Tải bản đầy đủ

Ôn tập thủy lực đại cương và lời giải

GỢI Ý ÔN TẬP THỦY LỰC CÔNG TRÌNH (30 TIẾT)

PHẦN 1: THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG
Câu hỏi 1: Nêu các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng? so sánh chất lỏng
thực và chất lỏng lý tưởng?
- Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng:
(1). Đặc tính thứ nhất của chất lỏng là có khối lượng, biểu thị bằng khối lượng
đơn vị (khối lượng riêng). Khối lượng đơn vị bằng tỷ số khối lượng M với thể
tích W:

ρ=

M
; đơn vị của ρ là kg/m3.
W

Đối với nước: lấy bằng khối lượng của đơn vị thể tích nước cất ở nhiệt độ
0 ρ
+4 C; = 1000kg/m3.
(2).Đặc tính thứ hai của chất lỏng: có trọng lượng; biểu thị bằng trọng lượng
đơn vị hoặc trọng lượng riêng, bằng tích số của khối lượng đơn vị với

gia tốc rơi tự do g (g = 9,81m/s2):

γ=

G m ×g
=
= ρ ×g ; đơn vị của γ là N/m3.
W
W

Đối với nước: γ n= 9.81 ×103 N/m3. Đối với thủy ngân: γ tn = 134 ×103 N/m3.
• Tỉ trọng:

δ=

γ
ρ
=
;
γ n ρn

Đối với thủy ngân: δ Hg = 13.6 .
(3). Đặc tính thứ ba của chất lỏng là tính thay đổi thể tích khi áp suất hoặc
nhiệt độ thay đổi.
- Hệ số co thể tích khi áp suất thay đổi:
1 dW
βp = − ×
. W: Thể tích ban đầu
W dp
dW: Sự biến đổi thể tích
dp: Sự biến đổi áp suất
0
Khi t= 0 ÷ 20 C ; p= 0 ÷ 500 atm. β p = 5 ×10−5 cm2/N ≈ 0. Do đó chất lỏng
hầu như không chịu nén khi áp suất thay đổi
- Hệ số dãn nở vì nhiệt khi nhiệt độ thay đổi:
1 dW
βt = ×
. dT: Sự biến đổi nhiệt độ
W dT
Ở điều kiện áp suất khí quyển. t= 4-10 oC; β p = 1,5.10-4 (1/oC) ≈ 0. Do đó


chất lỏng hầu như không dãn nở khi nhiệt độ thay đổi
(4). Đặc tính thứ tư của chất lỏng là có sức căng mặt ngoài. Do sức căng mặt
ngoài mà giọt nước có dạng hình cầu.
1


Sức căng mặt ngoài đặc trưng bởi hệ số sức căng mặt ngoài , biểu thị sức kéo
tính trên một đơn vị dài của đường tiếp xúc.
Sức căng mặt ngoài rất nhỏ nên phần lớn trong các tính toán thuỷ lực
người ta thường bỏ qua.
(5). Đặc tính thứ năm của chất lỏng là có tính nhớt. Tính chất làm nảy sinh sức
ma sát trong giữa các lớp chất lỏng chuyển động, là nguyên nhân sinh ra tổn thất
năng lượng khi chất lỏng chuyển động.
Định luật ma sát trong của Niutơn viết dưới biểu thức:
du
Fms= − µ ×S × . F: Lực ma sát nhớt
dn
µ : Hệ số nhớt động lực
S: Diện tích tiếp xúc
u= f(n): Quy luật phân bố vận tốc theo
phương vuông góc với dòng chảy
Tính nhớt được đặc trưng bởi: υ =

µ
(Hệ số nhớt động học)
ρ

- So sánh chất lỏng thực và chất lỏng lý tưởng:
Chất lỏng thực: có tất cả những tính chất như trên (5 tích chất)
Chất lỏng lý tưởng: bao gồm những tính chất sau:
- Không có tính nhớt: µ = 0
- Di động tuyệt đối.
- Không chống được lực kéo và cắt.
- Không nén được.
- Chất lỏng ở trạng thái tĩnh rất gần với chất lỏng lý tưởng.
CÂU 2
Câu hỏi: Áp suất thuỷ tĩnh và các tính chất của nó (chứng minh)? Xây dựng
phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học?
- Khái niệm áp suất thuỷ tĩnh:
Trong một khối chất lỏng ở trạng thái cân bằng ta tách ra một thể tích W được
bao quanh bởi diện tích S. Ta tưởng tượng chia thể tích W ra làm hai phần
bằng một mặt phẳng tuỳ ý. Giao tuyến giữa mặt phẳng đó và thể tích W là
diện tích ω . Vứt bỏ phần trên muốn phần dưới cân bằng ta phải thay tác dụng
của phần trên đối với phần dưới bằng một hệ lực tương đương.
Áp suất thủy tĩnh p là ứng suất tác dụng lên một phân tố diện tích lấy trong
nội bộ môi trường chất lỏng đang xét.
∆P
Áp suất thủy tĩnh trung bình: p =
.
∆ω
2


