hamailien_bk2
New Member
Download miễn phí Giáo trình Cơ học thủy khí ứng dụng
MỤC LỤC
trang
Chương 1 Một sốtính chất vật lý cơbản của chất lỏng 3
Chương 2 Tĩnh học chất lỏng 10
Chương 3 Động học chất lỏng 25
Chương 4 Động lực học chất lỏng 36
Chương 5 Chuyển động một chiều của chất lỏng không nén được 59
Chương 6 Chuyển động một chiều của chất khí 71
Chương 7 Tính toán thuỷlực đường ống 82
Chương 8 Lực tác động lên vật ngập trong lòng chất lỏng chuyển động 89
Chương 9 Lý thuyết thứnguyên và tương tự98
Chương 10 Máy thủy lực và trạm 107
Tài liệu tham khảo 115
§ 4.6. CÁC ĐỊNH LÝ ƠLE
Một số bài toán không thể giải được bằng phương trình Béc nu li thường phải
dùng đến định lý Ơle.
I. ĐỊNH LÝ ƠLE 1. (Hay là phương trình động lượng)
Là việc ứng dụng định lý biến thiên động lượng của cơ lý thuyết vào chất lỏng:
Sự biến thiên động lượng theo theo gian của dòng chất lỏng bằng tổng ngoại lực tác
dụng lên chúng;
( ) ∑= cFumdtd cF là ngoại lực.
Như vậy không phải xét đến nội lực của chất lỏng (lực nhớt).
Hình 4-9
Xét dòng nguyên tố (H.4-9). Lực tác dụng lên khối chất lỏng: gọi mR là tổng lực
khối, sR là tổng lực mặt.
(2-24)
Thể hiện phương trình (4-24) là đa giác vec tơ trên hình H.4-9b
2. Định lý ơle 2. Hay là phương trình mô men động lượng.
Sự biến thiên mô men động lương theo thời gian của dòng chất lỏng bằng tổng
mô men ngoại lực tác dụng.
∑= 00 MdtLd
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 50 -
Xét khối chất lỏng chuyển động trong rãnh bánh công tác (của tua bin chẳng hạn)
(Hình 4-11).
M0 – mô men ngoại lực tác
động lên dòng chảy, chính là mô
men trên trục của tua bin (hoăc
bơm) truyền qua thành rãnh bánh
công tác- mômen làm quay bánh
công tác của tua bin.
Hình 4-11
dL = (mch)2 – (mch)1
= ρω2v2c2r2cosα2dt - ρω1v1c1r1cosα1dt
= ρQ(c2r2cosα2 – c1r1cosα1)dt
Đối với bơm: M0 = ρQ(c2r2cosα2 – c1r1cosα1) (4-25)
Đối với tua bin: M0 = ρQ(c1r1cosα1 – c2r2cosα2) (4-25’)
Tua bin quay với vận tốc góc Ω thì công suất hữu ích là công suất trên trục của nó
và là:
N = M0Ω
Công suất vào là công suất thuỷ lực:
Nv = γQH=N/η
η < 1- hiệu suất chung của tua bin.
Với lưu ý: rΩ = u vận tốc theo của dòng nước tức là vận tốc vòng của bánh
công tác.
§ 4.7. DÒNG TIA
I. Định nghĩa và phân loại
1. Định nghĩa:
Dòng chất lỏng khi ra khỏi lỗ, vòi và chảy vào môi trường chất lỏng hay chất khí,
gọi là dòng tia.
2. Phân loại:
Dòng tia có thể chảy tự do hay chảy ngập.
Dòng tia chất lỏng chuyển động trong môi trường chất lỏng là dòng tia ngập, ví
dụ dòng tia nước từ những vòi đặt ngầm dưới mặt nước sông để phá đất ở lòng sông.
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 51 -
Dòng tia tự do (không ngập) là dòng tia chuyển động trong môi trường khí, ví dụ
dòng tia nước của vòi chữa cháy, của máy làm mưa nhân tạo.
Trạng thái chảy trong dòng tia có thể là chảy tầng hay chảy rối, nhưng trong
thực tế thường gặp trạng thái chảy rối.
