CƠ LƯU CHẤT ÔN TẬP KIẾN THỨC CÙNG CEAC
Fanpage: https://www.facebook.com/hocthuatxaydung
Diễn đàn: https://www.facebook.com/groups/thogiaichuyennghiep Trang 1
TÀI LIỆU ÔN TẬP CƠ LƯU CHẤT
Tài liệu được tổng hợp bởi CEAC – CLB Học thuật Xây dựng Bách Khoa
có sử dụng các bài tập trên BKel, giáo trình và bài giảng
của quý Giảng viên trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM
Tài liệu còn nhiều thiếu sót mong được sự góp của mọi người để hoàn thiện hơn
CƠ LƯU CHẤT ÔN TẬP KIẾN THỨC CÙNG CEAC
Fanpage: https://www.facebook.com/hocthuatxaydung
Diễn đàn: https://www.facebook.com/groups/thogiaichuyennghiep Trang 2
CHƯƠNG 5: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG ỐNG
5.1 LÝ THUYẾT
5.1.1 Sơ lược về dòng chảy đều trong ống
Ta hình dung dòng chảy trong ống như dòng chảy qua bản phẳng được cuộn tròn lại.
Như vậy, theo lý thuyết ở đầu vào của ống sẽ có 1 đoạn dòng chảy ở trạng thái chảy
tầng, sau đó mới chuyển sang trạng thái trạng rối.
5.1.2 Phương trình cơ bản của dòng chảy đều trong ống
RJ =
Trong đó:
+
d
h
JL
=
là độ dốc thủy lực
+ R là bán kính thủy lực
Đối với ống hình trụ tròn:
rD
R24
==
=>
rJ
2
=
5.1.3 Tổn thất của dòng chảy đều trong ống :
Có 2 loại tổn thất:
+ Tổn thất dọc đường (trong dòng chảy đều và biến đổi chậm)
+ Tổn thất cục bộ (trong dòng chảy biến đổi gấp)
5.1.3.1 Tổn thất dọc đường hd:
a. Công thức Darcy
2
dLV
..
4R 2g
h=
Trong đó: λ là hệ số tổn thất dọc đường (hoặc ma sát dọc đường) được xác định theo
công thức thực nghiệm.
+ Đối với chảy tầng (Re < 2300):
e
64
R
=
.
+ Chảy rối thành trơn thủy lực (2300 < Re < 105)
( )
0,25
e
e
0,316
R
12log R 0.8
=
= −
CƠ LƯU CHẤT ÔN TẬP KIẾN THỨC CÙNG CEAC
Fanpage: https://www.facebook.com/hocthuatxaydung
Diễn đàn: https://www.facebook.com/groups/thogiaichuyennghiep Trang 3
+ Chảy rối thành nhám thủy lực (Re < 105)
+ Chảy rối hoàn toàn nhám (Re rất lớn > 106):
0,25
0,11 D
12log 1,14
D

= 


= − +


Với
là hệ số nhám tuyệt đối (m)
*Các bạn có thể chọn cho mình một công thức tính lambda để học nhé
Trong ống trụ tròn:
2
dLV
h . .
D 2g
=
với D là đường kính ống (m)
Ví dụ 1: Dòng nước với lưu lượng Q = 0,2 l/s chảy đều trong ống tròn có đường kính
D= 0.14m, dài L = 2000m. Cho hệ số nhớt động học của nước là
62
v 10 m / s
−
=
. Tính
tổn thất qua đoạn ống?
Giải:
Các thông số đặc trưng được tính toán như sau:
+ Diện tích ướt:
22 2
D 0,14
A . . 0,0154m
44
= =
+ Vận tốc trung bình:
3
Q 0,21.10
V 0,0136m / s
A 0,0154
−
= =
+ Số Reynolds:
eV.D
R 1904 2300
v
= =
=> Đây là chảy tầng
+ Hệ số tổn thất dọc đường:
e
64 64 0,0352
R 1904
= =
Áp dụng công thức Darcy để tính tổn thất dọc đường:
2
d
2
L V 2000 0,0136
. . 0,0352. . 0,0047m
D 2g 0,
h14 2.9,81
= =
Ví dụ 2: Cho dòng chảy đều trong đường ống có đường kính D, độ nhám tuyệt đối là ,
trạng thái chảy trong ống là chảy rối thành hoàn toàn nhám, hệ số tổn thất dọc đường
được tính theo công thức Prandtle – Nikuadse:
1D
2log 1.14

