tailieunhanh - Bài giảng Cơ học chất lưu: Chương 5 - Dòng chảy đều trong ống

Các khái niệm dòng chảy đều trong ống, phương trình cơ bản của dòng chảy đều, tổn thất cột áp dọc đường, tổn thất cột áp cục bộ,. là những nội dung chính của chương 5 "Dòng chảy đều trong ống" thuộc bài giảng Cơ học chất lưu. . | CHƯƠNG V: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG ỐNG Các khái niệm Phương trình cơ bản của dòng chảy đều Tổn thất cột áp dọc đường Tổn thất cột áp cục bộ Tính toán thủy lực đường ống I. Hai trạng thái chảy 1. Hai trạng thái chảy. Chảy tầng: ReD 2300 Chảy rối: ReD > 2300 2. Mô hình Boussinesq Phân tích Reynolds: ( - vận tốc trung bình thời gian; u’ – vận tốc mạch động) Mô hình Boussinesq: Vận tốc tính toán là vận tốc trung bình thời gian. Lưu chất trong chuyển động rối có độ nhớt là độ nhớt hiệu dụng: Mô hình Prandtl (1925) t u (Chảy rối) u t u (Chảy tầng) u ( t – độ nhớt rối) I. Hai trạng thái chảy 3. Lớp mỏng chảy tầng. > -> chế độ chảy thành trơn thủy lực -> chế độ chảy thành nhám thủy lực (Lõi rối) (Lớp mỏng chảy tầng) II. Phương trình cơ bản của dòng chảy đều: 1. Phương trình cơ bản. Ngoại lực tác dụng trên phương chuyển động: Gs = lAsin - trọng lực P1 - P2 = (p1- p2)A – áp lực Fms = 0lP – lực msát trên vỏ ống Ptrình bthiên đlượng trên phương s: Ptrình Bernoulli cho đoạn dòng chảy từ m/c 1-1 -> m/c 2-2: Từ (1) và (2) => P1 P2 G Gs s 1 1 2 2 l V1 V2 0 lsin z1 z2 0 0 II. Phương trình cơ bản của dòng chảy đều: 2. Lời giải. Xét mặt trụ bán kính r, ptrình cơ bản của dòng đều: a) Chảy tầng. b) Chảy rối. Xét mặt trụ bán kính r sát thành ống, r R0: Tích phân cho kết quả: r R0 y Lớp mỏûng chảy tầng Đường cong Parabol Đường cong Logarit y III. Tổn thất cột áp dọc đường: 1. Công thức Darcy. Từ phương trình cơ bản của dòng đều rút ra: Ứng suất ma sát được xác định bằng thức nghiệm: Thay 0 từ (2) vào (1), rút ra: - hệ số tổn thất cột áp dọc đường hoặc hệ số ma sát đường ống được xác định bằng thực nghiệm với: hoặc cho ống tròn (1) (2) III. Tổn thất cột áp dọc đường Thí nghiệm Nikurade (1933): Các công thức thực nghiệm - Chảy tầng (ReD 4000): (Colebrook-1939) (Altsun-?) III. Tổn thất cột áp dọc đường (tt) - Đồ thị Moody (1944): III. Tổn thất cột áp dọc đường 2. Công thức Chezy. Công thức Chezy: So sánh với công thức Darcy: Số Chezy thường được tính theo công thức Manning: Các công thức suy diễn từ Chezy: (C - Số Chezy) (n - hệ số nhám Manning) (K – module lưu lượng) IV. Tổn thất cột áp cục bộ: 1. Khái niệm. Trong đoạn lm: 2. Công thức Darcy - Weisbach ( - hệ số tổn thất cột áp cục bộ) lm (20 50)D P P hcb E E V. Tính toán thuỷ lực đường ống: 1. Giới thiệu. Các phương trình, công thức cơ bản: Ptrình Bernoulli cho dòng chảy Ptrình liên tục Các công thức tính tổn thất cột áp (tổn thất cột áp dọc đườøng và cục bộ) Các giả thiết: lm V. Tính toán thuỷ lực đường ống 2. Các bài toán. a. Đường ống ngắn về mặt thủy lực. Chỉ xét đường ống đơn giản Xem bài toán tổng quát. Ptrình Bernoulli từ mcắt 1-1 tới mcắt 2-2: đưa tới: với Từ ptrình trên nếu cho Q sẽ tính được H, hoặc ngược lại nếu cho H sẽ tính được Q d1, l1, 1 d2, l2, 2 H 1 2 (Vd2) 1 1 2 2 0 0 V2 Q V. Tính toán thuỷ lực đường ống b. Đường ống dài về mặt thủy lực. b1. Đường ống đơn giản Xem bài toán tổng quát. Ptrình Bernoulli từ mcắt 1-1 tới mcắt 2-2: đưa tới: Từ ptrình trên nếu cho trước 2 trong số 3 thông số Q, H và HB, sẽ tính được thông số còn lại. d1, l1, n1 d2, l2, n2 1 1 V2 Q H B 2 2 V. Tính toán thuỷ lực đường ống b2. Đường ống gắn nối tiếp Trong tính toán được thay thế bằng 1 ống tương đương với: b3. Đường ống gắn song song Trong tính toán được thay thế bằng 1 ống tương đương với: A B A B 1 2 3 TĐ Q Q A B 1 2 3 Q A B TĐ Q