ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG AT6001 PHẦN I LÝ THUYẾT Câu 1 Trình bày các tính chất cơ bản của chất lỏng Sự giống và khác nhau giữa chất lỏng và chất khí Cho ví dụ minh họa Trình bày các tính chất cơ bản của chất lỏng Tính không định hình Tính liên tục Có tồn tại sức căng bề mặt Tính dãn nở vì nhiệt Tính dễ di động Tính nhớt So sánh chất lỏng và chất khí Giống + Có tính chảy do mối liên kết cơ học giữa các phần tử trong chất lỏng và chất khí rất yếu + Các phần tử có chuyển động tươ.
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG AT6001 PHẦN I: LÝ THUYẾT Câu 1: Trình bày tính chất chất lỏng Sự giống khác chất lỏng chất khí Cho ví dụ minh họa Trình bày tính chất chất lỏng: - Tính khơng định hình - Tính liên tục - Có tồn sức căng bề mặt -Tính dãn nở nhiệt - Tính dễ di động - Tính nhớt So sánh chất lỏng chất khí: Giống: + Có tính chảy mối liên kết học phần tử chất lỏng chất khí yếu + Các phần tử có chuyển động tương chất lỏng chất khí chuyển động + Khơng có hình dạng riêng mà phụ thuộc vào hình dạng bình chứa Khác: + Chất lỏng giữ thể tích khơng thay đổi có thay đổi áp lực nhiệt độ chất lỏng giữ sức nén, khơng bị co lại, khác với chất khí dễ dàng bị co lại bị nén + Tương tự, chất lỏng không bị dãn bị kéo, khác với chất khí dãn chiếm hết thể tích bình chứa + Trong thủy lực, chất lỏng xem môi trường liên tục tức phần tử chất lỏng chiếm đầy khơng gian mà khơng có chỗ trống rỗng Câu 2: Trình bày lực tác động lên chất lỏng Khái niệm tính chất áp suất thủy tĩnh Các lực tác dụng lên chất lỏng: - Lực khối: lực tác dụng lên chất lỏng tỷ lệ với khối lượng trọng lực, lực quán tính, lực ly tâm - Lực mặt: lực tác dụng lên chất lỏng tỷ lệ với diện tích mặt tiếp xúc như: áp lực nội lực ma sát - Khái niệm áp suất thủy tĩnh: Là ứng suất nội chất lỏng gây chịu tác dụng lực khối lực mặt - Tính chất: + Tính chất 1: Áp suất ln tác dụng thẳng góc vào mặt tiếp xúc + Tính chất 2: Áp suất thủy tĩnh khơng phụ thuộc vào hướng đặt diện tích chịu lực Câu 3: Trình bày thí nghiệm Newton với chất lỏng thực, viết cơng thức tính ứng suất tiếp, lực ma sát lớp chất lỏng chuyển động TN Newton: Newton thực thí nghiệm với chất lỏng thực cho chuyển động tương đưa giả thiết: Lực ma sát chất lỏng thực chuyển động tương đối tỉ lệ với diện tích tiếp xúc lớp chất lỏng ấy, không phụ thuộc vào áp lực mà phụ thuộc vào Gradient vận tốc có chiều thẳng góc với phương di chuyển phụ thuộc vào loại chất lỏng Công thức: + Fms = S + Ứng suất tiếp: = Trong đó: +Fms : lực ma sát + ứng suất tiếp + hệ số nhớt động lực chất lỏng +U: vận tốc trượt +S: diện tích ván +n: chiều dày lớp chất lỏng +gradient vận tốc theo phương y vng góc với dịng chảy Câu 4: Thiết lập phương trình thủy tĩnh, ý nghĩa phương trình a) Thiết lập + p= const + PT mặt đẳng áp: Xdx + Ydy + Zdz = + Xét trường hợp lực khối có trọng lực trục z hướng lên: X=0, Y=0, Z=-g + Xuất phát từ PT: dp = (Xdx + Ydy + Zdz) -gdz = dp Lấy tích phân vế ta được: Z + p/Y = C b) Ý nghĩa - Ý nghĩa hình học: Trong mơi trường chất lỏng cân bằng, cột áp thủy tĩnh điểm số - Ý nghĩa lượng: Trong môi trường chất lỏng cân bằng, đơn vị cột áp thủy tĩnh H Câu 5: Nêu định nghĩa viết phương trình mặt phẳng đẳng áp Trình bày tính chất mặt phẳng đẳng áp Mặt đẳng áp mặt phẳng có áp suất điểm PT Xdx + Ydy + Zdz = Tính chất: T/c1: Hai mặt đẳng áp khơng thể cắt (trái t/c áp suất: áp điểm theo phương nhau) T/c2: Áp lực tác dụng thẳng góc vào mặt đẳng áp Câu 6: Trình bày loại áp suất Biểu đồ phân bố dụng cụ đo áp suất Các loại áp suất: - Áp suất tuyệt đối: pt = po + pd - Áp suất dư:pd = pt - po = - Áp suất chân không: pck = po - pt Biều đồ áp suất đồ thị hàm số p t = po + pd biểu diễn hệ tọa độ pt, h Phương trình hàm số pt = po + pd có đồ thị dạng đường thẳng Với h độ sâu chất lỏng Các dụng cụ đo áp: gọi áp kế: + Ống đo áp + Áp kế thủy ngân + Chân không kế thủy ngân + Áp suất kế đo chênh Câu 7: Trình bày định luật Acsimet, điều kiện cân vật ngập hay chìm phần chất lỏng Định luật Ác si mét: Một vật rắn ngập chất lỏng chịu lực đẩy thẳng đứng hướng lên bề mặt chất lỏng, lực có trị số trọng lượng khối chất lỏng bị vật rắn chiếm chỗ Phương trình cân bằng: + = ( P: trọng lượng vật Fa : lực ác si mét) Câu 8: Trình bày nội dung hai phương pháp nghiên cứu chuyển động chất lỏng Ưu nhược điểm phương pháp Hai phương pháp nghiên cứu chuyển động chất lỏng: - Phương pháp Lagrange: phương pháp nghiên cứu chuyển động phần tử chất lỏng nhiều thời điểm khác nhau, thu thập thông tin số liệu vận tốc, lưu tốc, gia tốc sau sử dụng phương trình Lagrange để xác định tọa độ không gian, viết phương trình từ xác định quỹ đọa chuyển động phần tử chất lỏng Tuy nhiên phương pháp gây khó khăn tính tốn nên sử dụng - Phương pháp Ealer: Là phương pháp nghiên cứu yếu tố thủy lực như: bán kính thủy lực, mặt cắt ướt, lưu lượng, phần tử chất lỏng thời điểm cố định dịng chảy từ xác định quỹ đọa chuyển động Phương pháp có lợi cho tính tốn nên sử dụng nhiều Câu 9: Trình bày yếu tố thủy lực chất lỏng, cho ví dụ minh họa Các yếu tố thủy lực chất lỏng: - Mặt cắt ướt: phần diện tích vng góc với tất đường dịng (m2) vd: Cho ống nước AB, dùng mặt cắt vng góc ống AB điểm thuộc ống AB ta thu mặt cắt ướt có tiết diện tiết diện ống - Chu vi ướt: chiều dài tiếp xúc chất lỏng thành ống vd: đoạn ống AB trên, chu vi ướt phần diện tich chất lỏng tiếp xúc với thành cong ống - Bán kính thủy lực: tỉ lệ mặt cắt ướt chia chu vi ướt (m) vd: ống AB trên, bán kính thủy lực 1/2 bán kính đường ống - Lưu lượng: thể tích chất lỏng chảy qua mặt cắt đơn vị thời gian (l/s, m3/s) vd: đoạn ống trên: lưu lượng số lít nước chảy qua mặt cắt 1s - Vận tốc trung bình: tỉ lệ lưu lượng chia mặt cắt ướt vd: đoạn ống trên: lấy lưu lượng chia mặt cắt ướt vận tốc trung bình Câu 10: Thế đường dịng, dịng ngun tố chất lỏng Viết phương trình liên tục dạng tổng quát - Quỹ đạo: đặc trưng cho biến thiên vị trí phần tử chất lỏng theo thời gian - Đường dòng: đường cong (tưởng tượng) thời điểm cho trước, qua phần tử chất lỏng có vecto vận tốc tiếp tuyến với đường cong điểm - Dịng ngun tố: lấy vi phân diện tích dS, tất đường dòng qua dS tạo thành mặt có dạng ống gọi dịng ngun tố PT liên tục dạng tổng quát: Tổng lưu lượng chất lỏng vào = Tổng lưu lượng chất lỏng = Câu 11: Phát biểu định luật Pascal ứng dụng định luật Định luật Pascal - Độ biến thiên áp suất thủy tĩnh mặt giới hạn thể tích chất lỏng cho trước truyền nguyên vẹn đến tất điểm thể tích chất lỏng - PT áp suất điểm A có độ sâu h so với mặt thoáng chất lỏng p t = po + h Trong pt áp suất tuyệt đối, p o áp suât mặt thoáng, trọng lượng riêng chất lỏng - Ứng dụng: ứng dụng rộng rãi đời sống: + Chế tạo đội oto + Máy nén thủy lực + Bơm thủy lực + Pit tong Câu 12: Thế tổn thất đường dài, tổn thất cục bộ, cho ví dụ minh họa Nêu phương pháp xác định tổn thất Trong chuyển động phần tử chất lỏng va chạm nhau, va chạm với thành ống có ma sát phần tử chất lỏng, xảy tượng tổn thất lượng trình chuyển động - Tổn thất đường dài: tổn thất lượng đoạn dòng chảy không thay đổi dần - Tổn thất cục bộ: tổn thất lượng vị trí đặc biệt thay đổi đường kính ống, thay đổi hướng chảy đột ngột VD: Cho đoạn ống ABC, đoạn AB vng góc BC: tổn thất đường dài tổn thất toàn đoạn ABC, tổn thấy cục tổn thất xảy B nơi đổi hướng chảy đột ngột Cách xác định tổn thất hw = + Trong - Tổn thất cục là: dhc = ξ (mH2O) - Tổn thất đường dài: + Theo Mainming: dhd = λ (mH2O) + Theo Hazen William: dhd = (mH2O) Trong đó: ξ là hệ số tổn thất cục λ= 64/Re hệ số sức cản dọc đường Re = Ud/v (U vận tốc, d đường kính ống, v vận tốc nhớt) Chw = 90 140 hệ phụ thuộc tình trạng ống Câu 13: Trình bày thí nghiệm Reynolds rút kết luận Thí nghiệm Reynolds: Cách tiến hành: điều chỉnh khóa để nước màu đỏ chảy thành sợi đỏ căng xuyên suốt ống thủy tinh, nghĩa lớp chất lỏng khơng trộn lẫn vào sau tan, chảy thành dịng chảy tầng Đó trạng thái chảy tầng Tăng vận tốc dòng chảy, dịng đỏ đứt đoạn (chảy q độ) sau chảy hỗn loạn chảy vào nước gọi chảy rối Như trạng thái chảy phụ thuộc vào vận tốc U, độ nhớt v đường kính ống D Số Reynolds: Re = Ud/v Trị số trung bình Re giới hạn tương ứng với trạng thái chảy + Re < 2320: chảy tầng + Re = 2320: chảy độ + Re > 2320: chảy rối Câu 14: Trình bày ứng dụng phương trình Becnuli Ứng dụng phương trình Becnuli: - Ứng dụng + Ống pito: dùng để đo lưu tốc điểm, gồm ống nhỏ có đường kính vài mm, ống thẳng, ống bị bẻ cong 90 Muốn đo lưu tốc điểm ta đặt miệng ống nhỏ gần vào điểm đọc độ chênh mực chất lỏng H ống từ tính lưu tốc theo công thức sau: U= + Ống Venturi: dùng để đo lưu lượng, gồm ống nhỏ có đường kính khác Muốn đo lưu lượng đâu đặt ống vào chỗ đó, tính tốn ta lưu lượng Q= với = Câu 15: Trình bày điều kiện để sử dụng phương trình Becnuli, viết phương trình becnuli cho tồn dịng chảy chất lỏng thực Trình bày tượng xâm thực: Ở nhiệt độ đấy, áp suất chất lỏng áp suất hơi, khiến chất lỏng bay tạo thành bọt khí Những bọt khí bị dịng chảy vào nơi có áp suất cao hơn, bị tích tụ thành giọt chất lỏng tích nhỏ bọt khí làm cho dịng chảy tồn vùng không gian trống hút phần tử chất lỏng vào, làm áp suất tăng đột ngột, gây phá hủy thành ống, làm trầy xước bề mặt kim loại Từ làm hỏng chi tiết máy, gây cản trở cho trình truyền dẫn chất lỏng Câu 16: Dựa vào thí nghiệm Reynolds trình bày tiêu chí để phân loại trạng thái dịng chảy Từ kết thí nghiệm Reynold đưa đại lượng không thứ đặc trưng cho chế độ chảy gọi số Reynold - Re: Re = = = Ứng với Vkd có Rekd với Vktr có Rektr Re ⁓ Gọi l chiều dài đặc trưng (là đường kính ống đối dịng chảy ống, bán kính thủy lực dịng chảy hở), t thời gian, chiều dài diện tích, tốc độ gia tốc biểu diễn qua l t: - Thể tích: k1l3 Lực quán tính/khối lượng - Khối lượng: k1l3 - Tốc độ phần tử: k2 - Gia tốc phần tử: k3 Câu 17: Nêu khái niệm tổn thất cục bộ, cách xác định số công thức phổ biến để xác định tổn thất cục Tổn thất cột nước đặc biệt lớn nơi dòng chảy thay đổi đột ngột phương hướng, hình dạng mặt cắt ướt, nơi có vật chướng ngại gọi tổn thất cục bộ, sức cản loại gọi sức cản hình dạng Ở nơi xảy tổn thất cục thường xuất tăng cường mạch động lưu tốc áp lực, phân bố lại lưu tốc áp lực mặt cắt, hình thành khu nước xốy, tách dịng khỏi thành rắn , phải nói dịng chảy nơi dịng chảy khơng đều, có tăng tốc hay giảm tốc dịng chảy thay đổi không gian véc tơ lưu tốc tác động thay đổi áp lực Mặt phân chia dịng khu nước xốy nơi tập trung xảy tổn thất lượng Dịng phải cung cấp nawgn lượng để trì dịng xốy tiêu tán lượng thành nhiệt trao đổi động lượng mặt phân chia dòng chảy nen tọa ứng suất tiếp rối lớn Nếu gọi: = hệ số tổn thất lượng = f (khích thước dịng chảy Re), song phần lớn nơi hình thành dịng khu nước xốy, phụ thuộc kích thước hình học, trừ trường hợp dịng chảy gần chảy tầng Cơng thức tính: = Trong đó: = với: Cc = 0,62 + 0,38 hay = 0,5 = 0,5 d < 0,5D hay theo Altshul d>0,5D PHẦN II: BÀI TẬP Bài Một thùng đựng nước tích nước 2000 (m 3) điều kiện nhiệt độ 0C Phần thể tích nước tăng lên sau tăng nhiệt độ lên 15 0C? Biết hệ số giãn nở nước βt = 0,000015 (1/0C) Bài giải: Nhiệt độ thay đổi là: Ta có: Bài Đường ống thép có đường kính d= 0.4 m chiều dài λ = km lắp đặt áp suất P=2.106 Pa nhiệt độ �1=100� Xác định áp suất nước ống tăng nhiệt độ lên �2=150� nung nóng bên ngồi Cho biết �� =5∗10−10 ��−1; ��=155∗10−6 oC-1 Tóm tắt: d=0,4m L=1000m P=2.106 Pa t1=10C t2=15C w=5.10-10(Pa-1) t=155.10-6(C-1) P2=? Bài giải: V0===40(m3) Có t = c =? �t =t.