Giáo trình kỹ thuật thủy khí - Chương 4

Chuyển động một chiều của chất lỏng không nén đ-ợc Nội dung ch-ơng n y đi v o tìm hiểu trạng thái chảy của chất lỏng, tổn thất năng l-ợng trong dòng chảy v xét cụ thể một số dạng chuyển động một chiều của chất lỏng không nén đ-ợc nh- n-ớc chảy trong ống, dầu trong các khe hẹp … từ đó rút ra những ứng dụng v o kỹ thuật. 4.1. Hai trạng thái chảy của chất lỏng. Số Reynolds 4.1.1. Thí nghiệm Reynolds Năm 1883 O.Reynolds bằng thực nghiệm đ phát hiện ra sự tồn tại hai...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình kỹ thuật thủy khí - Chương 4 Ch−¬ng 4 ChuyÓn ®éng mét chiÒu cña chÊt láng kh«ng nÐn ®−îc Néi dung ch−¬ng n y ®i v o t×m hiÓu tr¹ng th¸i ch¶y cña chÊt láng, tæn thÊt n¨ng l−îng trong dßng ch¶y v xÐt cô thÓ mét sè d¹ng chuyÓn ®éng mét chiÒu cña chÊt láng kh«ng nÐn ®−îc nh− n−íc ch¶y trong èng, dÇu trong c¸c khe hÑp … tõ ®ã rót ra nh÷ng øng dông v o kü thuËt. 4.1. Hai tr¹ng th¸i ch¶y cña chÊt láng. Sè Reynolds 4.1.1. ThÝ nghiÖm Reynolds N¨m 1883 O.Reynolds b»ng thùc nghiÖm ® ph¸t hiÖn ra sù tån t¹i hai tr¹ng th¸i ch¶y kh¸c biÖt nhau cña chÊt láng v chøng minh r»ng chóng cã liªn quan mËt thiÕt víi tæn thÊt n¨ng l−îng cña nã. ThÝ nghiÖm cña Reynolds gåm cã N−íc mét b×nh n−íc lín A, mét b×nh n−íc m u mu K2 C, mét èng thuû tinh trong suèt (H×nh 4-1). §iÒu chØnh kho¸ ®Ó n−íc m u ®á ch¶y hwd th nh mét sîi chØ ®á c¨ng xuyªn suèt èng thñy tinh, nghÜa l c¸c líp chÊt láng ch¶y A K1 th nh tÇng riªng rÏ, ®ã l tr¹ng th¸i ch¶y tÇng (H×nh 4-1a). T¨ng vËn tèc dßng ch¶y, ®Çu tiªn sîi chØ n−íc m u ®á bÞ ®øt ®o¹n B (H×nh 4-1b) - ch¶y qu¸ ®é, sau ®ã chóng ho trén hçn lo¹n v o nhau (H×nh 4-1c), ®ã a) l tr¹ng th¸i ch¶y rèi. b) c) L m thÝ nghiÖm ng−îc l¹i, gi¶m dÇn vËn tèc dßng ch¶y th× tr¹ng th¸i ch¶y cña chÊt láng biÕn ®æi theo chiÒu ng−îc H×nh 4-1. S¬ ®å thÝ nghiÖm R©yn«n l¹i: tõ ch¶y rèi sang ch¶y tÇng. Qua thÝ nghiÖm víi nhiÒu èng cã ®−êng kÝnh kh¸c nhau v víi nhiÒu lo¹i chÊt láng, ng−êi ta nhËn thÊy tr¹ng th¸i dßng ch¶y phô thuéc v o vËn tèc v, ®é nhít ν v ®−êng kÝnh èng d. 4.2.1. Sè Reynolds v vËn tèc ph©n giíi Reynolds ® t×m ra tæ hîp 3 ®¹i l−îng (vËn tèc v, ®é nhít ν v ®−êng kÝnh èng d) l mét sè kh«ng thø nguyªn, mang tªn «ng - sè Reynolds: νd (4-1) Re = υ VËn tèc chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ch¶y tÇng sang ch¶y rèi l vËn tèc ph©n giíi trªn (vpgt), t−¬ng øng cã sè Reynolds ph©n giíi trªn (Repgt). Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình K thu t Thu khí …………………………………….76 http://www.ebook.edu.vn VËn tèc chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ch¶y rèi sang ch¶y tÇng l vËn tèc ph©n giíi d−íi (vpgd), t−¬ng øng cã sè Reynolds ph©n giíi d−íi (Repgd) Khi dßng ch¶y cã : Re < Repgd th× tr¹ng th¸i cña nã l ch¶y tÇng; Re > Repgt th× tr¹ng th¸i cña nã l ch¶y rèi; Repgd < Re < Repgt th× tr¹ng th¸i cña nã cã thÓ l tÇng hoÆc rèi, nh−ng th−êng l ch¶y rèi, v× øng víi giai ®o¹n trung gian n y tr¹ng th¸i ch¶y tÇng rÊt kh«ng æn ®Þnh. Qua nhiÒu thÝ nghiÖm thÊy r»ng Repgt kh«ng cã mét trÞ sè x¸c ®Þnh (dao ®éng tõ 12000 ®Õn 50000). Cßn Repgd ®èi víi mäi lo¹i chÊt láng v ®−êng kÝnh kh¸c nhau ®Òu cã mét gi¸ trÞ kh«ng ®æi (2320). Do ®ã Repgd =2320 ®−îc dïng l m tiªu chuÈn x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i ch¶y. vËy Re < 2320 - Tr¹ng th¸i ch¶y tÇng; Re > 2320 - Tr¹ng th¸i ch¶y rèi. 4.2. tæn thÊt n¨ng l−îng trong dßng ch¶y 4.2.1. Quy luËt tæn thÊt n¨ng l−îng trong dßng ch¶y a) Ph©n lo¹i tæn thÊt Khi chÊt láng thùc ch¶y cã tæn thÊt n¨ng l−îng do lùc c¶n chuyÓn ®éng. C¨n cø v o nguyªn nh©n ph¸t sinh tæn thÊt n¨ng l−îng trong dßng ch¶y, ng−êi ta chia ra : - Tæn thÊt däc ®−êng (hwd); - Tæn thÊt côc bé (hwc). Tæn thÊt n¨ng l−îng däc ®−êng l do lùc ma s¸t trong t¸c dông lªn dßng chÊt láng, hay l do lùc c¶n theo chiÒu d i cña bÒ mÆt bao quanh dßng ch¶y (bÒ mÆt trong èng dÉn, bÒ mÆt ®¸y, s−ên kªnh …). Tæn thÊt n¨ng l−îng côc bé l do lùc c¶n g©y nªn khi thay ®æi ®ét ngét mÆt c¾t dßng ch¶y hay thay ®æi ®ét ngét chiÒu dßng ch¶y nh− ë trong kho¸ n−íc ë c¸c chç ngoÆt… b) Qui luËt chung vÒ tæn thÊt n¨ng l−îng B»ng thùc nghiÖm ng−êi ta ® ®−a ra qui luËt ph©n bè tæn thÊt n¨ng l−îng däc ®−êng trong dßng chaû: - Khu vùc ch¶y tÇng : hwd = k1v - Khu vùc ch¶y rèi : hwd = k2v2 trong ®ã : k1 , k2 - hÖ sè tû lÖ ; v - vËn tèc dßng ch¶y. - Trong khu vùc qu¸ ®é, liªn hÖ gi÷a vËn tèc v tæn thÊt n¨ng l−îng theo quan hÖ bËc n víi 1< n < 2. 4.2.2. Tæn thÊt n¨ng l−îng däc ®−êng a) Tæn thÊt n¨ng l−îng däc ®−êng trong ch¶y tÇng Trong ch¶y tÇng, chÊt láng ch¶y th nh nh÷ng bã dßng riªng biÖt song song víi nhau. Trªn th nh èng, cã dÝnh chÆt nh÷ng chÊt ®iÓm kh«ng chuyÓn ®éng, vËn tèc cña Trư ng ð i h c Nông nghi ...