Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương pdf

Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 1 Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 2 BÀI 1 :PHƯƠNG TRÌNH BECNULI 1. Cơ sở lý thuyết: • Phương trình BECNULI là phương trình cân bằng năng lượng của dòng chảy lưu chất, có công thức : Với: ; d 9 = 0.75cm z – cột nước vị trí (tốn thất năng lượng từ mặt cắt 1 – 1 đến 2 – 2 ) • Khi dòng chuyển động của chất lỏng đi từ mặt cắt có tiết diện nhỏ sang tiết diện lớn động năng của dòng chảy giảm dần và thế năng của dòng chảy tăng dần . gọi là cột áp tĩnh , được biểu hiện sự thay đổi của đại lượng này theo phương dòng chảy gọi là đường đo áp. là năng lượng toàn phần của dòng chảy hay độ cao năng lượng , đường biểu diễn sự thay đổi của đại lượng này gọi là đường năng • Mục đích: - Quan sát thí nghiệm để xác định tổn thất của dòng chảy - Vẽ đường năng , và đường áp 2. Trình tự thí nghiệm: 7 8 9 10 11 0 0 Maët Chuaån so saùnh - Mở van VIII lần thứ nhất để nước chảy qua các đoạn ống 7,8,9,10 ,11. Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 3 - Đợi khoảng 5 phút cho nước chảy ổn định trong ống rùi đo lưu lượng nước chảy trong ống - Đo năng lượng tồn phần của dòng chảy tại các đoạn ống 7, 8,9,10,11. - Tiếp tục mở van VIII lần thứ 2 để thay đổi lưu lượng chảy qua ống , đo và tiếp tục thực hiên thí nghiệm them 2 lần nữa. - Đặt nhiệt kế vào bồn nước dự trữ để đo nhiệt độ của nước 3. Kết quả thí nghiệm:  Thể hiện trong bảng 1 (kết quả thí nghiệm 1). 4. Nhận xét và kết luận: - Đường năng ln ln giảm theo chiều dài đoạn ống năng lượng giảm trong q trình truyền tải nước do xuất hiện ma sát giữa thành ống với nước và ma sát trong q trình chuyển động. nhưng thực tế ở đoạn ống 10 giá trị của đường năng lại cao hơn ống 9.chứng tỏ có sai sót trong q trình thực hiện thí nghiệm sai số xuất hiện trong q trình lấy khối lượng nước, trong q trình đo…vì vậy để hạn chế sai số cần thực hiện nhiều lần đo, cân - Đường đo áp ln giảm, nhưng giảm mạnh ở đoạn co hẹp và tăng nhưng khơng nhiều ở đoạn mở rộng.trong thực tế khi thực hiện thí nghiệm đã đạt chính xác kết quả đo, sai số khơng qua lớn. 7 8 9 10 11 0 0 Mặt Chuẩn so sánh 31.3 30.7 23.1 27.5 27.2 35.05 34.5 29.1 31.2 30.9 Z đường năng đường đo áp Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 4 BÀI 2 : XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CHẢY (Thí Nghiệm REYNOLD) 1. cơ sở lý thuyết: • trạng thái chảy trong đó các đường dòng chuyển động song song với nhau, các phần tử chuyển động theo những tầng lớp , và không xáo trộn vào nhau gọi là trạng thái chảy tầng . • trạng thái chảy trong đó các đường dòng chuyển động không song song với nhau , các chất lỏng chuyển động hỗn loạn , vô trật tự gọi là trạng thái chảy rối. • trạng thái chảy quá độ từ tầng qua rối hoặc từ rối qua tầng gọi là trạng thái chảy phân giới. • trong thí nghiệm Reynold : khi tăng từ từ lưu lượng từ giá trị bằng không: - ở giá trị lưu lượng nhỏ tia màu giữ được thẳng và theo đường tâm ống, không dao động , các phần tử màu không hòa trộn với các phần tử nước xung quanh nó  trạng thái nước chảy là chảy tầng. - khi lưu lượng