Dưới đây ta chỉ nghiên cứu một số tính chất của dòng tia ở trạng thái chảy rối.
II. Cấu tạo dòng tia
2-1. Dòng tia ngập:
Dòng tia có thể ngập trong môi trường chất lỏng cùng loại hay khác loại. Khi
dòng tia chuyển động, do tính nhớt và sự mạch động vận tốc của dòng chảy rối mà xuất
hiện các xoáy ở chỗ giáp của dòng tia và môi trường xung quanh. Các xoáy này làm
cho một phần chất lỏng của môi trường bị lôi kéo trong dòng tia, đồng thời lại gây tác
dụng kìm hãm chuyển động của dòng tia. Vì vậy mà dòng tia ngập loe rộng dần rồi
phân tán vào môi trường chất lỏng bao quanh (Hình 4-12).
Dựa vào biểu đồ phân bố vận tốc trên các mặt cắt ngang dòng tia ta thấy trong
dòng tia có hai phần: lõi và lớp biên chảy rối.
a) Lõi là phần trong cùng, trong đó vận tốc trên các mặt cắt ngang dòng tia đều
không đổi.
Lõi bắt đầu từ miệng vòi phun đến mặt cắt quá độ trên đó chỉ có điểm trên truc
dòng tia là có vận tốc bằng vận tốc ban đầu tại miệng vòi. Đường giới hạn lõi là đường
thẳng (theo thực nghiệm).
b) Phần được giới hạn bởi lõi và môi trường bao quanh dòng tia gọi là lớp biên
chảy rối, trong đó vận tốc biến đổi liên tục cho đến khi bằng vận tốc môi trường bên
ngoài. Đường giới hạn lớp biên chảy rối với môi trường bao quanh cũng là đường
thẳng (theo thực nghiệm).
Theo chiều dài dòng tia có thể chia làm hai đoạn:
- Đoạn đầu, từ miệng vòi phun cho đến mặt cắt quá độ tức là mặt cắt kết thúc lõi
dòng tia. Trong đoạn đầu có lõi và một phần của lớp biên chảy rối quanh lõi.
Hình 4-12
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 52 -
- Đoạn cơ bản, từ mặt cắt quá độ trở đi. Đoạn cơ bản chỉ gồm lớp biên chảy rối,
trong đó vận tốc giảm dần dọc theo trục dòng tia.
2-2. Dòng tia tự do (tia không ngập)
Quan sát một dòng tia tự do, ví dụ một tia nước từ một vòi hình trụ tròn phun vào
không khí ta thấy có ba phần rõ rệt (Hình 4-13).
Hình 4-13
- Phần tập trung: Trong phần này dòng tia vẫn giữ nguyên hình trụ tròn, chất
lỏng vẫn liên tục.
- Phần rời rạc: Trong phần này dòng tia mở rộng hơn, sự liên tục của chất lỏng bị
phá hoại.
- Phần tan rã: Trong phần này dòng tia tan thành những hạt rất nhỏ, như bụi.
Dòng tia tự do được sử dụng nhiều trong kỹ thuật, như sủng thủy lực dùng để phá
đất, khai thác than, dòng tia chữa cháy. Những loại này cần dùng phần tập trung của
dòng tia. Nhưng khi cần làm mưa nhân tạo để tưới thì lại phải lợi dụng phần tan rã.
2-3. Dòng tia thẳng đứng:
Xét một dòng tia phun thẳng đứng (H.4-14).
Hình 4-14
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 53 -
Một phần tử chất lỏng tại miệng vòi có vận tốc v sẽ có động năng là . Khi vận
tốc của phần tử chất lỏng giảm đến bằng không, động năng biến hoàn toàn thành thế
năng, thì độ cao nó đạt được tính từ miệng vòi là:
(4-26)
Đó chính là độ cao lý thuyết của dòng tia thẳng đứng.
Nhưng do ảnh hưởng của sức cản không khí, của sức cản trong nội bộ dòng tia và
cửa trọng lực nên độ cao toàn bộ của dòng tia phun thẳng đứng Hdt luôn luôn nhỏ hơn
H, và được xác định theo công thức:
(4-27)
Trong đó ψ là một hệ số, chủ yếu phụ thuộc đường kính d của miệng vòi phun, ψ
thường được xác định theo công thức:
ψ =
3d001,0d
25,0
+ (4-28)
d = tính bằng mm.