Áp suất thủy tĩnh tại một điểm: ∆lim
ω →0

∆P
.
∆ω

- Hai tính chất của ASTT, chứng minh:
Tính chất 1: (Tính chất xác định phương và chiều)
Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào
diện tích ấy.

CM:?
Giả sử áp suất thủy tĩnh p không hướng theo phương vuông góc mà xiên 1
góc khi đó: p = pn + pt
Vì pt = 0 do chất lỏng tĩnh nên p = pn
Tính chất 2: ( Tính chất xác định trị số)
Trị số áp suất thủy tĩnh tại một đ iểm bất kỳ không phụ thuộc hướng đặt
của diện tích chịu lực tại điểm này.
Lấy một phân tố diện tích ds có tâm I và một hình trụ vô cùng nhỏ có tiết
diện thẳng ds.
Theo định nghĩa, ta có các trị số áp lực dF và dF’: dF=p.dS; dF’=p’.dS’.
dF-dF’.cos α =0
p.dS= p’.cos α ;
vì dS=dS’.cos α nên ta rút ra: p=p’
Vậy áp suất thủy tĩnh tại điểm I là đại lượng vô hướng p, chỉ phụ thuộc vào vị
trí của I.
- (Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng cân bằng)
Từ phương trình ơ le 1:

Hệ phương trình (1.1) còn có thể viết dưới dạng vi phân toàn phần bằng
3


cách nhân lần lượt các pt trong hệ với dx, dy, dz, sau đó cộng vế 3 pt lại ta
có:
1 ∂p



∂p

∂p

(Fx dx+ Fy dy + Fz dz) – ρ ( ∂x dx + ∂y dy + ∂z dz) = 0
dp = ρ(Fx dx+ Fy dy + Fz dz)
-Xét CL mà lực khối chỉ là trọng lực (CL trọng lực)
-gdz =

dp ( vì Fx = Fy = 0; Fz = -g)

dp = - dz
p = - .z + C
Tại z = zo thì p = po do đó C = po + .zo
p = - .z + .zo + po >>> p = po +

.(zo – z)

PTCB của thủy tĩnh học : p = po + h

CÂU 3
Câu 3. Thiết lập phương trình vi phân của chất lỏng cân bằng? Khái
niệm, phương trình và tính chất của mặt đẳng áp?
Xét khối chất lỏng hình hộp vô cùng nhỏ ABCDEFGH có cạnh δ x, δ y, δ z,
đứng, cân bằng. Điều kiện cân bằng là tổng số hình chiếu trên các trục của các
lực mặt và lực thể tích tác dụng lên khối đó bằng không.

Gọi p là áp suất tại trọng tâm M của
hình hộp thì áp suất tại trọng tâm mặt
∂p δ x
ADHE là p − × , tại trọng tâm
∂x 2
∂p δ x
mặt BCGF là p + × .
∂x 2
Gọi Fx là thành phần trên trục Ox của lực thể tích F tác dụng lên lên một đơn
vị khối lượng chất lỏng, ta có thể viết điều kiện cân bằng của hình hộp theo
phương x như sau:
4


Tương tự đối với hình chiếu các lực Oy,Oz, ta có:

Nhân những phương trình trong hệ riêng biệt với dx, dy, dz rồi cộng vế đối vế,
ta có:

Khái niệm mặt đẳng áp:
Mặt mà trên đó áp suất thủy tĩnh không đổi (p = const).
Phương trình của mặt đẳng áp:
Do p=const nên dp=0. Thay vào (2-6) ta có phương trình mặt đẳng áp:
Fx.dx+Fy.dy+Fz.dz=0
Tính chất của mặt đẳng áp:
- Hai mặt đẳng áp khác nhau không thể cắt nhau vì nếu cắt nhau tại giao
điểm sẽ có 2 trị số áp suất thủy tĩnh (trái với tính chất 2 của ASTT)
- Mặt đẳng áp cũng là mặt đẳng thế.
- Lực
ur thể
r tích tác dụng lên mặt đẳng áp thì vuông góc với mặt đẳng áp:
F ×d s = 0
CÂU 4
5


Câu hỏi: Trình bày các loại áp suất? Cách đo các loại áp suất? Vẽ đồ phân
bố áp suất dư của nước lên thành của một bình chưa nước hình cầu có R
=3m, biết chiều cao cột nước trong bình h =5m?
Các loại áp suất:
-Áp suất tuyệt đối pt hoặc áp suất toàn phần: pt = p0 + γ .h
Với điều kiện các giá trị po, h,

,

đều đo bằng trị số tuyệt đối

-Áp suất dư pd là áp suất chênh lệch giữa pt và pa ( áp suất khí quyển):
pd = pt – pa=γ .h
-Áp suất chân không pck, hoặc gọi tắt là chân không: là hiệu số giữa pa và pt khi
pck=pa –pt=- pd
pdư <0
Cách đo các loại áp suất:
-Áp suất tại một điểm có thể đo bằng chiều cao cột chất lỏng. Vậy có thể biểu thị
pt
pd
p
; hck = ck
các áp suất như sau: ht = ; hd =
γ
γ
γ
-Hoặc dùng áp kế

-Cách 2: dùng dụng cụ đo áp suất – áp kế.
Đo áp suất tuyệt đối bằng ống đo áp kín để po = 0 khi đó pt = 0 + γ h = γ ht
Đo áp suất dư bằng ống đo áp hở pd = γ hdư
Nếu mặt nước tự do trong ống đo áp hở thấp hơn điểm cần đo thì khoảng
cách hdư < 0 và đó là độ cao chân không.
Ví dụ:? Trong điều kiện bình thường :
- áp suất khí quyển pa = 1at tương đương với cột nước 10m và
760mm Hg.
- Trị số chân không cực đại là pck = pa khi ptd = 0.

Vẽ đồ phân bố áp suất dư:

6


CÂU 5
Câu hỏi: Trình bày định luật Pascal? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
máy ép thủy lực?
- Trình bày định luật Pascal:
Độ biến thiên của áp suất thủy tĩnh trên mặt giới hạn một thể tích chất lỏng
cho trước được truyền đi nguyên vẹn đến tất cả các điểm của thể tích chất lỏng
đó.
CM? Giả sử tại thời điểm to thì AS t/d lên bề mặt CL cân bằng là po.
Áp dụng PTCB TTH, có:

Tại 1: p1 = po + h1
Tại 2: p2 = po + h2

+/ Khi tăng (giảm) AS trên bề mặt từ p o lên một lượng po khi đó áp suất trên bề
mặt chất lỏng là:

= po + po.

Áp dụng PTCB TTH, có:

Tại 1:

= ( po + po) + h1 = p1 + po

Tại 2:

= ( po + po) + h2= p2 + po

KL: AS mới tại điểm 1 và 2 đều tăng lên 1 lượng p
- Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực:
Máy ép thủy lực làm việc theo
p1
định luật Patscan: p2 = ω2 ×
ω1
Nếu coi p1, ω1 không đổi, muốn
tăng p2 thì phải tăng ω2.
CÂU 6
Câu hỏi: Xây dựng công thức tính áp lực dư của chất lỏng tác dụng lên thành
phẳng? Áp lực chất lỏng t/d lên thành phẳng cn có đáy nằm ngang?
- Tính trị số áp lực dư chất lỏng tác dụng lên thành phẳng :

7


Áp lực dư dpd tác dụng lên một vi phân
diện tích dω, mà trọng tâm của nó đặt ở độ sâu
h tính bằng: dpd = pd .dω= γ .h.dω
Áp lực dư tác dụng lên toàn bộ diện tích ω
bằng: Pd = ∫ pd ×d ω = ∫ γ h ×dω
ω

ω

Trên tấm phẳng lấy hệ trục tọa độ Oxy. Ta
có h= z.sinα, suy ra:
Pd = ∫ γ h ×d ω = γ ×sin α ∫ z ×dω = γ ×sin α ×zc ×ω
ω

