Giáo trình Thủy lực cơ sở: Phần 2

Giáo trình có kết cấu gồm 7 chương. Phần 2 sau đây gồm nội dung chương 5 đến chương 6. Trong đó chương 6 nêu nguyên lí và các trường hợp cơ bản nhất của tính toán thuỷ lực đường ống chảy ổn định; chương 5, 7 thể hiện dòng đều và cách áp dụng phương trinh Bécnuli tính dòng chảy qua lỗ, qua vòi, hiện tượng va đập thuỷ lực. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Thủy lực cơ sở: Phần 2 Chương 5 DÒNG CHẢY QUA L ỗ VÀ VÒI - HIỆN T Ư Ợ N G V A ĐẬP T H U Ỷ Lực 5.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI Ta thường gặp dòng cháy qua lỗ và vòi khi tháo cạn một bể chứa, sự điều tiết qua các cống, sự lắng và tháo nước qua các âu thuyền v . v . .. Mục đích chính của chương này là xác định vận tốc và lưu lượng của dòng chảy qua lỗ và vòi. Phần hai của chương này đề cập đến khái niệm va đập thuỷ lực trong đường ống và đưa ra công thức tính độ tăng áp suất khi có va đập thuỷ lực. Trên thành bình ta khoét một lỗ để cho chất lỏng chảy qua, ta gọi là dòng chảy qua lỗ. Để nghiên cứu dòng chảy qua lỗ ta kí hiệu (hình 5.1); e - chiều cao của lỗ. co - tiết diện lỗ. Ồ - c h i ề u d à y c u a th à n h b in h . H - khoảng cách từ tâm lỗ đến mặt thoáng gọi là cột nước trên lỗ. Căn cứ vào kích thước và các yếu tố ảnh hường đến dòng cháy qua lỗ, người ta phân loại lỗ như sau: 1. Theo quan hệ e và lì: e 1 - • Nếu — < — thì lô là lô nhò H 10 e 1 - - • Nếu — > — (hì lô là lô to. Hình 5.1 H 10 Lỗ nhỏ và lỗ to khác nhau ở chỗ: với lỗ nhỏ ta xem cột nước H tác dụng tại các điểm trên diện tích lỗ là như nhau. Cònlỗ to thì cộtnước tác dụng tạimép trên và mép dưới của lỗlà khác biệt nhau, nên trong tínhtoán không thê dùng chung cột nước H được. 2. Theo quan liệ ổ và e • Nếu ỗ < (3 -ỉ- 4)e ta có lỗ thành mỏng (hình 5.1) và bề dày của thành không ảnh liướnR đến dòng chảy qua lỗ. Hỉnh 5.2 181 • Nếu ỗ > (3 + 4)e và cạnh lỗ, không được vát mỏng ta có lỗ thành dày, bể dày của lỗ ảnh hưởng đến dòng chảy qua lỗ (hình 5.2). v ề mặt thuỷ lực, lỗ thành dày cũng coi như vòi. 3. Theo sự nối tiếp của dòng chảy ra khỏi lỗ • Chảy tự do nếu dòng chảy ra khỏi lỗ tiếp xúc ngay với không khí (hình 5.1, 5.2). • Chảy ngập nếu dòng chảy ra khỏi lỗ bị ngập dưới chất lòng (hình 5.3). Hình 5.3 4. Theo cột nước H • Nếư H = const - dòng chảy qua lỗ vói cột áp không đổi (chảy ổn định). • Nếu H * const - dòng chảy qua lỗ với cột áp thay đổi (không ổn định). 5.2. DÒNG CHẢY T ự DO QUA L ỗ NHỎ THÀNH MỎNG, CỘ T ÁP KHỔNG Đ ổ i Đày là bài toán đơn giản nhất của dòng chảy qua lỗ 5.2.1. Hệ số co hẹp của lỗ Dòng chảy sau khi qua khỏi cạnh lỗ không tiếp xúc với thành của lỗ mà tiếp tục thu nhò mặt cắt, tạo nên hiện tượng co hẹp dòng chảy. Mặt cắt co hẹp c-c cách thành một đoạn xấp xi bằng đường kính lỗ và ở đó các đường dòng trở thành gần như song song (hình 5.4). Qua khỏi mặt cắt co hẹp dòng chảy hơi mở rộng ra và trong trường hợp chảy tự do nó sẽ cong xuống do tác dụng của trọng lực. Hình 5.4 Tại mặt cắt co hẹp c-c dòng chảy có thế coi là dòng không đều biến đổi chậm. Gọi C0 c là diện tích mặt cắt co hẹp, co là diện tích lỗ, khi đó kí hiệu: co,. =8 E g ọ i là h ệ s ố c o hẹp của lỗ . Hệ số này p h ụ th u ộ c hình dạng lỗ và vị trí lỗ trên thành bình.Trường hợp khoảng cách từ các thành khác của bê chứa đến các cạnh của lỗ đểu lớn hơn 3 lần kích thước cạnh tương ứng, dòng chảy qua khỏi lỗ sẽ bị co hẹp hoàn chỉnh (lỗ 1 trên hình 5.5). Trường hợp ngược lại ta có co hẹp không hoàn chình (lỗ 2, 3, 4 trên hình 5.5). Với lỗ tròn, co hẹp hoàn chinh thì £ « 0,63. 182 5.2.2. Tính luu lưọrng qua lỗ Viết phương trình Bécmtli cho 2 mặt cắt 1-1 và c-c lấy mặt cắt đi qua tâm của mặt cắt c-c làm mặt chuẩn: 2 H =a — +h ( 1) 2g Ở đây V, « 0 và h. là tổn thất cục bộ qua lỗ: hc - ẹ* 2g và (1) sẽ là: H = (ac + C c )ỹ (2) 2g vận tốc qua lỗ vc có dạng vc = >/2gH = cp^/2gH (2 . 1) trong đó: cp = goi là hệ số vận tốc của lỗ, phụ thuộc vào hình dạng lỗ và số Va c -K c Re, tp < 1. Lưu lượng chảy qua lỗ sẽ bằng: Q = v ccoc = VC£C1) = cpeo)^/2gH Đặt |i = (pe, f.i là hệ số lưu lượng của lỗ, phụ thuộc vào hình dạng lỗ, số Re và vị trí lỗ trên thành bình < 1, công thức Q có dạng: Q = |^ /2 g H (2.2) Với chất lỏng có độ nhớt bé nhu nước, xăng, dầu hoá, lỗ tròn, thành mỏng thì có thể lấy: |i = 0,61, s = 0,63, cp = 0,97, Cy. —0,065. Khi dòng chảy ngập qua lỗ (hình 5.6), công thức tính lưu lượng vẫn sử dụng công thức (2.2) nhưng cột áp H là hiệu 2 cột áp H = H, - H„ Hình 5.6 Các hệ số cp, s, Ị-I đều phụ thuộc vào số Râynôn mà đối với lỗ tròn, A.D.Ansun đề nghị viết dưới dạng: V^gHd Re,, = (2.3) V 183 Khi đó các hệ số cp, £, |1 tuỳ theo số Re,| có thể xác định theo đồ thị trên hình 5.7. định theo công thức Ansun: 5,5 ^1 = 0,592 + (2.4) V ^eH Khi ReH rất bé (ReH < 25) ...