lớn đến 1 mức nào đó tia màu bắt đầu dao động và dòng chảy đã hết trạng thái chảy tầng. - nếu tiếp tục tăng lưu lượng tia màu sẽ dao động nhiều hơn, tiến tới đức đoạn và sau đó bị hòa trộn hoàn toàn với dòng chảy, trạng thái chảy rối. • khi dòng chảy đang ở trạng thái rối hoàn toàn , nếu giảm dần lưu lượng, thì đến 1 giời hạn nào đó thì trạng thái chảy tầng sẽ đươc thiết lập, và dòng nước chuyển sang chế độ chảy tầng. • lưu tốc ứng với dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy tầng sang chảy rối, gọi là lưu tốc phân giới trên, kí hiệu V ktren ; ứng với trạng thái chảy rối qua tầng gọi là lưu tốc phân giới dưới , kí hiệu V kduoi . Qua thực nghiệm ta thấy V ktren >V kduoi • như vậy sự chảy tầng hay rối của chất lỏng phụ thuộc vào tốc độ của dòng chảy và được phân biệt thành các trạng thái chảy, để đánh giá người ta dựa vào đại lượng không thứ nguyên được gọi là chế độ chuẩn số đồng dạng Reynold, kí hiệu Re. Thớ Nghim Thy Lc i Cng GVHD:Ths Trn Minh Tựng SVTH: Trng Quang Nha 061191C Lp 06XD1D - nhúm 3 5 v vn tc trung bỡnh ca dũng chy khi lng riờng ca mụi trng cht lng. nht tuyt i ca cht lng ng kớnh tng ng ca tit din chy d= 4R bỏn kớnh thy lc nht tng ng trong thc t , khi phõn tớch trng thỏi chy, m bo chc chn l dũng chy tng ngi ta dung R egh =2320 lm tiờu chun : khi dũng chy cú Re 2320 thỡ dũng chy trng thỏi chy tng khi dũng chy cú Re > 2320 thỡ dũng chy trng thỏi chy ri. mc ớch: - quan sỏt k trng thỏi chy v phõn bit chỳng - o c v tớnh cỏc i lng xỏc nh rừ ch chy. 2. trỡnh t thớ nghim: C D E V I I oỏng Reynold IX Mửùc maứu sụ ủo thớ nghieọm Reynold - m t t van VII dũng chy c thit lp ng Reynold. - M van IX v iu chnh dũng chy mu quan sỏt - Khi dũng chy ó thng dựng ca cõn ly 1 khi lng nc ng vi 1 thi gian bt k, ( xỏc nh lu lng) Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 6 - Điều chỉnh van VII và quan sát dòng mực ứng với 2 trường hợp vận tốc dòng chảy tăng dần và vận tốc của dòng chảy giảm dần 3. Kết quả thí nghiệm:  Thể hiện trong bảng 2 (kết quả thí nghiệm bài 2) 4. Nhận xét và kết luận: - Nhiệt độ của nước trong phòng thí nghiệm luôn ổn định ở 28 0 C. - Theo quan sát bằng mắt thường các trường hợp 1 và 4 là chảy tầng, còn 2 trường hợp 2,3 là chảy rối.nhưng trong quá trình thí nghiệm và tính toán ta lại thấy cả 4 trường hợp là chảy tầng Re ≤ 2320. chứng tỏ có sai sót trong quá trình thí nghiệm, xuất hiện sai số trong quá trình đo, cân và tính toán… - Để hạn chế sai sót và sai số cần thực hiện thí nghiệm nhiều lần, trong quá trình tính toán cần cẩn thận hơn nữa, thời gian thực hiện thí nghiệm cần kéo dài hơn để có độ chính xác cao hơn Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 7 BÀI 3 : TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG (Tốn Thất do ma sát) 1. Cơ sở lý thuyết: • Do có tính nhớt nên dòng chảy của chất lỏng trong ống dẫn sinh ra tổn thất năng lượng và được gọi là tổn thất ma sát.