⇒ Pd = γ ×hc ×ω

ω

- Tìm điểm đặt áp lực dư chất lỏng tác

Xác định hd:

- Áp lực chất lỏng tác dụng lên thành phẳng hình chữ nhất có đáy nằm ngang

8


CÂU 7
Câu hỏi: Trình bày kn về đường dòng và quĩ đạo, p/trình, t/c của chúng?
Tại sao khi chuyển động ổn định thì đường dòng trùng với quỹ đạo?
- Kn về quĩ đạo: Quỹ đạo là đường đi của một phần tử chất lỏng trong không
gian.
- Tính chất, phương trình của quỹ đạo:
r
r ds
dx dy dz
dt =
=
= ; trong đó: u =
ux u y uz
dt
- Khái niệm về đường dòng: Đường dòng là đường cong tại một thời điểm cho
trước, đi qua các phần tử chất lỏng có véc tơ lưu tốc là những tiếp tuyến của
đường cong ấy.
uu
r uu
r uu
r r
u
u
;
u
;
u
; d s ( dx; dy; dz )
- Tính chất, phương trình của đường dòng:
x
y
z

(

)

u x dx
u x ×ds


c
os
u
;
dx
=
=
u
=
(
)
x


u ds
dx


dx dy dz
u y dy 
u ×ds

=
=
⇒ u = y
⇒ pt đường dòng :
cos ( u y ; dy ) = =
u
u
uz
u
ds
dy
x
y


u z dz


u z ×ds
cos ( u z ; dz ) = u = ds
u =
dz


- Tính chất :
+ Đường dòng phụ thuộc vào thời gian nên mỗi thời điểm cho ta 1 đường
dòng khác nhau.
+ Các đường dòng khác nhau thì không giao nhau hoặc tiếp xúc nhau.
- Trong chuyển động ổn định thì đường dòng trùng với quỹ đạo vì khi chuyển
động ổn định, u không phụ thuộc vào t.
9


CÂU 8
Câu hỏi: Nêu những yếu tố thuỷ lực cơ bản của dòng chảy? Xây dựng
phương trình vi phân liên tục của dòng chảy ổn định?
- Mặt cắt ướt (ω): là mặt cắt thẳng góc với tất cả các đường dòng, có thể phẳng
hoặc cong. Diện tích mặt cắt ướt kí hiệu là

(m2).

- Chu vi ướt (χ): bề dài phần chất lỏng tiếp xúc với thành rắn.
ω
- Bán kính thuỷ lực (R): R =
χ
- Lưu lượng (Q): thể tích chất lỏng chuyển qua một đơn vị mặt cắt trong một
dv
đơn vị thời gian. dQ = u ×dω =
dt
Q
- Vận tốc trung bình mặt cắt (v): v =
ω
(Vì sự phân bố vận tốc trên toàn mặt cắt là phức tạp và nhiều khi không xác định
được quy luật. Ở đây ta coi vận tốc trên toàn mặt cắt có giá trị không đổi là v)
- Phương trình vi phân liên tục của dòng chảy ổn định:
- Xét 1 phân tố chất lỏng chuyển động (có khối lượng riêng là ) có dạng
hình hộp ABCDEFGH có các cạnh là dx,dy, dz và xét trong khoảng thời gian dt.
- Xét cân bằng theo phương Ox, gọi ux là vận tốc tại trọng tâm mặt ABCD.
- Để xác định PTVP liên tục ta cần xác định chênh lệch giữa khối lượng CL
đi vào và đi ra phân tố chất lỏng trên.
z

G

G’

ux
y

ux +

O

dx
x

- Khối lượng chất lỏng đi vào mặt ABCD, ra ở mặt EFGH theo phương Ox là:
MvàoOx = uxdydzdt ; MraOx = (ux +



MOx = MraOx - MvàoOx =

dx) dydzdt

dxdydzdt

10


 Tương tự :



M=

MOy = MraOy - MvàoOy =

dxdydzdt

MOz = MraOz - MvàoOz =

dxdydzdt

MOx +

MOy +

MOz =

- Theo ĐL bảo toàn khối lượng ta có :

