Giáo trình Thủy lực (Tập 1 - Tái bản lần thứ ba có chỉnh lý và bổ sung): Phần 2

Nối tiếp phần 1 của Giáo trình Thủy lực (Tập 1 - Tái bản lần thứ ba có chỉnh lý và bổ sung), phần 2 tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Dòng chảy ổn định trong ống có áp, chuyển động không ổn định trong ống có áp, hiện tượng nước va và sự giao động của khối nước trong tháp điều áp, dòng chảy đều không áp trong kênh, dòng chảy không đều trong kênh hở,... Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Thủy lực (Tập 1 - Tái bản lần thứ ba có chỉnh lý và bổ sung): Phần 2Ch¬ng VIDßng ch¶y æn ®Þnh trong èng cã ¸p§6-1. Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ®êng èngnh÷ng c«ng thøc tÝnh to¸n c¬ b¶nTa nghiªn cøu dßng ch¶y trong èng tháa m∙n nh÷ng ®iÒu kiÖn sau ®©y: dßng ch¶y æn®Þnh, cã ¸p, ch¶y rèi, ch¶y ®Òu. Dßng ch¶y trong nh÷ng èng dÉn níc cña thµnh phè, nhµm¸y, nh÷ng èng xiph«ng, nh÷ng èng hót èng ®Èy cña m¸y b¬m v.v... thêng lµ nh÷ng dßngch¶y cã nh÷ng ®iÒu kiÖn trªn.Khi nghiªn cøu dßng ch¶y æn ®Þnh cã ¸p, nh÷ng ph¬ng tr×nh chñ yÕu nhÊt mµ taph¶i dïng tíi lµ:1. Ph¬ng tr×nh BÐcnuiy (3-25),2. Ph¬ng tr×nh liªn tôc (3-9),3. Ph¬ng tr×nh x¸c ®Þnh tæn thÊt cét níc (chñ yÕu lµ nh÷ng c«ng thøc tÝnh hÖ sè mas¸t §¸cxy l, hÖ sè Sedi C, hÖ sè tæn thÊt côc bé zc).Dßng ch¶y rèi ®îc nghiªn cøu díi ®©y chñ yÕu lµ ë khu vùc søc c¶n b×nh ph¬ng.Tuy nhiªn trong nhiÒu trêng hîp sù ph©n biÖt gi÷a hÖ sè ma s¸t ë khu vùc søc c¶n b×nhph¬ng vµ ë tríc khu vùc søc c¶n b×nh ph¬ng kh«ng lín l¾m nªn kÕt qu¸ nghiªn cøu ëch¬ng nµy còng vÉn cã thÓ ¸p dông cho khu tríc khu b×nh ph¬ng (xem §4-8); trongnh÷ng trêng hîp kh¸c, ph¶i cã sù ®iÒu chØnh.Trong tÝnh to¸n vÒ ®êng èng, ta ph©n lµm èng dµi vµ èng ng¾n. Sù ph©n lo¹i nµy c¨ncø vµo sù so s¸nh gi÷a tæn thÊt cét níc däc ®êng vµ tæn thÊt cét níc côc bé trong toµnbé tæn thÊt cét níc.èng dµi lµ ®êng èng trong ®ã tæn thÊt cét níc däc ®êng lµ chñ yÕu, tæn thÊtcét níc côc bé vµ cét níc lu tèc so víi tæn thÊt däc ®êng kh¸ nhá cã thÓ bá quakh«ng tÝnh.èng ng¾n lµ ®êng èng trong ®ã tæn thÊt cét níc côc bé cña dßng ch¶y vµ cét níclu tèc ®Òu cã t¸c dông quan träng nh tæn thÊt cét níc däc ®êng.Nh vËy kh¸i niÖm vÒ èng dµi vµ èng ng¾n kh«ng ph¶i c¨n cø vµo kÝch thíc h×nhhäc mµ ph©n lo¹i, ®ã lµ mét kh¸i niÖm thñy lùc v× nã c¨n cø vµo t×nh h×nh tæn thÊt cét níc.225Ngêi ta quen tÝnh nh sau: khi tæn thÊt côc bé nhá h¬n 5% tæn thÊt däc ®êng, ta coilµ èng dµi, nÕu lín h¬n 5% th× coi lµ ®êng èng ng¾n. ThiÕt kÕ èng dµi, ngêi ta thêng kÓ®Õn tæn thÊt côc bé b»ng c¸ch coi nã b»ng 5% tæn thÊt däc ®êng, råi céng vµo tæn thÊt däc®êng ®Ó t×m ra tæn thÊt toµn bé.