( tổn thất theo chiều dài hay tổn thất dọc đường). • Tổn thất dọc đường tính theo công thức: • Tổn thất dọc đường là 1 số hạng trong phương trình Becnulli biểu diễn trên đoạn ống giữa hai mặt cắt (1-1) và (2-2). • Hệ số phụ thuộc vào chế độ chảy của nước trong ống, trong vùng chảy rối, nó phụ thuộc vào độ nhám trong của bề mặt ống dẫn. - Trong vùng chảy tầng (Re< 2320) thì - Trong vùng chảy rối (Re = 4000 ÷ 100000) thì - Trong vùng chảy rối ( công thức Nicuratson 1933): • Mục đích: - Quan sát tổn thất dọc đường. - Tính hệ số ma sát thực tế, so sánh với ma sát lý thuyết 2. Trình tự thí nghiệm: - Mở van VIII để nước chảy vào ống. 1 1 2 2 H 2 H 1 L Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 8 - Đợi 5 phút cho nươc chảy ổn định trong ống rồi đo lưu lượng của dòng chảy trong ống bằng cách lấy thể tích chia cho thời gian - Đo thế năng của dòng chảy tại mặt cắt (1-1) và (2-2). - Mở van VIII lần thứ 2 để thay đổi lưu lượng nước chảy trong ống và tiếp tục thí nghiệm như đã làm ở lần mở van ban đầu. 3. Kết quả thí nghiệm:  Kết quả được thể hiện trong bảng 3 (kết quả thí nghiệm bài 3). 4. Nhận xét và kết luận: - Trong quá trình thí nghiệm,ta thấy trong cùng điều kiện nhiệt độ, lưu lượng, mực nước trong bồn chứa nước không đổi trong quá trình thí nghiệm.cột nước H 1 cao hơn cột nước H 2 - điều này chứng tỏ trong quá trình nước chuyển động từ H 1 sang H 2 dòng nước có sự tiêu hao năng lượng, đó là tổn thất dọc đường, do ma sát giữa các phân tử nước với nhau và giữa nước và thành ống. - Hệ số ma sát trong tính toán lớn hơn khá nhiều so với ma sát thực tế.có sai số lớn như vậy, là trong quá trình thí nghiệm cân đo khối lượng nước chưa chính xác, lưu lượng nước tính theo thời gian phụ thuộc quá nhiều vào thời gian và khối lượng. - Để tránh sai số trong quá trình thí nghiệm chúng ta cần thực hiện thí nghiệm nhiều lần Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 9 BÀI 4 : TỔN THẤT CỤC BỘ 1. Cơ sở lý thuyết: • Khi dòng chảy thay đổi về phương và trị số tốc độ thì gây ra tổn thất năng lượng người ta gọi là tổn thất cục bộ. • Tổn thất cục bộ thường được tính theo công thức Vetsbatso. V – tốc độ trung bình của dòng chảy trước và sau nơi tốn thất cục bộ, tùy theo cách lấy . • Trong phạm vi thay đổi cục bộ ( xem chiều dài vùng tổn thất cục bộ không thay đôi), nếu đặt : :tổng năng lượng ở mặt cắt trước. :tổng năng lượng ở mặt cắt sau. Do ; nên: V t : vận tốc trước khi thay đổi mặt cắt. V s : vận tốc sau khi thay đổi mặt cắt. • Khi dòng chảy mở rộng đột ngột từ ( 4-2) ta có: 3 4 4 3 Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 10 Và hệ số trở lực : là tiết diện trước và sau khi mở rộng độ ngột • Khi dòng chảy co hẹp đột ngột từ (4-2) , ta có: Và hệ số trở lực: là tiết diện trước và sau khi mở rộng độ ngột. • Mục đích: - Tính hệ số tổn thất cục bộ từ thí nghiệm thực tế - Đánh giá kết quả tính toán hệ số tổn thất cục bộ do mở rộng và co hẹp đột ngột. 2. Trình tự thí nghiệm: 3 3 6 6 4 4 5 5 H 3 H 4 H 5 H 6 - Đo lưu lượng nước bằng phương pháp thể tích. Tính thể tích nước chảy trong 1 thời gian nhất định rùi tính ra lưu lượng của dòng chảy. - Đo cột áp H 3 ,H 4 , H 5 ,H 6 . - Tính V 3 , V 4 ,V 5 ,V 6 - xác định [...].. .Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng và 3 Kết quả thí nghiệm: Kết quả được thể hiện trong bảng 4 (kết quả thí nghiệm bài 4) 4 Nhận xét và kết luận: - Qua thí nghiệm về tổn thất cục bộ ta tính tốn được tổn thất cục bộ do mở rộng và co hẹp đột ngột thực tế - Theo tính tốn ta có hệ số trở lực của tổn thất cục bộ do co hẹp và mở rộng là những... có quỹ đạo nhỏ hơn dòng chảy qua vòi, ngun nhân là do lực dính, lực căng bề mặt của dòng chảy qua vòi lớn hơn qua lỗ Nhận xét chung: - Em chân thành cảm ơn thầy Trần Minh Tùng đã dành thời gian trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em thực hiện các thí nghiệm thủy lực - Cảm ơn phòng thí nghiệm 003 đã tạo điều kiện cho chúng em học và thực hiện thí nghiệm SVTH: Trương Quang Nha – 061191C 14 Lớp 06XD1D... phải là hằng số, qua thí nghiệm tính tốn ta thấy hệ số trở lực trên thực tế ln ln lớn hơn hệ số trở lực trong tính tốn - Hệ số trở lực co hẹp có giá trị sai số rất lớn, sai số lớn như vậy là do có sự sai sót trong thí nghiệm và thực hiện tính tốn nhất là giá trị vận tốc của sự thay đổi mặt cắt - Hệ số trở lực mở rộng có giá trị sai số, nhưng khơng lớn hơn sai số của hệ số trở lực co hẹp - Để tránh... SVTH: Trương Quang Nha – 061191C 12 Lớp 06XD1D - nhóm 3 Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng - lưu lượng chảy qua vòi tính theo cơng thức tương tự chảy qua lỗ, như vậy hệ số lưu lượng có dạng: mục đích: - qua sát vẻ quỹ đạo dòng chảy qua lỗ và vòi vào khơng khí - Xác định hệ số lưu lượng của dòng chảy qua vòi và lỗ 2 Trình tự thí nghiệm: - Đo tọa độ x ,y của quỹ đạo dòng chảy qua khỏi... mở rộng có giá trị sai số, nhưng khơng lớn hơn sai số của hệ số trở lực co hẹp - Để tránh sai số chúng ta nên cẩn thận thực hiện thí nghiệm nhiều lần để xác định V trước và sau thay đổi tiết diện SVTH: Trương Quang Nha – 061191C 11 Lớp 06XD1D - nhóm 3 Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng BÀI 5: CHẢY QUA LỔ VÀ VỊI 1 Cơ sở lý thuyết: Dòng chảy qua lổ: - Định nghĩa lỗ - Điều kiên chảy:... quan sát và đánh dấu vị trí lấy điểm.sai số này do chủ quan có thể khắc phục bằng cách quan sát kỹ, lấy điểm và đọc giá trị chính xác SVTH: Trương Quang Nha – 061191C 13 Lớp 06XD1D - nhóm 3 Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương 0 1 4 6 8 10 4 12 20 GVHD:Ths Trần Minh Tùng 24 28 30 36 40 44 x X²=3.76.H.y 16 20 26 Y thực tế Qũy đạo dòng chảy qua vòi - Theo quỹ đạo dòng chảy qua vòi, ta nhận thấy dòng chảy qua... Đo tọa độ x ,y của quỹ đạo dòng chảy qua khỏi lỗ và vòi theo thực tế - Đo lưu lượng dòng chảy bằng cách xác định khối lượng và thời gian của 1 khối nước bất kỳ 3 Kết quả thí nghiệm: Kết quả được thể hiện trong bảng 5 (kết quả thí nghiệm 5) 4 Nhận xét và kết luận: 0 1 4 4 12 20 24 28 30 36 40 44 6 7 8 11 13 16 Y x X²=3.76.H.y Qũy đạo dòng chảy qua lỗ thực tế - Chọn chiều dương hướng xuống trùng với . Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 1 Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh. Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương Quang Nha – 061191C Lớp 06XD1D - nhóm 3 11 và 3. Kết quả thí nghiệm:  Kết quả được thể hiện trong bảng 4 (kết quả thí. tế, so sánh với ma sát lý thuyết 2. Trình tự thí nghiệm: - Mở van VIII để nước chảy vào ống. 1 1 2 2 H 2 H 1 L Thí Nghiệm Thủy Lực Đại Cương GVHD:Ths Trần Minh Tùng SVTH: Trương