PTVP liên tục cần tìm là

+

+

+

)dxdydzdt

M=0

+

=0

 div

=0

Đó là phương trình liên tục của dòng chảy ổn định của chất lỏng không nén
được, đúng cho cả chất lỏng lý tưởng lẫn chất lỏng thực.
CÂU 9
Câu hỏi: Thế nào là dòng chảy ổn định và không ổn định, dòng chảy đều và
không đều nêu các tính chất của chúng và cho ví dụ?
- Dòng chảy ổn định (tính chất, ví dụ): Dòng ổn định là dòng có các yếu tố
chuyển động không thay đổi theo thời gian.
- Dg chảy không ổn định:dg không ổn định có các yếu tố thay đổi theo thời gian.
- Dòng chảy đều (tính chất, ví dụ): dòng chảy mà sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt
ướt không thay đổi suốt chiều dài dòng chảy. Tính chất;
p
• Với chất lỏng lý tưởng: tất cả các điểm có: z + =const
γ
p
• Với chất lỏng thực: tại một mặt cắt, z + =const
γ
- Dòng chảy không đều (tính chất, ví dụ): có sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt ướt
thay đổi trên toàn bộ chiều dài dòng chảy.
CÂU 10
Câu hỏi: Xây dựng phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng lý
tưởng? Viết phương trình trên dưới dạng vi phân toàn phần? Ý nghĩa của
phương trình trên? (Phương trình Ơle 2)
+ Trước hết xây dựng phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng cân bằng:
Xét khối chất lỏng hình hộp vô cùng nhỏ ABCDEFGH có cạnh δ x, δ y, δ z,
11


đứng, cân bằng. Điều kện cân bằng là tổng số hình chiếu trên các trục của các lực
mặt và lực thể tích tác dụng lên khối đó bằng không.

Gọi p là áp suất tại trọng tâm M của
hình hộp thì áp suất tại trọng tâm mặt
∂p δ x
ADHE là p − × , tại trọng tâm
∂x 2
∂p δ x
mặt BCGF là p + × .
∂x 2
Gọi Fx là thành phần trên trục Ox của lực thể tích F tác dụng lên lên một đơn
vị khối lượng chất lỏng, ta có thể viết điều kiện cân bằng của hình hộp theo
phương x như sau:

Tương tự đối với hình chiếu các lực Oy,Oz, ta có:

+ Với chất lỏng chuyển động với gia tốc a =
du

nên cho vế phải bằng a = dt do đó ta có
Dạng toạ độ:
X-

1 ∂p
du
= x
ρ ∂x
dt

Y-

1 ∂p
du
= y
ρ ∂y
dt
12

-

du
;
dt

grad

=


Z-

1 ∂p
du
= z
ρ ∂z
dt

b/ Phương trình trên dưới dạng vi phân toàn phần:
Nhân lần lượt 2 vế của phương trình ơ le 2 với dx, dy, dz rồi cộng vế lại ta được:
 ∂p
du
∂p
∂p  du x
du
 dx + dy + dz  =
dx + y dy + z dz
∂y
∂z 
dt
dt
dt
 ∂x

X.dx + Y.dy + Z.dz -

1
ρ

X.dx + Y.dy + Z.dz -

1
dp = ux dux + uy duy + uz duz
ρ

Câu hỏi 11: Nêu ý nghĩa năng lượng và ý nghĩa thuỷ lực của phương trình
Becnuly viết cho dòng nguyên tố chất lỏng thực chảy ổn định? Độ dốc thuỷ
lực và độ dốc đo áp?
+ Nêu phương trình:
PT Becnuly viết cho dòng nguyên tố chất lỏng thực chảy ổn định có dạng :
Z1 +

+

= Z2 +

+

+ hw 1-2

- Ý nghĩa năng lượng của PT Becnuly viết cho dòng nguyên tố chất lỏng thực
p
p
z: vị năng đơn vị; : áp năng đơn vị; z+ : thế năng đơn vị
γ
γ
u2
: động năng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng (động năng đơn vị)
2g
h’w1-2: tổn thất năng lượng đơn vị
- Ý nghĩa thuỷ lực của PT Becnuly viết cho dòng nguyên tố chất lỏng thực
z: độ cao hình học hay cột nước vị trí
p
: độ cao áp suất của mặt cắt ướt nguyên tố (cột nước áp suất)
γ
p
z+ : đọ cao đường đo áp
γ
u2
: cột nước lưu tốc
2g
- Độ dốc thuỷ lực (J): Là tỉ số hạ thấp của đường tổng cột nước tức là đường
năng đối với độ dài của đoạn dòng nguyên tố.
13


- Độ dốc đo áp ( J p ): Là tỉ số độ hạ thấp xuống hoặc lên cao của đường đo áp đối

