Giáo trình Thủy lực và Khí động lực: Phần 2

Phần 2 giáo trình "Thủy lực và Khí động lực" gồm nội dung chương 10 đến chương 19, bao gồm: Sức cản thủy lực và tổn thất cột nước; tính ống dẫn nước -Nước va; dòng chảy đều không áp trong kênh hở và trong ống; dòng chảy qua lỗ và vòi; luồng tia; chuyển động một chiều của chất lỏng nén được; sóng nén; tính ống dẫn khí; lớp biên trong chất lỏng nhớt, không nén được; chuyển động tương đối giữa vật rắn và chất lỏng nhớt không nén được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Thủy lực và Khí động lực: Phần 2 Chương 10 s ứ c CẢN THUỶ Lực VÀ TỔN THẤT CỘT NƯỚC10.1. TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG VÀ T ổ N THẤT cục bộ Việc áp dụng phương trình cân bằng năng lượng (8-17) sẽ không thể thực hiện nếukhông xác định được số hạng ht - tổn thất năng lượng đơn vị hay tổn thất cột nước trênđoạn dòng chảy được xét. Tổn thất ht gồm có: - Tổn thất cột nước để khắc phục sức cản thuỷ lực dọc theo đường dẫn, tổn thất này tỉlệ với chiều dài đoạn dòng chảy ta xét và được gọi là tổn thất theo chiều dài hay tổn thấtdọc đường, kí hiệu là hd. - Thêm vào đó là tổn thất cột nước để khắc phục các sức cản cục bộ trên đường dẫnnhư van, khóa, lưới chắn rác v,v,„, được gọi là tổn thất cục bộ, kí hiệu là hc. Tổn thất cột nước toàn bộ trên đường dẫn được tính bằng cách cộng đơn giản tổn thấtdo các sức cản riêng rẽ gây nên (nguyên lí cộng tổn thất cột nước): h t = £ h d + Zhc ( 10- 1) Trên hình 10.1 biểu thị dòng chảy trong mộtống có đường kính không đổi. Trên đoạn dòngchảy 1-2 chiều dài /, ngoài tổn thất dọc đường tỉ lệvới / còn có tổn thất cục bộ tại hai vị trí: khuỷuống (A) và khóa nước (B). Tại hai vị trí này dòngchảy bị đổi hướng hoặc biến dạng cục bộ. Áp dụng (10-1) cho trường hợp này ta có: h t]_2 = h d + h c(A) + h c(B) Hệ thức (10-1) cho kết quả sát đúng chỉ trong Hình 10.1trường hợp các sức cản cục bộ xẩy ra đủ xa nhau,chẳng hạn khoảng cách giữa hai sức cản cục bộ liên tiếp không nhỏ hơn ~ 20 lần đườngkính ống. Trong chương này sẽ nghiên cứu tính tổn thất cột nước trong trường hợp chuyển độngổn định, chất lỏng không nén được.194 10.2. PHƯƠNG TRÌNH c ơ BẢN CỦA DÒNG CHẢY ĐÊU Chuyển động đều là dạng chuyển động đơn giản nhất, được nghiên cứu nhiều nhất cảvể lí thuyết và thực nghiệm. 10.2.1. Định nghĩa Chuyển động đều là chuyển động ổn định, các đường dòng thẳng và song song vớinhau, lưu tốc 0 trên từng đường dòng là không đổi. Từ đó ta thấy đối với dòng chảy đểu: - Q = const (cả về thời gian và không gian - dọc theo dòng chảy). - Tuyến lòng dẫn thẳng, mặt cắt ưct (phẳng) không đổi cả về kích thước và hình dạngdọc dòng chảy. - Dọc theo dòng chảy: không có sức cản cục bộ, độ nhám mặt lòng dẫn (tiếp xúc vớichất lỏng chuyển động) không đổi. Như vậy, dọc theo dòng chảy đều: - Lưu tốc trung bình m ặt cắt V = — = c o n s t . s - Phân bố lưu tốc ũ ở tất cả các mặt cắt ướt là như nhau nên hệ số hiệu chỉnh độngnăng a = const, hệ số hiệu chỉnh động lượng a 0 = const. av2 - Cột nước lưu tốc —— = c o n st. 2g - Sức cản thuỷ lực (ma sát) phân bố đều. - Do đó cường độ tổn thất cột nước (độ dốc thuỷ lực) là không đổi. Tất cả các điều trên chứng tỏ, đối với dòng chảy đều: 1. h, = h d = E j - E 2 = z , - Z 2 ( 10- 2 )trong đó: z = z + —là cột nước đo áp. y Như vậy, độ chênh mực chất lỏng trong hai ống đo áp gắn ở đầu và cuối đoạn chínhlà tổn thất dọc đường trên đoạn đó. 2. Đường nãng lượng và đường đo áp là hai đường thẳng song song với nhau, do đó: J = Jp = const > 0 (dọc dòng chảy) (10-3) 10.2.2. Phương trìn h cơ bản của dòng chảy đều Phương trình này biểu thị quan hệ giữa sức cản (nguyên nhân) và tổn thất cột nước(hệ quả) đối với dòng chảy đều. Để thiết lập phương trình, ta xét đoạn dòng chảy đều có chiều dài l, dòng chảy có thểlà có áp hoặc không áp. Chất lỏng thuộc đoạn này được cứng hóa như sau: 195 - Cả khối ch u y ể n đông với lưu tốc V = — doc lòng dẫn. s - Lực ma sát chỉ tác dụng ở mặt biên rắn với cường độ (ứng suất ma sát) T0 ; T0 phânbố đều dọc theo dòng chảy và được coi là phân bố đều cả trên chu vi ướt của dòng(phương ngang). Phương trình lực đối với đoạn 1-2 (hình 10.2) được viết như sau: Pj + P^ + T + G = 0 (10-4)trong đó: P!, P2 - áp lực từ chất lỏng ngoài đoạn tác dụng lên mặt cắt 1 và 2; T - lực ma sát ở mặt bên; R - phản lực từ thành rắn; G - trọng lượng thể tích chất lỏng 1-2. Chiếu (10-4) lên trục s dọc dòng chảy, ta có: Pị - P 2 - T + Gcosoc = 0 (10-5) Thế vào (10-5): Pj - P jS ; P2 = P 2-S (p, và p2 lần lượt là áp suất lên tâm mặt cắt 1 và 2) T = Tq.S bên = TqP/ (P - chu vi ướt) ...