(t2- t1) =155.10-6.40(15-10) =0,097(m3) Lại có: w = �===-1550000(Pa) = P2- P1 � P2=+ P1=450000(Pa) Bài Xác định thay đổi mật độ nước đun sôi từ t =7 oC đến t2 =97oC, biêt βp = 400*10-6 oC-1 Tóm tắt: t1=7 t2=97 =400.(C-1) Sự thay đổi mật độ =? Bài giải: = -6 = =0,036 Số lượng phân tử khơng thay đổi có V thay đổi Mật độ sau< mật độ trước Bài Xác định thể tích nước cần đổ thêm vào đường ống có đường kính d =500mm dài 1000m để tăng áp suất lên lượng Δp=5*106 Pa ( bỏ qua biến dạng đường ống) Biết hệ số nén nước βp=12∗10-9 ��−1 Tóm tắt: d=0,5m L=1000m =5.106(Pa) -1 p=(Pa ) Cần đổ thêm nước? Bài giải: Ta có: p= với =.L = �= p =-0,49(m3) Vậy cần đổ thêm 0,49 m3 nước Bài Đường ống dẫn nước có đường kính d =500mm, dài =1000m chứa đầy nước trạng thái tĩnh áp suất p= 4at nhiệt độ t o =5 oC Biết hệ số giãn nở nhiệt độ nước βt =0,000014 oC-1 hệ số nén βp = 1/2100 cm2/kG Bỏ qua biến dạng nén giãn nở thành ống Xác định áp suất ống nhiệt độ đường ống tăng lên t1=15 oC a, Áp suất thủy tĩnh Tóm tắt d=0,5m l=1000m P1=4at t1=5 t2=15 t=0,000014 -9 p==4,85.10 ( P2=? Bài giải Ta có: V0=.l=(m3) t = �=t =0,000014 10 =0,027m3 Lại có:p= �= =28352,55(Pa) �=ps-pđ �ps=3891647,499(Pa) Bài Một bình kín chứa dầu (có tỉ trọng δ=0.8) nước hình vẽ Biết áp suất dư khí bình đo P =1 kPa, chiều cao đoạn H = 1,5m, H2 = H3 =0,5m Xác định chiều cao cột nước h1 h2 Hình Tóm tắt: δ=0.8 P =1 kPa H1 = 1,5m H2 = H3 =0,5m h1=?,h2=? Bài giải Ta có: P2=Pk+Pd =1000 + 0,8 H3 δ = 1000 + 0,8.10000.0,5=5000(Pa) P1=P2+Pnước=5000+.δ.H1 =5000+ 10000.1,5 =20000 Lại có h1===2(m) h2=H1 = 1,5+0,685=2,215(m) Bài Một thùng có ngăn chứa nước thủy ngân (tỉ trọng δ = 13,6) hình vẽ Ngăn thư kín ngăn thứ thơng với khí trời Biết H =3 m, H2 = 2,9 m H3 = 0,8 m a, Xác định áp suất khí Po ngăn thứ b, Muốn cho mực nước thủy ngân ngang áp suất P o phải 10 Bài giải Ta có : • =.+.+ = 0,5.9810 + 0,4.7800 + = 8025 + •= = = 13,6.9810.0,1 = 13341,6 (N/) Mặt khác có: = = 13341,6 – 8025 = 5316.6 (N/) Bài 12 Xác định độ chênh áp suất hai tâm ống A B cho biết độ chênh theo phương thẳng đứng hai tâm h=20cm, mực nước ngăn cách nước dầu ống đo chữ U biểu diễn hình vẽ, tỷ trọng dầu 0,9 δ = = 0,9 h=20cm Bài giải Ta có = 0,35 + 0,1 + = 0,65 + ∆P = - = 0,3 + 0,1 Mà δ = = 0,9 => = 0,9 = 0,9 ∆P = 0,3 + 0,9 = 12000 (N/) 15 Vậy độ chênh áp suất hai tâm ống A B 12000 (N/) Bài 13 Một van hình chữ nhật giữ nước ABEF có đáy BE nằm ngang vng góc với trang giấy quay quanh trục nằm ngang AF hình vẽ Chiều cao cột nước h =4m Cho AB =2m; BE =3m Góc α = 300; van có trọng lượng G =20 kgf đặt trọng tâm C Tìm áp suất (dư) A, B Tìm áp lực nước Fn tác dụng lên van vị trí điểm đặt lực D Để mở van, cần tác dụng lực F (vng góc với AB) bao nhiêu? Tóm tắt h =4m AB =2m BE =3m α = 300 G =20 kgf Tính Bài giải 1, Áp suất (dư) A, B là: = ρ.g = ρ.g.