ρ
dz+ ÷
với độ dài của dòng nguyên tố.
γ 
Jy = ± 
dl

Câu hỏi 12: Viết pt Becnuly cho toàn dòng chất lỏng thực chảy ổn định?
Nêu các đk cần thiết của dòng chảy để có thể xd được pt và các lưu ý khi sử
dụng phương trình trên?
- Phương trình Becnuly cho toàn dòng chất lỏng thực chảy ổn định
p1 α ×v12
p2 α ×v22
z1 + +
= z2 +
+
+ hw1− 2
γ
2g
γ
2g
- Các điều kiện cần thiết của dòng chảy để có thể xây dựng được phương trình:
• Dòng chảy ổn định: p, v, a=const
• Dòng đổi dần: có các đường dòng gần là những đường thẳng song songmặt cắt ướt phẳng
• Q=const
• Lực khối chỉ là trọng lực
• Chất lỏng không nén được
- Các lưu ý khi sử dụng phương trình
• Điều kiện về dòng chảy
• Chọn điểm viết phương trình sao cho các ẩn dễ xác định
14


• α1 = α 2 ≈ 1
• Áp suất: Không có chân không- chọn áp suất dư
Có chân không- chọn áp suất tuyệt đối
CÂU 13
Câu hỏi: Trình bày ứng dụng phương trình Becnuly trong việc đo lưu tốc
điểm và đo lưu lượng?
- Ống Pitô đo lưu tốc điểm

- Ống Ventury đo lưu lượng

15


CÂU 14
Câu hỏi: Lập pt động lượng cho toàn dòng chất lỏng thực chảy ổn định?
- Phương trình Động lượng cho toàn dòng chất lỏng thực chảy ổn định
- Trong dòng chảy ổn định ta lấy một đoạn dòng giới hạn bởi 2 mặt cắt
(1-1) và (2-2), trên đoạn dòng này ta xét 1 dòng nguyên tố và sự biến đổi của nó
theo phương Ox.
Theo định luật động lượng ta có:
Fx dt = Q(u1x – u2x) dt
Trong đó : Fx là tổng hình chiếu của ngoại lực t/d lên dòng nguyên tố theo
phương Ox.
u1x ; u2x là hình chiếu của lưu tốc tại 2 mặt cắt lên phương Ox
 Fx = Q(u1x – u2x)
- Đối với toàn dòng chảy :

Fx =

Hệ số α 0 : hệ số sửa chữa động lượng.
trình, ta có:

Fx = ρ ×Q ( α 02v2 − α 01v1 )

- Các lưu ý khi sử dụng phương trình
16

dQ
= 1,02 ÷ 1,05. Đưa vào phương


Động lượng của khối chất lỏng ρ ×Q ×α 0 ×v mang dấu (+) nếu chất lỏng đi ra
khỏi mặt kiểm tra, mang dấu (-) nếu đi vào mặt kiểm tra
CÂU 15
Câu hỏi: Nêu các dạng tổn thất cột nước? Xây dựng phương trình cơ bản
của dòng chảy đều.
- Tổn thất dọc đường ( hd ): là tổn thất cột nước sinh ra trên toàn bộ chiều dài
dòng chảy. VD? Tổn thất sinh ra trên đoạn ống thẳng
- Tổn thất cục bộ ( hc ): là tổn thất cột nước sinh ra tại những nơi có sự thay đổi
đột ngột về dòng chảy. VD: tổn thất sinh ra tại nơi mở rộng đột ngột, co hẹp đột
ngột..
- Phương trình cơ bản của dòng chảy đều
Xét đoạn dòng chảy đều, các lực tác dụng lên đoạn dòng:
P1 = p1 ×ω1 ; P2 = p2 ×ω2 ; G = γ ×ω ×l ; Fms = τ ×χ ×l
Xét theo chiều dòng chảy:

17


Câu hỏi 16: Ảnh hưởng của trạng thái chảy đến tổn thất năng lượng dọc
đường?tổn thất dọc đường? tổn thất cục bộ?
- Ảnh hưởng của trạng thái chảy đến tổn thất năng lượng dọc đường
Khi tốc độ chảy càng tăng, sự xáo trộn của các phần tử chất lỏng càng mạnh,
do đó chuyển động của chất lỏng càng gặp nhiều trở lực hơn. Vì vậy, trong
dòng chảy rối, tổn thất năng lượng lớn hơn trong dòng chảy tầng, và càng tăng
khi tốc độ càng lớn.
-Xét đoạn dòng chảy đều giới hạn bởi 2 mặt cắt (1-1) và (2-2) có chiều dài l.
=> ta có V1 = V2 = V => thay vào PT Becnuly viết cho 2 mặt cắt trên ta được:
hd =