Bảng (4-2) sau đây cho một số giá trị hệ số ψ tính theo công thức (4-28)
Bảng 4-2 Giá trị hệ số ψ của vòi phun[7]
d(mm) 10 13 16 19 22 25
ψ 0,0228 0,0165 0,0124 0,0097 0,0077 O,0061
Độ cao phần tập trung Httr tính theo công thức sau:
Httr = βHdt (4-29)
Trong đó β là một hệ số phụ thuộc độ phun cao của dòng tia. Bảng (4-3) sau đây
cho một số giá trị β rút từ thực nghiệm và thường được dùng trong thực tế:
Bảng 4-3 Giá trị hệ số β dùng tính độ cao phần tập trung Httr của dòng tia
Hdt(m) 7 9,5 12 14,5 17,2 20 22,9 24,5 30,5
β 0,840 0,840 0,835 0,825 0,815 0,805 0,790 0,785 0,725
2-4. Dòng tia nghiêng:
Các tia phun nghiêng, về mặt lý thuyết cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu
một cách đầy đủ. Thí nghiệm chứng tỏ rằng nếu nghiêng từ tia phóng ở vòi ra
(Hình 4-15).
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 54 -
Hình 4-15
Bán kính Rdt với( khoảng cách từ miệng vòi đến tâm vùng khuyêch tán) được xác
định gần đúng theo công thức:
Rdt = k. Hdt (4-30)
k: Hệ số phụ thuộc góc nghiêng θ của dòng tia khi ra khỏi miệng vòi giá trị của
nó cho trong Bảng 4-4.
Bảng 4-4: Giá trị hệ số k dùng tính giới hạn của tia phung nghiêng
θ0 900 750 600 450 300 150 00
k 1,00 1,03 1,07 1,12 1,20 1,30 1,40
Đối với các tia phun nước đào đất ở các súng phun thủy lực (để khai thác than đá,
nạo vét lòng sông…...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
trang
Chương 1 Một sốtính chất vật lý cơbản của chất lỏng 3
Chương 2 Tĩnh học chất lỏng 10
Chương 3 Động học chất lỏng 25
Chương 4 Động lực học chất lỏng 36
Chương 5 Chuyển động một chiều của chất lỏng không nén được 59
Chương 6 Chuyển động một chiều của chất khí 71
Chương 7 Tính toán thuỷlực đường ống 82
Chương 8 Lực tác động lên vật ngập trong lòng chất lỏng chuyển động 89
Chương 9 Lý thuyết thứnguyên và tương tự98
Chương 10 Máy thủy lực và trạm 107
Tài liệu tham khảo 115
§ 4.6. CÁC ĐỊNH LÝ ƠLE
Một số bài toán không thể giải được bằng phương trình Béc nu li thường phải
dùng đến định lý Ơle.
I. ĐỊNH LÝ ƠLE 1. (Hay là phương trình động lượng)
Là việc ứng dụng định lý biến thiên động lượng của cơ lý thuyết vào chất lỏng:
Sự biến thiên động lượng theo theo gian của dòng chất lỏng bằng tổng ngoại lực tác
dụng lên chúng;
( ) ∑= cFumdtd cF là ngoại lực.
Như vậy không phải xét đến nội lực của chất lỏng (lực nhớt).
Hình 4-9
Xét dòng nguyên tố (H.4-9). Lực tác dụng lên khối chất lỏng: gọi mR là tổng lực
khối, sR là tổng lực mặt.
(2-24)
Thể hiện phương trình (4-24) là đa giác vec tơ trên hình H.4-9b
2. Định lý ơle 2. Hay là phương trình mô men động lượng.
Sự biến thiên mô men động lương theo thời gian của dòng chất lỏng bằng tổng
mô men ngoại lực tác dụng.
∑= 00 MdtLd
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 50 -
Xét khối chất lỏng chuyển động trong rãnh bánh công tác (của tua bin chẳng hạn)
(Hình 4-11).