=+


.
Cho Q = 0.180m3/s, D = 0.2m, = 0,2mm.
CƠ LƯU CHẤT ÔN TẬP KIẾN THỨC CÙNG CEAC
Fanpage: https://www.facebook.com/hocthuatxaydung
Diễn đàn: https://www.facebook.com/groups/thogiaichuyennghiep Trang 4
Giải:
Tổn thất năng lượng dọc đường (hd) trên đoạn ống có chiều dài 25m là:
2
2
3
2
2
2
d
11
0,0196
D0,2
2log 1,14 2log 1,14
0,2 10
Q 0,180 18
V m / s
A .0,25(0,2)
18
L V 25
h . . 0,0196. . 4,1m / s
D 2g 0,2 2.9,81
−




= = =

++






= = =




= =
Ngoài ra, ta có thể tra tìm khi biết chế độ của dòng chảy và hệ số nhám tương đối
D
=
trong đồ thị Moody.
Ví dụ 3: Nước tự chảy vào khe giữa 2 ống tròn ra ngoài không khí như hình. Cột nước
trên tâm các ống là H, ống ngoài có đường kính D = 10cm, ống trong có đường kính
d=4cm. Vận tốc chảy ra là V = 1,34m/s. Chiều dài đường ống là L = 50m. Chế độ chảy
trong ống là thành trơn thủy lực. Bỏ qua tổn thất cục bộ. Hệ số ma sát tra theo giản đồ
Moody. Cho hệ số nhớt động học của nước là vn = 0.01st. Tính cột nước H?
Giải:
Các thông số đặc trưng tính toán:
+ Hệ số nhớt động lực học của nước
2 6 2
n
v 0.01St(Stock cm / s) 10 m / s
−
= = =
+ Diện tích mặt cắt ướt:
22 2
Dd
A 0,0066m
4
−
= =
(tiết diện hình vành khăn, có
đường kính ngoài D=0.1m và đường kính trong d=0.04m)
+ Chu vi ướt:
.(D d) 0,44mP + ==
CƠ LƯU CHẤT ÔN TẬP KIẾN THỨC CÙNG CEAC
Fanpage: https://www.facebook.com/hocthuatxaydung
Diễn đàn: https://www.facebook.com/groups/thogiaichuyennghiep Trang 5
+ Bán kính thủy lực:
A
R 0,015m
P
==
+ Số Reynolds:
eV.4.R
R 80400
v
==
Tra trên giãn đồ Moody: Đặt
4
e
R 8,04 10=
lên trục Re (chia theo logarithm), kéo đường
thẳng đứng cắt đường cong đầu tiên của giãn đồ, từ điểm này vẽ đường thẳng nằm ngang
cắt trục → = 0,019
Tổn thất cột áp dọc đường hd:
2
dd
LV
h . . h 1,45m
4g 2g
= =
(áp dụng công thức Darcy, thay D = 4R)
Ví dụ 4: Cho đường ống tròn có đường kính D = 0,2m hệ số nhám = 0,2mm, dài
L=200m. Lưu lượng chảy trong ống là
3
Q 0,1m / s=
. Cho hệ số nhớt động lực học của
nước là
62
v 10 m / s
−
=
. Xác định trạng thái chảy, tính và tổn thất dọc đường qua đoạn
ống?
Bài giải:
Thông số tính toán:
+ Diện tích ướt:
22
D
Am
4 100
= =
+ Vận tốc trung bình:
Q 10
V m / s
A
==
+ Số Reynolds:
6
e
0V.D 2
Rv
1
==
+ Độ nhám tương đối:
0,001
D=
=
+ Dùng giản đồ Moody, ta tra được = 0,02
+ Áp dụng công thức Darcy:
2
dLV
. . 10,33mh D 2g
=
b. Công thức Chezy
Vận tốc:
V C RJ=
Module lưu lượng:
( )
2
3
1
K AC R A. R
n
==
Lưu lượng:
Q AC RJ K J==
, với
d
h
JL
=
là độ dốc thủy lực