-

=h

- Ứng với mỗi giá trị lưu lượng Q ta xác định được vận tốc trung bình mặt
cắt V và giá trị tổn thất dọc đường hd.
- Ta xác định được mối quan hệ giữa hd và V thể hiện qua sơ đồ sau :

1. Đối với dòng chảy tầng quá trình thuận và nghịch trùng nhau tức là lúc đó
TT thất cột nước hd tỉ lệ bậc nhất với v.
2. Đối với dòng chảy quá độ thì quá trình thuận là đường AB, qt nghịch là
đường Ca.
3. Đối với dòng chảy rối thì tổn thất tỉ lệ bậc m với lưu tốc trung bình mặt
cắt (m = 1,7 đến 2).
- Khái niệm, công thức tính toán tổn thất dọc đường ( hd ):là tổn thất cột nước
sinh ra trên toàn bộ chiều dài dòng chảy.
l v2
hd = λ × ×
d 2g
18


- Khái niệm, công thức tính toán tổn thất cục bộ ( hc ): là tổn thất cột nước sinh ra
tại những nơi có sự thay đổi đột ngột về dòng chảy.
v2
ξc ×
2g

19


PHẦN 2: THỦY LỰC NGÀNH
Câu 1.
Câu hỏi: Trình bày kn về dòng chảy qua lỗ? Phân loại dòng chảy qua lỗ? So
sánh ll chảy qua lỗ và vòi? Csở để phân biệt lỗ thành mỏng và lỗ dày?
- Khái niệm về dòng chảy qua lỗ: Trên thành bình chứa chất lỏng ta khóet 1 lỗ,
dòng chất lỏng chảy qua lỗ được gọi là dòng chảy qua lỗ.
- Phân loại dòng chảy qua lỗ
Theo kích thước lỗ e và bề dày δ của lỗ: δ < ( 3 ÷ 4 ) ×e : lỗ thành mỏng

δ = ( 3 ÷ 4 ) ×e: thành dày
δ > ( 3 ÷ 4 ) ×e: vòi
Theo cột nước H kể từ trọng tâm của lỗ và kích thước lỗ: H< 10e: lỗ to

H>10e: lỗ nhỏ
Theo môi trường bao quanh:

Lỗ chảy ngập: dòng chảy ra khỏi lỗ bị ngập dưới mặt chất lỏng
Chảy nửa ngập: mặt chất lỏng tại phía ngoài lỗ nằm ở trong phạm vi độ
cao lỗ
Chảy tự do: dòng chảy ra khỏi lỗ tiếp xúc với không khí.
- So sánh lưu lượng chảy qua lỗ và vòi (giải thích)
Qvòi> Qlỗ do tá dụng chân không
Lưu lượng chảy qua lỗ nhỏ hơn vòi có cùng diện tích tiết diện mặt cắt ngang vì
chất lỏng chảy qua vòi thường sinh ra co hẹp ở chỗ vào vòi sau đó mở rộng ra và
chảy đầy vòi tạo ra 1 khu vực tồn tại áp suất chân không (như hình vẽ) dẫn đến
lưu lượng chảy qua vòi thường lớn hơn chảy qua lỗ
Trong công thức tính lưu lượng dòng chảy qua lỗ và vòi hệ số lưu lượng của lỗ
thường là 0,62 còn hệ số lưu lượng của vòi là 0,82
- đây là đặc tính cơ bản của vòi.
-

- Cơ sở để phân biệt lỗ thành mỏng và lỗ thành dày?
Lỗ có cạnh sắc, độ dày δ không ảnh hưởng đến hình dạng của dòng ra thì lỗ
gọi là lỗ thành mỏng
Nếu độ dày δ > (3 ÷ 4)e, ảnh hưởng đến hình dạng dòng chảy ra khỏi lỗ thì
gọi là lỗ thành dày.

