang trục vòi P: phản lực của thành rắn, lập với phương ngang một góc β - Ta viết phương trình động lượng cho đoạn dòng tia giới hạn bởi mặt cắt vào 0-0 và mặt cắt ra 1-1 và 2-2; động lượng trong một giây tại những mặt cắt đó là m0v0, m1v1 và m2v2; hình chiếu của những vectơ động lượng đó lên trục N-N là m0v0, m1v1cos α 1, m2v2cos α 2, xung lực tác dụng vào đoạn dòng tia đó là P, hình chiếu của nó lên trục N-N là Pcos β , trong đó β là góc lập bởi vectơ phản lực P và trục N-N. Vậy theo phương trình động lượng, ta có: m1v1cosα1+ m2v2cosα2- m0v0 = Pcosβ. (6-22) - Ta dùng phương trình này để nghiên cứu một số trường hợp riêng. a. Trường hợp vật rắn là một tấm phẳng đặt thẳng góc với trục N-N. Bài giảng thủy lực 1 Trang 117
  15. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi Khi đó α 1 = α 2 = π /2, β = π . Từ phương trình trên, ta viết lại: P = m0v0 (6-23) b. Trường hợp vật rắn là một mặt cong: Nếu vật rắn có hình hai bán cầu hoặc hai hình trụ tròn đối xứng thì α 1 = α 2 = π , β = π và ta có: R = 2m0v0 c. Lực tác động của dòng tia vào tấm chắn quay: - Khi tấm chắn quay với tốc độ u thì tốc độ dòng tia tác động lên sẽ là: w = v0-u với w: Tốc độ tương đối của dòng tia đối với tấm chắn; vo: Vận tốc của dòng tia. d. Công suất của dòng tia đối với tấm chắn: Nếu vật rắn di động là một tấm phẳng, động lượng bằng ρ.ω.v o .( v o − u ) . Xung lực P tác dụng vào tấm phẳng đó bằng: P = ωρv0 (v0-u). Và sinh ra một công suất là: N = Pu = ωρv0(v0-u)u Ta có công suất cực đại khi: v dN = v o − 2u = 0 ⇔ u = o 2 du Lúc đó trị số công suất cực đại là: ρ.ω.v 3 o vv N max = ρ.ω.v o ( v o − o ) o = 22 4 Biết rằng động năng trong một giây của dòng tia bằng: E N max = Ta thấy: 2 Kết luận: N - Cánh quay phẳng vuông góc với dòng tia thì: N max = , 2 Với N: Công suất dòng tia. - Khi cánh quay có α1 = α 2 = 180 o với lực R=2movo, thì tận dụng được hết công suất dòng tia N max = N . Bài giảng thủy lực 1 Trang 118
  16. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi Câu hỏi: 1. Khái niệm chung và cách phân loại dòng chảy qua lỗ? 2. Lập công thức xác định vận tốc, lưu lượng dòng chảy tự do ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng ? 3. Lập công thức xác định vận tốc, lưu lượng dòng chảy ngập ổn định qua lỗ to, nhỏ thành mỏng? 4. Lập công thức xác định vận tốc, lưu lượng dòng chảy tự do ổn định qua lỗ to thành mỏng? 5. Lập công thức xác định vận tốc, lưu lượng dòng chảy qua vòi? 6. Trong trường hợp nào vòi có lưu lượng lớn hơn dòng chảy qua lổ, vì sao ? 7. Nêu hiện tượng chân không xuất hiện trong vòi từ đó xác định cột nước cho phép? 8. Lập công thức xác định thời gian tháo và làm đầy bể chứa? 9. Định nghĩa dòng tia, phân loại dòng tia, nêu những đặc tính động lực học của dòng tia và nêu vài ứng dụng của nó ? 10. Hãy nêu ra những nhận xét khi thiết lập công thức tính lưu lượng dòng chảy ra khỏi lổ, vòi ? BÀI TẬP Bài 1. Hai lỗ tròn thành mỏng có cùng đường kính d=6cm ở thành bình lớn chứa nước, lỗ dưới cách đáy một khoảng a1=20cm, khoảng cách hai tâm lỗ a2=50cm. Xác định chiều sâu của nước trong bình bằng bao nhiêu để tổng lưu lượng thoát ra hai lỗ là Q=23l/s. a2 h a1 Bài 2. Xác định lưu lượng nước chảy ra khỏi bể chứa kín theo một ống có đường po kính thay đổi. Cho biết: po =0,2 at (áp suất dư), H=0,8m, đường kính và chiều dài các đoạn ống: d1=70mm, l1=5m; H d2=100mm, l2=7,5m; d3=50mm, l3=4m; l2,d 2 l3,d Khóa l1,d 1 hệ số sức cản ma sát của các ống λ =0,028; hệ số tổn thất của khoá ξ k =3,0 Bài giảng thủy lực 1 Trang 119
  17. Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyen The Hung, Hydraulics, Vol. 1, NXB Xay Dung 2006. 2. Nguyen Canh Cam & al., Thuy luc T1, T2, NXB Nong Nghiep 2000. 3. Hoàng Văn Quý, Thuy Luc và Khí động lực, NXB KHKT 1997. 4. Nguyen Tai, Thuy Luc T1, NXB Xay Dung 2002. 5. Doughlas J. F. et al., Fluid Mechanics, Longman Scientific & Technical 1992. 6. Edward J. Shaughnessy et al., Introduction to Fluid Mechanics, Oxford University Press 2005. 7. Frank M. White, Fluid Mechanics, McGrawHill 2002. 8. John A. Roberson & Clayton T. Crowe, Engineering Fluid Mechanics, John wiley & Sons, Inc 1997. 9. Philip M. Gerhart et al., Fundamental of Fluid Mechanics, McGrawHill 1994. Website tham khảo: http://gigapedia.org http://ebookee.com.cn http://www.info.sciencedirect.com/books http://db.vista.gov.vn http://dspace.mit.edu http://ecourses.ou.edu http://www.dbebooks.com The end Bài giảng thủy lực 1 Trang 120
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
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
2=>2