( ) = () = 3.(N/) = ρ.g = ρ.g = = (N/) 2, •Áp lực nước Fn tác dụng lên van là: = = = ρ.g = ρ.g.( ) = = 42 (N) • Vị trí điểm đặt lực (vị trí điểm đặt lực D) Cách A khoảng = h = = (m) 4, Để mở van < ( quay quanh AF) = + G F.AB < 42 + 20.9,81 F.2 < 16 F > 280085 (N) Vậy tác dụng lực F lớn 280085 (N) van mở Bài 14 Van chữ nhật đặt bên hông bình chứa hai chất lỏng có tỷ trọng δ1 =0,8 δ2 = hình vẽ Áp suất mặt thống áp suất khí trời h o = h1 = 1m Gọi F1 F2 áp lực chất lỏng chất lỏng tác dụng lên van Để F1 = F2 h2 phải bẳng bao nhiêu? Tóm tắt Hình vẽ B F δ1 =0,8 δ2 = ho = h1 = 1m F1 = F2 C E A δ1 =0,8 Giả sử phẳng ABC hình vẽ Gọi E,F trọng tâm AC,BC Ta có áp lực chất lỏng lên AB Lực tác dụng lên BC Ta có Bài 15 Một cửa van hình chữ nhật có bề rộng (thẳng góc với trang giấy ) b = m, dài L =4 m nghiêng góc α = 30o hình vẽ, lấy g = 10 m/s ρnước = 1000 kg/m3 Vẽ biều đồ phân bố áp suất nước tác dụng lên mặt van Xác định áp lực nước tác động lên van Xác định vị trí điểm đặt áp lực nước lên van Nếu van quay quanh O trọng lượng van đặt trọng tâm van (L/2) để cân van cần có trọng lượng ? 17 Giải: PAB = PI SAB = ρ.g L.b = 104 120000 (N) Vị trí điểm đặt lực cách mặt thoáng khoảng là: a=h= = Để tâm van quay = = G - = G = 184752 (N) Bài 16 Xác định tổng áp lực chất lỏng tác dụng lên thành chắn OA có chiều cao 12m, rộng 6m, chiều cao chất lỏng bên thượng lưu h = 10m, hạ lưu h/2 Môi trường bên bên thành chắn (hình 16) Biết khối lượng riêng chất lỏng 1000 (kg/m3), g = 9,81 (m/s2) Giải Áp lực tác dụng từ phía thượng lưu lên chân OA là: Áp lực tác dụng từ phía hạ lưu lên chắn OA là: Tổng áp lực là: 18 Bài 17 Cánh cửa OA quay quanh lề O có kích thước h = 3m; b = 80cm ngăn nước Xác định lực P cho cánh cửa thẳng đứng hình 2.10 Biết trọng lượng riêng nước 9810 (N/m3) Giải Áp lực nước tác dụng lên cánh cửa OA là: Điểm đặt áp lực cách A khoảng là: AD= Có Bài 18 Trên đoạn ống đẩy quạt gió có đường kính d = 200 mm; d2 = 300 mm, khơng khí chuyển qua với lưu lượng Q = 0,833 m3/s Áp suất dư mặt cắt – 981 N/m2; γkk = 11,77 N/m3 Bỏ qua thay đổi trọng lượng riêng khơng khí sức cản đoạn ống 1– Xác định áp suất khơng khí mặt cắt 2-2 Giải: Phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 2-2 ta có: Z1 + + = Z2 + + Z1 = Z = 19 Lấy: = = Ta + - = (1) = = = V1 = = = 26,5 (m/s) = = = V2 = = = 11,8 (m/s) Thay vào (1) ta + - = P2 = 1312,3 (N) Bài 19 Nước chảy ống rẽ hình vẽ Đoạn AB có đường kính d1=50mm, đoạn BC có d2=75mm; vận tốc trung bình V2=2m/s Đoạn ống CD có V3=1,5m/s Đoạn ống CE có d4=30mm Biết lưu lượng chảy đoạn CD lần lưu lượng chảy đoạn CE Bỏ qua tổn thất cột nước, xác định lưu lượng vận tốc trung bình đoạn ống đường kính d3 đoạn ống CD Giải: SAB = = = 