20


Câu 2.
Câu hỏi: Trình bày khái niệm về dòng chảy qua vòi? Vòi Ventury, Xác định
lưu lượng vòi Ventury? So sánh hệ số lượng (µ) của dòng chảy qua lỗ và vòi
(giải thích)?
- Khái niệm về dòng chảy qua vòi:
Vòi là 1 đoạn ống ngắn gắn vào lỗ thành mỏng có chiều dài bằng (3 – 4) lần
đường kính ống. Dòng chất lỏng qua vòi gọi là dòng chảy qua vòi.
- Vòi Ventury, Xác định lưu lượng vòi Ventury:

21


22


Câu 3.
Câu hỏi: Xác định lưu tốc và lưu lượng của dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ nhỏ
thành mỏng? Tại sao với dòng chảy ngập ta không phân biệt lỗ nhỏ và lỗ to? Giải
thích hiện tượng xâm thực của vòi?
- Xác định lưu tốc và lưu lượng của dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng.

- Tại sao với dòng chảy ngập ta không phân biệt lỗ nhỏ và lỗ to.
Do cột nước tác dụng bằng hiệu số cột nước ở thượng lưu với hạ lưu.
- Giải thích hiện tượng xâm thực của vòi
Nếu chân không trong vòi lớn quá, tức là áp suất tuyệt đối ở khu chân không quá
nhỏ, thì có khả năng không khí bên ngoài chui qua lỗ ra của vòi mà đi vào khu chân
không và phá hoại chân không.
23


Câu 4.
Câu hỏi: Xác định lưu tốc và lưu lượng của dòng chảy ngập, ổn định qua lỗ
nhỏ thành mỏng? Tại sao với dòng chảy ngập ta không phân biệt lỗ nhỏ và
lỗ to? Xác định Hgh của dòng nước chảy qua vòi Ventury có: hckgh = 7m ?
- Xác định ltốc và llượng của dòng chảy ngập, ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng
Phương trình Becnuly cho 2 mặt cắt (1-1) và (2-2):
p1 α ×v12
p2 α ×v22
z1 + +
= z2 +
+
+ hw1− 2
γ
2g
γ
2g
v 2 (v −v )
= ξc × c + c 2 = z1 − z2
2g
2g
2

⇒ hw1− 2

vc2
⇒ H = z1 − z2 = ( ξ c + 1) ×
2g
⇒ vc = 2 gH ×

1
1 + ξc

⇒ Q = µ ×ω × 2 gH
- Tại sao với dòng chảy ngập ta không phân biệt lỗ nhỏ và lỗ to.
Do cột nước tác dụng bằng hiệu số cột nước ở thượng lưu với hạ lưu.
+ Xác định cột nước chân không trong vòi:
Áp dụng phương trình Becnuly cho 2 mặt cắt (1-1) và (c-c), (thay H1=H).
Z1 +

+

= Z2 +

+

+ hw 1-c

-

Chọn mặt chuẩn qua trục của lỗ và áp suất tuyệt đối.

-

Chọn

=

= 1.

 Khi đó: Z1 = H, Z2 = 0,
 H+



-

=

+

= hck =

Ta lại có Vc

= V2

=pa,

+ hw 1-c =

+

= pC, v1 = 0,
+ ξc

(1 + ξc) – H

=> Vc =

 hck= H [(

; theo tính toán lưu tốc của vòi Ventury ta có V 2

24

)( 1 + ξc) – 1]


=

=>

Chọn

= 0,82 ;

 Khi

=

H

=> Vc =

= 0,64 ; ξc = 0,06 => hck= 0,75H

= 7m thì H

9m

Nếu H > 9m thì xảy ra hiện tượng xâm thực của vòi.
-

Câu 5.
Câu hỏi: Phương trình cơ bản tính toán dòng chảy không ổn định qua lỗ
thành mỏng? Xác định thời gian tháo cạn một hồ chứa nước có độ sâu H ,
biết diện tích mặt cắt ngang của hồ là Ω = const ? Trị số chân không của vòi?
- Phương trình cơ bản tính toán dòng chảy không ổn định qua lỗ thành mỏng

- Xác định thời gian tháo cạn một hồ chứa nước có độ sâu H, biết diện tích mặt
cắt ngang của hồ là Ω = const :
H
Ω ×dh
T=∫
; do q=0, Q= − µ ×ω 2gh ⇒
q −Q
0
H

Ω ×dh

T=∫
=
− µ ×ω 2 g
0 − µ ×ω 2 gh

H


0

25

dh
2Ω
=
h µ ×ω 2 g

H


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×