Bài tập thủy lực (Tập 1)

Bài tập thủy lực cung cấp cho người học các kiến thức: Những tính chất cơ bản của chất lỏng và chất khí, thủy tĩnh học, động lực học chất lỏng, tổn thất cột nước, trong dòng chảy, dòng chảy ổn định, đều, có áp trong ống dài, Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài tập thủy lực (Tập 1)LỜI NÓI ĐẦUCuốn bài tập Thủy lực xuất bản lần đầu vào năm 1973. Nội dung của nó tương ứng vớinội dung cuốn Giáo trình thủy lực xuất bản năm 1968 và 1969. Cuốn Bài tập thủy lực đóđược soạn thành 2 tập : tập I do đồng chí Nguyễn Cảnh Cầm và Hoàng Văn Quý biên soạn,đồng chí Hoàng Văn Quý chủ biên. Tập II do các đồng chí Nguyễn Cảnh Cầm, Lưu CôngĐào, Nguyễn Như Khuê và Hoàng Văn Quý biên soạn, đồng chí Nguyễn Cảnh Cầm chủbiên.Năm 1978 cuốn Giáo trình thủy lực đã được tái bản, có sửa chữa và bổ sung. Đểtương ứng với cuốn giáo trình đó hai tập cuốn Bài tập thủy lực cũng được sửa chữa và bổsung. Lần tái bản này do đồng chí Nguyễn Cảnh Cầm chịu trách nhiệm chỉnh lý. Trong quátrình chuẩn bị cho việc tái bản, Bộ môn Thủy lực các trường Đại học Thủy lợi và Đại họcXây dựng đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn.Chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến nhận xét của bạn đọc.NHỮNG NGƯỜI BIÊN SOẠN02/1983NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNGVÀ CHẤT KHÍI - TÓM TẮT LÝ THUYẾTChất lỏng và chất khí (gọi chung là chất chảy) khác với chất rắn ở chỗ có tính chảy.Giữa chất lỏng và chất khí cũng có sự khác nhau : chất lỏng hầu như không nén được (thểtích không thay đổi) và có hệ số giãn vì nhiệt rất bé, còn chất khí có thể tích thay đổi trongmột phạm vi lớn khi áp suất và nhiệt độ thay đổi ; vì thế người ta còn gọi chất lỏng là chấtchảy không nén được. Những kết luận đối với chất lỏng có thể dùng cho cả chất khí chỉtrong trường hợp : vận tốc chất khí không lớn ( v < 100m/s) và trong phạm vi hiện tượng taxét, áp suất và nhiệt độ thay đổi không đáng kể. Trong phạm vi tập sách này ta chỉ xétnhững vấn đề về chất lỏng.Trọng lượng riêng ( γ ) là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích chất chảy ; đơn vị là N/m3.Khối lượng riêng ( ρ ) là khối lượng của 1 đơn vị thể tích chất chảy, đơn vị là kg/m3.Giữa 2 đại lượng γ và ρ có quan hệ :γ = ρ g hay ρ =γg(1 – 1)trong đó : g là gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s2).Thông thường đối với nước, ta lấy γ = = 9810N/m3 , ρ = 1000 kg/m3. Trị số của γ vàρ của nước và không khí cho ở phụ lục 1 – 1.Hệ số co thể tích ( β w ) biểu thị sự giảm tương đối của thể tích chất chảy W khi áp suấtp tăng lên 1 đơn vị :βw= −1 dW., (m 2 / N )W dp(1 – 2)Thông thường đối với nước có thể coi β w ≈ 0, tức coi nước là không nén được. Đại1lượng nghịch đảo K =,(N/m2) gọi là môđun đàn hồi. Trong hiện tượng nước vaβw(chương VII) phải coi nước là nén được ; lúc đó thường ta lấy :K ≅ 2.10 9 N / m 2 ; β w ≅ 5,10 −10 m 2 / NHệ số giãn vì nhiệt ( β t ) biểu thị sự biến đổi tương đối của thể tích chất chảy W khinhiệt độ thay đổi 10C :βt =1 dW(1/độ).W dt(1 – 3)Đối với chất khí, khi nhiệt độ thay đổi từ T 1 đến T 2 (0K), áp suất thay đổi từ p 1 đến p 2 ;các đại lượng γ và ρ có thể dựa vào phương trình trạng thái tĩnh như sau :γ2=γ1.p2 T1.p1 T2ρ2= ρ1p2 T1.p1 T2( 1 – 4)Ở phụ lục 1 – 1 cho trị số trọng lượng riêng của nước và không khí ứng với các nhiệtđộ khác nhau. Đối với chất lỏng β t rất bé và thông thường ta coi chất lỏng không co giãndưới tác dụng của nhiệt độ.Tính nhớt của chất lỏng đóng vai trò rất quan trọng vì nó là nguyên nhân sinh ra tổnthất năng lượng khi chất lỏng chuyển động. Do có tính nhớt mà giữa các lớp chất lỏngchuyển động tương đối với nhau có lực ma sát gọi là ma sát trong T (hay lực nội ma sát) ;lực này được biểu thị bằng định luật Niutơn (1686) :T= µSdu,(N )dn(1 – 5)trong đó : S – diện tích tiếp xúc giữa các lớp chất lỏng ;u = f(n) – vận tốc (n là phương thẳng góc với phương chuyển động) ;du= f’(n) – gradien vận tốc theo phương n (hình 1 – 1) ;dnµ - hệ số nhớt động lực, có đơn vị Ns/m2 hay kg/s.m ;đơn vị ứng với 0,1N.s/m2 gọi là poazơ.Hình 1 – 1Đại lượng :τ=Tdu= µ,(N )Sdn(1-6)ngọi là ứng suất tiếp (hay ứng suất ma sát).Hệ số :u+dudnν =duu=f(n)µ 2(m / s)ρ(1– 7)trong đó ρ - khối lượng riêng ; ν được gọi là hệ số nhớtđộng học. Đơn vị cm2/s được gọi là stốc.Do cấu tạo nội bộ của chất lỏng và chất khí khác nhaunên khi nhiệt độ tăng lên, hệ số nhớt của chất khí sẽ tăng lên,còn của chất lỏng lại giảm xuống :Đối với khí :µt= µ0C273 TC 2731+T1+(1 – 8)trong đó : µ 0 - độ nhớt của khí ở 00C ;T- nhiệt độ tuyệt đối (0K) ;C – hằng số, lấy như sau : không khí C = 114 ;khinh khí – 74 ; khí CO 2 – 260 ; hơi nước - 673.Đối với nước :ν =0,01775, (cm 2 / s )21 + 0,0337t + 0,000221t(1 – 9)trong đó : t – nhiệt độ nước (0C).Ở phụ lục 1 – 2 cho trị số ν của nước và không khí ứng với các nhiệt độ khác nhau.Trong thực tế, hệ số nhớt ν còn biểu thị bằng độ Engle (0E), đổi ra đơn vị cm2/s theo hệthức :0,0631, (cm 2 / s )0Eν = 0,0731 0E -(1 – 10)Các lực tác dụng vào chất chảy có thể chia làm 2 loại : lực khối lượng (hay lực thểtích) và lực măt.Lực mặt tác dụng lên các mặt bao quanh khối chất chảy ta xét (ví dụ : áp lực, phản lựccủa thành rắn, lực ...