Giáo trình thủy lực công trình - Chương 5 pot

Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.1 Khái niệm chung Trên thành bình chứa chất lỏng có khoét một lỗ, dòng chất lỏng chảy qua lỗ gọi là dòng chảy ra khỏi lỗ Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi Vòi là một ống ngắn dính liền với thành bình chứa, dòng chất lỏng chảy qua vòi gọi là dòng chảy ra khỏi vòi Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia H: cột nước tính từ trọng tâm của lỗ e: độ cao của lỗ δ : độ dày của thành lỗ H e δ Lỗ nhỏ: 10 H e < Lỗ to: 10 H e ≥ H e δ Lỗ thành mỏng: lỗ có cạnh sắc và độ dày thành lỗ không ảnh hưởng đến hình dạng dòng chảy ra khỏi lỗ Lỗ thành dày: ( ) e43 ÷> δ Chảy tự do: dòng chảy ra khỏi lỗ tiếp xúc hoàn toàn với không khí Chảy ngập: dòng chảy ra khỏi lỗ ngập dưới mặt chất lỏng Chảy nửa ngập: mặt chất lỏng ngoài lỗ nằm trongphạm vi độ cao lỗ Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.2 Dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng H H=const → dòng chảy ra khỏi lỗ là dòng ổn định Tại mặt lỗ các đường dòng không song song, nhưng cách lỗ một đoạn nhỏ các đường dòng song song với nhau, mặt cắt ướt co hẹp lại → mặt cắt co hẹp Vị trí của nó phụ thuộc hình dạng lỗ. VD: với lỗ tròn → cách lỗ nửa đường kính lỗ Tại mặt cắt co hẹp dòng chảy là đổi dần, sau đó dòng chảy hơi mở rộng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực Áp dụng định luật Béc-nui-y: 11 2 2 w cc h g v g v H ++=+ 2 0 2 22 01 αα g v h c w 2 2 ζ = ( ) g v H c c 2 2 0 ζα += 00 22 1 gHgHv c c ϕ ζα = + = ϕ : hệ số lưu tốc lỗ (5.1) Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.2 Dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng 0 2gHvQ ccc ϕωω == ω c : diện tích của mặt cắt co hẹp ω ω ε c = 00 22 gHgHQ µωϕεω == µ : hệ số lưu lượng của lỗ Với lỗ nhỏ thì µ phụ thuộc hình dạng lỗ, ít có quan hệ với cột nước H (5.2) Các loại co hẹp của dòng chảy ra khỏi lỗ: 1 2 3 4 Lỗ co hẹp toàn bộ: khi trên chu vi lỗ đều có co hẹp Lỗ co hẹp không toàn bộ: khi có một phần nào đó trên chu vi lỗ không co hẹp         += χ µµ p c 4,01 Pavơlốpxki: Lỗ co hẹp hoàn thiện: khi lỗ ở xa thành bình, xa m/c tự do → dòng chảy co hẹp về mọi hướng (Đọc SGK tr. 199-201 về điều kiện co hẹp hoàn thiện và hình dạng d/c tự do) (5.3) Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.3 Dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ to thành mỏng H 1 H 2 H e dh 0 2gHQ µω = (5.4) µ : hệ số lưu lượng của lỗ to (tra bảng) Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.4 Dòng chảy ngập, ổn định qua lỗ thành mỏng e 0 2gHQ µω = (5.5) 0 v 1 h H H 0 g v 2 2 0 α 2 h Cột nước tác dụng bằng độ chênh mực nước ở thượng và hạ lưu → không phân biệt lỗ to và lỗ nhỏ Công thức lưu lượng khi dòng chảy tự do và chảy ngập là giống nhau → khác nhau chủ yếu là giá trị H Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.5 Dòng chảy nửa ngập, ổn định qua lỗ to thành mỏng 1 H H n h 2 H Chia thành 2 bộ phận tính theo chảy tự do và chảy ngập → Q = Q 1 + Q 2 Pavơlốpxki: (5.6) 0 2gHQ σµω = Bµi tËp 29: §äc bµi 5.6 SGK tr. 207-211, tr×nh bµy l¹i trªn