M0 – mô men ngoại lực tác
động lên dòng chảy, chính là mô
men trên trục của tua bin (hoăc
bơm) truyền qua thành rãnh bánh
công tác- mômen làm quay bánh
công tác của tua bin.
Hình 4-11
dL = (mch)2 – (mch)1
= ρω2v2c2r2cosα2dt - ρω1v1c1r1cosα1dt
= ρQ(c2r2cosα2 – c1r1cosα1)dt
Đối với bơm: M0 = ρQ(c2r2cosα2 – c1r1cosα1) (4-25)
Đối với tua bin: M0 = ρQ(c1r1cosα1 – c2r2cosα2) (4-25’)
Tua bin quay với vận tốc góc Ω thì công suất hữu ích là công suất trên trục của nó
và là:
N = M0Ω
Công suất vào là công suất thuỷ lực:
Nv = γQH=N/η
η < 1- hiệu suất chung của tua bin.
Với lưu ý: rΩ = u vận tốc theo của dòng nước tức là vận tốc vòng của bánh
công tác.
§ 4.7. DÒNG TIA
I. Định nghĩa và phân loại
1. Định nghĩa:
Dòng chất lỏng khi ra khỏi lỗ, vòi và chảy vào môi trường chất lỏng hay chất khí,
gọi là dòng tia.
2. Phân loại:
Dòng tia có thể chảy tự do hay chảy ngập.
Dòng tia chất lỏng chuyển động trong môi trường chất lỏng là dòng tia ngập, ví
dụ dòng tia nước từ những vòi đặt ngầm dưới mặt nước sông để phá đất ở lòng sông.
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 51 -
Dòng tia tự do (không ngập) là dòng tia chuyển động trong môi trường khí, ví dụ
dòng tia nước của vòi chữa cháy, của máy làm mưa nhân tạo.
Trạng thái chảy trong dòng tia có thể là chảy tầng hay chảy rối, nhưng trong
thực tế thường gặp trạng thái chảy rối.
Dưới đây ta chỉ nghiên cứu một số tính chất của dòng tia ở trạng thái chảy rối.
II. Cấu tạo dòng tia
2-1. Dòng tia ngập:
Dòng tia có thể ngập trong môi trường chất lỏng cùng loại hay khác loại. Khi
dòng tia chuyển động, do tính nhớt và sự mạch động vận tốc của dòng chảy rối mà xuất
hiện các xoáy ở chỗ giáp của dòng tia và môi trường xung quanh. Các xoáy này làm
cho một phần chất lỏng của môi trường bị lôi kéo trong dòng tia, đồng thời lại gây tác
dụng kìm hãm chuyển động của dòng tia. Vì vậy mà dòng tia ngập loe rộng dần rồi
phân tán vào môi trường chất lỏng bao quanh (Hình 4-12).
Dựa vào biểu đồ phân bố vận tốc trên các mặt cắt ngang dòng tia ta thấy trong
dòng tia có hai phần: lõi và lớp biên chảy rối.
a) Lõi là phần trong cùng, trong đó vận tốc trên các mặt cắt ngang dòng tia đều
không đổi.
Lõi bắt đầu từ miệng vòi phun đến mặt cắt quá độ trên đó chỉ có điểm trên truc
dòng tia là có vận tốc bằng vận tốc ban đầu tại miệng vòi. Đường giới hạn lõi là đường
thẳng (theo thực nghiệm).
b) Phần được giới hạn bởi lõi và môi trường bao quanh dòng tia gọi là lớp biên
chảy rối, trong đó vận tốc biến đổi liên tục cho đến khi bằng vận tốc môi trường bên
ngoài. Đường giới hạn lớp biên chảy rối với môi trường bao quanh cũng là đường
thẳng (theo thực nghiệm).
Theo chiều dài dòng tia có thể chia làm hai đoạn:
- Đoạn đầu, từ miệng vòi phun cho đến mặt cắt quá độ tức là mặt cắt kết thúc lõi
dòng tia. Trong đoạn đầu có lõi và một phần của lớp biên chảy rối quanh lõi.