§¹i thÓ cã thÓ thÊy nh÷ng èng dÉn níc trong thµnh phè, nh÷ng èng dÉn níc vµonhµ m¸y thñy ®iÖn lµ nh÷ng èng dµi; cßn nh÷ng èng th¸o níc ®Æt díi ch©n ®Ëp, nh÷ngèng hót vµ ®Èy cña m¸y b¬m, nh÷ng èng xiph«ng, nh÷ng èng ngÇm qua lßng s«ng... lµnh÷ng èng ng¾n.§èi víi viÖc tÝnh to¸n ®êng èng, ta cã thÓ sö dông nh÷ng c«ng thøc c¬ b¶n sau ®©y:1. C«ng thøc tÝnh to¸n ®èi víi èng dµi: §èi víi èng dµi, tæn thÊt cét níc coi nh toµn bé lµtæn thÊt däc ®êng:hw » hd = Jl(6-1)trong ®ã, J lµ ®é dèc thñy lùc, l lµ chiÒu dµi cña dßng ch¶y ®Òu trong èng cã ¸p.Ta ®∙ biÕt lu tèc trung b×nh cña dßng ch¶y ®Òu cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøcSedi (4-88):v = C RJ ,do ®ã lu lîng trong dßng ch¶y ®Òu trong èng cã ¸p tÝnh ®îc theo:NÕu ®Æt:Q = wv = wC RJ .(6-2)K = wC R ,(6-3)c«ng thøc (6-2) viÕt thµnh:Q=K J.(6-4)§¹i lîng K gäi lµ ®Æc tÝnh lu lîng hoÆc m«®un lu lîng, biÓu thÞ lu lîng cñaèng cho tríc khi ®é dèc thñy lùc b»ng ®¬n vÞ. Tõ biÓu thøc (6-3), ta thÊy K lµ mét ®Æctrng cña èng, phô thuéc ®êng kÝnh d vµ hÖ sè nh¸m n cña èng:yπd2 1 æ d ö æ d öK = wC R =4 n çè 4 ÷ø çè 4 ÷ø0,5= f(d, n).Do ®ã ngêi ta ®∙ lËp s½n nh÷ng b¶ng tÝnh K, khi biÕt d vµ n (xem phô lôc 6-1).Tõ (6-4), ta rót ra:J=Q2.K2Thay trÞ sè ®ã cña J vµo (6-1), ta cã:hd =226Q2K2l(6-5)C«ng thøc (6-5) lµ c«ng thøc c¬ b¶n dïng tÝnh tæn thÊt cét níc trong èng dµi. Nh÷ngb¶ng cho s½n trÞ sè K thêng tÝnh qua trÞ sè C øng víi khu søc c¶n b×nh ph¬ng, nªn c«ngthøc (6-5) sö dông cho khu søc c¶n b×nh ph¬ng. Víi khu tríc søc c¶n b×nh ph¬ng, nÕucÇn ph¶i ®iÒu chØnh, ngêi ta ®a vµo hÖ sè ®iÒu chØnh q1 ®èi víi m«®un lu lîng:K = q1 Kbp.(6-6)trong ®ã Kbp lµ m«®un lu lîng øng víi khu b×nh ph¬ng søc c¶n.Tõ (6-4), ta suy ra:Q = K J = q1Kbp J ,do ®ã tù (6-5) ta viÕt ®îc:hd =Q2l=K21 Q22θ12 K b.pl = θ2Q22K b.pl.(6-7)trong ®ã:q2 =1θ12.(6-8)HÖ sè ®iÒu chØnh q1 vµ q2 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc gÇn ®óng cña N. Z.Ph¬renken ®Ò ra (n¨m 1951):Möæθ2 = ç 1 + ÷v øè1θ1 =M1+v2üïïïýïïïþ(6-9)trong ®ã M lµ h»ng sè ®èi víi mçi lo¹i èng vµ mçi hÖ sè nhít.Theo thÝ nghiÖm cña F. A. SªvªlÐp, trÞ sè M cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh sau(víi v mm/s):M = 40 ®èi víi èng thÐp,M = 95 ®èi víi èng gang,M = 30 ®èi víi èng thêng.Nh÷ng trÞ sè cña q1 vµ q2 =1θ12cã thÓ tra ë b¶ng 6-1.Trong trêng hîp tÝnh to¸n s¬ bé, ngêi ta thêng coi dßng ch¶y ë khu b×nh ph¬ngsøc c¶n, tøc lµ dïng q1 = q2 = 1.227ThÝ dô:1. X¸c ®Þnh lu lîng qua mét èng “thêng” dµi l = 1000 m; cã ®êng kÝnhd = 200 mm, biÕt r»ng ®é chªnh cét níc ë hai ®Çu èng lµ H = 5 m.§é dèc thñy lùc J:J=H5== 0,005l 1000Víi ®êng kÝnh èng d = 200 mm, tra phô lôc 6-1 trÞ sè m«®un lu lîng K cho khuvùc b×nh ph¬ng søc c¶n lµ: ...