1,96.10-3 (m2) SBC = = = 4,41.10-3 (m2) QAB = V1 SAB = V2 SBC V1 = = = 4,5 (m/s) QAB = 4,5.1,96.10-3 = 8,82.10-3 (m3/s) QAB = QCD + QCE = 3QCE QCE = = 2,94.10-3 (m3/s) V4 = = = 4,15 (m/s) QCD = 2.QCE = 2.2,94.10-3 = 5,88.10-3 (m3/s) QCD = V3 SCD 5,88.10-3 = 1,5 d3 = = 0,07 (m) = 70 (mm) 20 Bài 20 Cho đường ống tròn rẽ nhánh với thơng số hình vẽ phía dưới, xác định vận tốc nước V3 Cho biết ρnước =1000 kg/m3 Hình 20 Giải: Ta có Q1 = V1.S1 = = (m3/s) Q2 = V2.S2 = = (m3/s) Q3 = V3.S3 = V3 (m3/s) Mà Q1 = Q2 + Q3 + V3 V3 = 28 (m/s) Bài 21 Cho sơ đồ dịng chảy hình vẽ, cho biết Q=12 l/s Tính V 1, V2 Bỏ qua năng, tính P1 giá trị lực Fx dòng chảy tác động lên thành ống Hình 21 Bài 22 Xác định lực F dòng chảy tác dụng lên vòi uốn cong 90 0, với thông số cho hình vẽ, cho biết ρnước = 1000 kg/m3 21 Hình 22 Giải: Trên phương x: S.Q (.) = Chọn = =S.Q () > Trên phương y: S.Q (.) = Ry + F1 Ry = S.Q () - F1 < Từ ta suy ra: hướng tới trước Ry hướng xuống Như lực dòng chảy tác dụng lên với hướng sau Ry hướng lên Thế số vào ta được: Fx = 4709 (N) Fy = 11109 (N) F= Thay số vào ta được: F = 12065 (N) Bài 23 Một đoạn cong vuốt nhỏ dần từ đường kính d =500 mm đến d2=250 mm cong mặt phẳng ngang góc α=450 Nếu ống dầu ρ = 850 kg/m3, áp suất mặt cắt nhỏ 23KN/m2, áp suất mặt cắt lớn 40 KN/m 2, lưu lượng dầu 0,45m3/s Tính áp lực dầu lên đoạn ống 22 Hình 23 Giải: V1 = = 2,3 (m/s) V2 = 9,17 (m/s) Ta có: phương trình động lượng phương Ox Rx + F1 - F2.cos45 = - S.Q.V1 + S.Q.V2.cos45 Rx = F2.cos45 - F1 - S.Q.V1 + S.Q.V2.cos45 Trên Oy: Ry + F2.cos45 = S.Q.V2.cos45 Ry = S.Q.V2.cos45 - F2.cos45 F= Bài 24 Cho sơ đồ dịng chảy hình vẽ có D =1,2m, d =0,85m, Q =Q3 =Q1/2; Q1 =6 m3/s; P1 =5MPa Bỏ qua Xác định lực nằm ngang tác dụng lên chạc ba Hình 24 V1 = = 5,305 (m/s) ; V2 = V3 = 5,287 (m/s) 23 Chọn hệ trục tọa độ hình vẽ Theo Ox: (S.Q2.V2 + S.Q3.V3 cos45) - S.Q1.V1 = Rx + F1 - F2 - F3.cos45 Theo Oy: -S.Q3.V3 sin45 = Ry + F3.sin45 Phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 2-2: = + P2 = P1 + = 5000097 Pa P3 = P2 Ta có lực tác dụng: F1 = P1.A1 = 5654867 (N) F3 = F2 = P2.A2 = 2837306 (N) Rx = (S.Q2.V2 + S.Q3.V3 cos45) - S.Q1.V1 - F1 + F2 + F3.cos45 = -816,038 KN Ry = -S.Q3.V3 sin45 - F3.sin45 = -2017,493 KN Mà R = = 2176,281 KN Bài 25 Một thiết bị ngưng tụ tuapin nhà máy nhiệt điện lắp từ ống làm lạnh có đường kính d=0,025m Trong điều kiện bình thường người ta cho qua thiết bị ngưng tụ lượng nước tuần hồn nhiệt độ 12,5÷ 13600 Vậy nước ống có chuyển động trạng thái chảy rối khơng? Giải: Tóm tắt: D=0,025m Q=13600m3/s P=1000kg/m3 Ta có 24 Bài 26 Tại hai điểm mặt cắt ướt ống vận chuyển nước đo vận tốc u=2,3m/s khoảng cách thành ống y=0,11m trục ống Xác định tổn thất cột nước ma sát cho mét dài đường ống Giải: Xác định hệ số ma sát thủy lực theo công thức (4-12) Lấy logarit