Hình 4-12
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 52 -
- Đoạn cơ bản, từ mặt cắt quá độ trở đi. Đoạn cơ bản chỉ gồm lớp biên chảy rối,
trong đó vận tốc giảm dần dọc theo trục dòng tia.
2-2. Dòng tia tự do (tia không ngập)
Quan sát một dòng tia tự do, ví dụ một tia nước từ một vòi hình trụ tròn phun vào
không khí ta thấy có ba phần rõ rệt (Hình 4-13).
Hình 4-13
- Phần tập trung: Trong phần này dòng tia vẫn giữ nguyên hình trụ tròn, chất
lỏng vẫn liên tục.
- Phần rời rạc: Trong phần này dòng tia mở rộng hơn, sự liên tục của chất lỏng bị
phá hoại.
- Phần tan rã: Trong phần này dòng tia tan thành những hạt rất nhỏ, như bụi.
Dòng tia tự do được sử dụng nhiều trong kỹ thuật, như sủng thủy lực dùng để phá
đất, khai thác than, dòng tia chữa cháy. Những loại này cần dùng phần tập trung của
dòng tia. Nhưng khi cần làm mưa nhân tạo để tưới thì lại phải lợi dụng phần tan rã.
2-3. Dòng tia thẳng đứng:
Xét một dòng tia phun thẳng đứng (H.4-14).
Hình 4-14
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 53 -
Một phần tử chất lỏng tại miệng vòi có vận tốc v sẽ có động năng là . Khi vận
tốc của phần tử chất lỏng giảm đến bằng không, động năng biến hoàn toàn thành thế
năng, thì độ cao nó đạt được tính từ miệng vòi là:
(4-26)
Đó chính là độ cao lý thuyết của dòng tia thẳng đứng.
Nhưng do ảnh hưởng của sức cản không khí, của sức cản trong nội bộ dòng tia và
cửa trọng lực nên độ cao toàn bộ của dòng tia phun thẳng đứng Hdt luôn luôn nhỏ hơn
H, và được xác định theo công thức:
(4-27)
Trong đó ψ là một hệ số, chủ yếu phụ thuộc đường kính d của miệng vòi phun, ψ
thường được xác định theo công thức:
ψ =
3d001,0d
25,0
+ (4-28)
d = tính bằng mm.
Bảng (4-2) sau đây cho một số giá trị hệ số ψ tính theo công thức (4-28)
Bảng 4-2 Giá trị hệ số ψ của vòi phun[7]
d(mm) 10 13 16 19 22 25
ψ 0,0228 0,0165 0,0124 0,0097 0,0077 O,0061
Độ cao phần tập trung Httr tính theo công thức sau:
Httr = βHdt (4-29)
Trong đó β là một hệ số phụ thuộc độ phun cao của dòng tia. Bảng (4-3) sau đây
cho một số giá trị β rút từ thực nghiệm và thường được dùng trong thực tế:
Bảng 4-3 Giá trị hệ số β dùng tính độ cao phần tập trung Httr của dòng tia
Hdt(m) 7 9,5 12 14,5 17,2 20 22,9 24,5 30,5
β 0,840 0,840 0,835 0,825 0,815 0,805 0,790 0,785 0,725
2-4. Dòng tia nghiêng:
Các tia phun nghiêng, về mặt lý thuyết cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu
một cách đầy đủ. Thí nghiệm chứng tỏ rằng nếu nghiêng từ tia phóng ở vòi ra
(Hình 4-15).
Cơ học thủy khí ứng dụng
- 54 -
Hình 4-15
Bán kính Rdt với( khoảng cách từ miệng vòi đến tâm vùng khuyêch tán) được xác
định gần đúng theo công thức:
Rdt = k. Hdt (4-30)
k: Hệ số phụ thuộc góc nghiêng θ của dòng tia khi ra khỏi miệng vòi giá trị của
nó cho trong Bảng 4-4.
Bảng 4-4: Giá trị hệ số k dùng tính giới hạn của tia phung nghiêng
θ0 900 750 600 450 300 150 00
k 1,00 1,03 1,07 1,12 1,20 1,30 1,40
Đối với các tia phun nước đào đất ở các súng phun thủy lực (để khai thác than đá,
nạo vét lòng sông…...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links