giÊy Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.7 Dòng chảy qua vòi Vòi là đoạn ống ngắn, gắn vào lỗ thành mỏng, có độ dài khoảng vài lần đường kính lỗ → chất lỏng chảy qua vòi thường sinh ra co hẹp ở chỗ vào vòi, sau đó mở rộng ra và chảy đầy vòi. Khoảng không gian giữa mặt ngoài dòng chảy tại chỗ co hẹp và thành vòi là khu nước xoáy, áp lực nhỏ hơn áp lực không khí nên ở đó hình thành áp suất chân không. Trị số chân không phụ thuộc vào cột nước tác dụng vào vòi, và do có chân không nên lưu lượng vòi thường lớn hơn lưu lượng của lỗ (khi c/lỏng chảy đầy vòi) H p a Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.7 Dòng chảy qua vòi Phân loại vòi: Vòi hình trụ tròn Vòi hình nón Vòi hình đường dòng Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5.7 Dòng chảy qua vòi Vòi hình trụ tròn gắn ngoài (vòi Ven-tu-ri) H p a 1 1 2 2 c c p a w aa h g vp g vp H ++=++ 22 2 2 2 0 α γ α γ v v c l w h g v H += 2 2 2 0 α Tổn thất năng lượng: m/c co hẹp đột ngột + mở rộng đột ngột + tổn thất dọc đường g v d l g v g v h c w 222 22 2 2 1 λζζ ++= Hệ số sức cản do mở rộng đột ngột: 2 2 2 1 1       − =         −= ε ε ω ω ζ c ε ωω v vvv ccc =→= g v d l h w 2 1 2 2 2 1         +       − += λ ε ε ε ζ g v d l H 2 1 2 2 2 1 20         +       − ++= λ ε ε ε ζ α (5.7) [...]... s ) V phi = 0 .56 3 39. 254 0.833 ì 25 + 0. 250 59 .927 0 .50 0 ì 25 = 4.007(m s ) v1 = 4 .5( m s ) gim v1 V phi = 0 .56 3 39. 254 0.833 ì 4 .52 + 0. 250 59 .927 0 .50 0 ì 4 .52 = 4.300(m s ) v1 = 4.3(m s ) bộ hn v trỏi bộ hn v trỏi gim v1 V phi = 0 .56 3 39. 254 0.833 ì 4.32 + 0. 250 59 .927 0 .50 0 ì 4.32 = 4.402(m s ) ln hn v trỏi v1 = 4.368(m s ) Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp A ng 1 l1=0.5km; d1=1.2m; =0.04 l2=0.3km;... 0. 250 v3 (***) Thay cỏc giỏ tr v2 v v3 trong (*) v (**) vo (***): v1 = 0 .56 3 39. 254 0.833v12 + 0. 250 59 .927 0 .50 0v12 39. 254 0.833v12 > 0 59 .972 0 .50 0v12 > 0 v1 < 6.8 Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp A ng B 1 l1=0.5km; d1=1.2m; =0.04 l2=0.3km; d2=0.9m; =0.06 l3=0.4km; d3=0.6m; =0. 05 n g 2 n g 3 C Gii bng phng phỏp th dn: v1 = 0 .56 3 39. 254 0.833v12 + 0. 250 59 .927 0 .50 0v12 v1 = 5. 0(m s ) V phi = 0 .56 3... 40(m) 2 50 0 v12 300 v2 2 = 0.849v12 + 1.019v2 40 = 0.04 + 0.06 1.2 2 ì 9.81 0.9 2 ì 9.81 v2 = 39. 254 0.833v12 (*) p dng Bernoulli cho A v C: v3 = 52 .972 0 .50 0v12 (**) C Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp A ng 1 l1=0.5km; d1=1.2m; =0.04 l2=0.3km; d2=0.9m; =0.06 l3=0.4km; d3=0.6m; =0. 05 B n g 2 n g 3 C p dng phng trỡnh liờn tc: Q1 = Q2 + Q3 v11 = v22 + v33 d 32 d12 d 22 v1 = v2 + v3 4 4 4 v1 = 0 .56 3v2...Chng 5: Dũng chy ra khi l v vũi Dũng tia 5. 7 Dũng chy qua vũi Nu ly 2=1 v t (5. 7) v= = 1 l 2 + 1 + 2 d 1 l 2 + 1 + 2 d 2 gH 0 = 2 gH 0 Q = v = 2 gH 0 = à 2 gH 0 (5. 8) (5. 9) õy do khi chy ra khi vũi thỡ khụng cũn hin tng co hp, vỡ th h s lu tc v h s lu lng à ca vũi l bng nhau Khi l tng thỡ à gim, nhng nu l gim quỏ nh thỡ vũi tr thnh l à cng gim à ln nht khi l = ( 3 ữ 4) d Chng 5: Dũng chy... ì 2 ì 9.8 ì 3 = 4. 