ta có: = 0,9 Do đó: = = = 0,0286 Vận tốc trung bình xác định biểu thức (4-15) = + 1,3 = 1+ 1,35 = 1,228 V = = 2,11 (m/s) Tổn thất cột nước ma sát: = = = 0,013 m 1m dài ống Bài 27 Một ống thép có đường kính d1=0,1m sử dụng làm thiết bị đốt nóng cho hệ thống cấp nhiệt Ống đứng dẫn nước nóng, ống nối có đường kính d2=0,025m Xác định tổn thất áp suất chỗ mở rộng đột ngột, vận tốc chuyển động nước nóng ống dẫn Cịn nhiệt độ nước (như hình bên) Giải: Độ nhớt động học mật độ nước ống dẫn V = 0,37.10-6 m2/s Số Reynolds ống dẫn Re = = = 20000 Tổn thất áp suất: = = = Bài 28 Nước, dầu khơng khí nhiệt độ t = 20 0C chuyển qua ba ống riêng biệt có đường kính d = 150mm, độ nhám =0,1mm, với lưu lượng 25 G73,75 kN/h Xác định trạng thái chuyển động nước, dầu khơng khí, dầu = 0,2cm2/s, dầu = 8440N/m3; nước = 0,0101cm2/s, dầu = 9800N/m3; kk = 0,157cm2/s, kk = 11,77N/m3 Tóm tắt: Xác định lưu lượng ống xiphong ? Giải: Chọn mặt cắt 1-1 mặt thống có độ cao 12 (m), mặt căt 2-2 vị trí có đọ cao 16 (m) Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 2-2 : Có mặt cắt chuẩn 1-1 : =0 Có mặt cắt chuẩn 2-2 : Lưu lượng Q = w Q = 44,5 (lit/s) Bài 29 Nước nhiệt độ t = 200C chảy ống tròn d = 50mm với lưu lượng Q = 2,22 l/s Nếu ống đó, ta chuyển dầu dầu = 0,6cm2/s với lưu lượng trạng thái chảy lúc ống thay đổi nào? Tóm tắt : Giải: Chọn mặt cắt 1-1 vị trí vịi nước, mặt căt 2-2 vi trí mặt thống 26 Viết phương trình Becnuli mặt cắt 1-1 2-2 : Có mặt cắt chuẩn 1-1 : Có mặt cắt chuẩn 2-2 : => => => Lực tác dụng lên nửa van cầu C : Trong đó: Bài 30 Để làm thí nghiệm đo độ dốc thủy lực J ta cho chất lỏng có độ nhớt poiseuille có trọng lượng riêng (8338,5 N/) chuyển động ống trịn có đường kính d = 75 mm Vận tốc đo trục ống v = 1,5 m/s Xác định độ dốc thủy lực J (theo trạng thái dịng chảy) Tóm Tắt: Cột nước phun đạt độ cao ? ) Giải: Ta có cột nước đạt độ cao : h= 150 Bài 31 Theo thực nghiệm vận chuyển dầu ống dẫn ta xác định hệ số cản cho dòng chảy tầng kiểm tra kết theo công thức lý thuyết poiseuille Biết đường kính ống d = 100 mm dài l = 120 m, độ nhớt chất lỏng , trọng lượng riêng (8878 N/) Khi làm thí nghiệm cho lưu lượng dịng G = 540 kG/ph bảng số tổn thất cột áp hw = 340 cm 27 28 ... khó khăn tính tốn nên sử dụng - Phương pháp Ealer: Là phương pháp nghiên cứu yếu tố thủy lực như: bán kính thủy lực, mặt cắt ướt, lưu lượng, phần tử chất lỏng thời điểm cố định dòng chảy từ xác... Phương pháp có lợi cho tính tốn nên sử dụng nhiều Câu 9: Trình bày yếu tố thủy lực chất lỏng, cho ví dụ minh họa Các yếu tố thủy lực chất lỏng: - Mặt cắt ướt: phần diện tích vng góc với tất đường dòng... diện tich chất lỏng tiếp xúc với thành cong ống - Bán kính thủy lực: tỉ lệ mặt cắt ướt chia chu vi ướt (m) vd: ống AB trên, bán kính thủy lực 1/2 bán kính đường ống - Lưu lượng: thể tích chất lỏng