35 ( m 3 s ) 4 Bi tp 31: c SGK Tp I, tr 21 6-2 17 v cỏc loi vũi khỏc Bi tp 32: c SGK Tp I, tr 21 7-2 24 v Dũng tia v trỡnh by li trờn giy Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp 6.1 Dũng chy n nh trong ng cú ỏp Ta nghiờn cu d/c trong ng tha món cỏc iu kin: chy n nh, cú ỏp, chy ri, chy u Cỏc loi phng trỡnh thng dựng: 1 PT Bộc-nui-y 2 PT liờn tc 3 PT xỏc nh tn tht ct nc (ỏc-xy, Sedi, h s tn tht... ngn: Khi tớnh cho ng ngn, tn tht ct nc bao gm c tn tht dc ng v tn tht cc b Tn tht dc ng tớnh bng cụng thc ỏc-xy: l v2 hd = d 2g Tn tht cc b tớnh bng cụng thc Vộc-bỏt-s: v2 hc = c 2g Bi tp 35: c thờm mc 6-2 v 6-3 trong sỏch Thy lc tp 1, tr 22 9-2 49 Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp 6.2 Dũng khụng n nh trong ng cú ỏp c im ca dũng khụng n nh l cỏc yu t thy lc ti mt im hoc l cỏc yu t trung bỡnh mt ct ti mt... tra cú sn (bng 6-1 trang 228, sỏch Thy lc tp 1) Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp 6.1 Dũng chy n nh trong ng cú ỏp Cụng thc tớnh toỏn i vi ng di: Bi tp 33: Xỏc nh lu lng qua ng di 1000m, ng kớnh 0,2m bit chờnh ct nc 2 u ng l H=5m J= H 5 = = 0.0 05 l 1000 Tra bng cú giỏ tr mụ un lu lng cho khu sc cn bỡnh phng (ph lc 6.1 trang 372) vi d=200mm v loi ng thng: Qscbp = K scbp J = 341,1 0,0 05 = 24,12 ( l s... Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp 1 THL HGL 2 3 4 5 Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp 1 THL 2 3 Z =53 m HGL 4 5 Bi tp 38: Gi s chờnh mc nc gia hai h cha l 53 m, c hai on ng u cú chiu di 1km, ng 1 cú /kớnh l 0.3m, ng 2 l 0.6m, cỏc h s ma sỏt 1=2=0.04 Tớnh cỏc tn tht v lu lng qua ng z = hw = hc1 + hd 1 + hc 2 + hd 2 + hc 3 2 2 v12 l1 v12 ( v1 v2 ) l 2 v2 v 2 z = 0 .5 + 1 + + 2 + 2g d1 2 g 2g d2 2g 2g 2 2 d2 v1... lt l A=680m, B=640m v C =59 0m so vi mc nc bin Cỏc ng cú thụng s cho trờn hỡnh v Gi s b qua cỏc tn tht cc b, ch tớnh n tn tht do ma sỏt, hóy xỏc nh cỏc lu lng qua ng A ng 1 l1=0.5km; d1=1.2m; =0.04 l2=0.3km; d2=0.9m; =0.06 l3=0.4km; d3=0.6m; =0. 05 B ng 2 n g 3 C Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp A ng B 1 n g 2 l1=0.5km; d1=1.2m; =0.04 l2=0.3km; d2=0.9m; =0.06 l3=0.4km; d3=0.6m; =0. 05 n g 3 p dng Bernoulli... l3=0.4km; d3=0.6m; =0. 05 B n g 2 n g 3 Thay vo (*) v (**): v2 = 4.833(m s ) v3 = 6 .59 0(m s ) Tớnh ra lu lng: Q1 = 4.940(m 3 s ) Q2 = 3.0 75( m 3 s ) Kim tra s bo ton v khi lng: ( ) Q1 = Q2 + Q3 = 3.0 75 + 1.863 = 4.938 m 3 s 3.940 Q3 = 1.863(m 3 s ) C Chng 6: Dũng chy trong ng cú ỏp Bi tp v nh: Hai h cha ln c ni vi nhau bng cỏc ng ng nh hỡnh v di õy chờnh cao mt nc ca chỳng l 150 m Cỏc ng cú thụng s . g v d l h d 2 2 λ = Tổn thất cục bộ tính bằng công thức Véc-bát-sơ: g v h cc 2 2 ζ = Bài tập 35: Đọc thêm mục 6-2 và 6-3 trong sách Thủy lực tập 1, tr. 22 9-2 49 Chương 6: Dòng chảy trong ống có áp 6.2. dh 0 2gHQ µω = (5. 4) µ : hệ số lưu lượng của lỗ to (tra bảng) Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5. 4 Dòng chảy ngập, ổn định qua lỗ thành mỏng e 0 2gHQ µω = (5. 5) 0 v 1 h H H 0 g v 2 2 0 α 2 h Cột. Q = Q 1 + Q 2 Pavơlốpxki: (5. 6) 0 2gHQ σµω = Bµi tËp 29: §äc bµi 5. 6 SGK tr. 20 7-2 11, tr×nh bµy l¹i trªn giÊy Chương 5: Dòng chảy ra khỏi lỗ và vòi – Dòng tia 5. 7 Dòng chảy qua vòi Vòi là