chương 4 TỔN THẤT CỘT NHIỆT

là tài liệu hay về môn thủy lực cơ sở,đây là tài liệu bao gồm bài tập và bài giảng môn thủy lực cực hay luôn với sự biên soan rất cung phu.ĐÂY SẼ LÀ TÀI LIỆU HAY CHO MỌI NGƯỜI TẬP GCHDHDRYDHGFJYGGKJGIUGIUGI

04/11/2013 1 Tổn thất năng lượng toàn bộ h f của dòng chảy: h f = h d + h c Trong đó: h d : Tổng cộng các tổn thất dọc đường của dòng chảy. h c : Tổng các tổn thất cục bộ của dòng chảy. l 1 , d 1 1 1 A l 3 , d 3 l 2 , d 2 l 5 , d 5 B 2 2 1. Các loại tổn thất Chương 4 TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY Cửa vào Thu hẹp Mở rộng Uốn Khóa Cửa ra Chương 4 TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY I. HAI TRẠNG THÁI CHẢY Thí nghiệm Reynolds: 1. Chảy tầng : Khi vận tốc nhỏ , số Raynolds Re = Vd/ < Re gh Quá độ: 2. Chảy rối : Khi vận tốc lớn , Re = Vd/ > Re gh Qua thực nghiệm nhận thấy: Tầng Rối Re gh =2320 , μ υ ρ  2.1. 2320< Re < Re trơn : Chảy rối thành trơn thủy lực 2.2 Re trơn < Re < Re nhám : Chảy rối quá độ thành trơn TL sang thành hoàn toàn nhám (chảy rối thành nhám) 2.3 Re > Re nhám : Chảy rối thành hoàn toàn nhám hoặc sức cản bình phương   d C nham 6,21Re 7/8 27Re         d tron  : Chiều cao mố nhám của ống  : Hệ số nhớt động học 04/11/2013 2 II. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CHO DÒNG ĐỀU TRONG ỐNG Trong ống xét đoạn vi phân dòng chảy đều hình trụ có diện tích d như hình vẽ: F 2 =p 2 d F 1 =p 1 d F ms G Gsin s  = max  =0 1 1 2 2  Mặt chuẩn z 1 z 2 L Lực tác dụng trên phương dòng chảy ( phương s) : 0sin 21  ms FFFG  ( )z z γLdω p dω p dω τχL L      1 2 1 2 0 Đặt J = h d / L Ứng suất tiếp tỷ lệ bậc nhất theo r Từ pt cơ bản có thể viết 0 max 0 max 2 r r hay r J   Phương trình cơ bản của dòng đều R L h R Lp z p z d       )()( 2 2 1 1 JR    2/Jr    . . . ms ms F vi F S l S         III. PHÂN BỐ VẬN TỐC TRONG DÒNG CHẢY TẦNG Tại r = r 0 ta có u=0, suy ra Tại r =0 ta có u=u max ;             2 2 2 0 max 0 max 2 0 J r r u r u u 4 r hay          2 2 max 1 o r r uu Phân bố vận tốc trong chảy tầng có dạng Parabol o u r dr r parabol r r 0 dr du   2 r J   2 r J dr du   dr r Jdu   2    dr r Ju   2 C 4 r Ju 2      4 2 0 r JC    22 4 rr J u o    Định luật ma sát nhớt của Newton trong dòng chảy tầng PTCB Lưu lượng và vận tốc trung bình: Tổn thất dọc đường Thay J = h d /L g V D L h d 2Re 64 2  L hr V do   8 2  Từ Suy ra   rdrrr J dQ o    2 4 22      o r o rdrrr J Q 0 22 4 2    4 8 o JrQ      22 4 rr J u o    2 4 8 o o r Jr A Q V       8 2 o Jr V  2 max u V    8 2 o Jr V  sắp xếp lại 2 8 o d r VL h    r o r dA 2 2 d L V h D g    04/11/2013 3 Đối với dòng chảy rối, ứng suất tiếp phụ thuộc chủ yếu vào độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử lưu chấtù. Theo giả thiết của Prandtl: roi du dy    với  được gọi là ứng suất nhớt rối dy du l 2  o y u r o  o y : khoảng cách từ thành đến lớp chất lỏng đang xét l :chiều dài xáo trộn Prandtl: ứng suất nhớt rối không phụ thuộc vào tính nhớt của lưu chất. Theo thí nghiệm của Nikudrase, chiều dài xáo trộn l trong ống 2/1 o r y 1kyl          Với k : hằng số Karman ( k = 0,4) Nếu xem  tỉ lệ tuyến tính với bán kính r :          o o r y 1 Thì            oo 1 r y Thay vào : 2/1 o kyl            (1) (2) (3) dy du yk 0 22    IV. PHÂN BỐ VẬN TỐC DÒNG CHẢY RỐI TRONG ỐNG Từ (2) ky 1 dy du o    Đặt    o* u ( vận tốc ma sát) ky u dy du *  y dy k u du *  * u u Ln y C k   Tại tâm ống y = r o , u = u max thay vào cho o * max rLn k u uC  y r Ln k u uu o * max  Phân bố lưu tốc trong trường hợp chảy rối có dạng đường logarit y u r o o  o U max Đường cong logarit Do đó: Sự phân bố vân tốc trong trường hợp chảy rối tương đối đồng đều gần với vận tốc trung bình hơn so với trường hợp chảy tầng =>  hay  o có thể lấy bằng 1. Thay vào (1) : 2 22 o dy du yk          ky 1 dy du o    04/11/2013 4 1.Tổn thất dọc đường : Dùng phương pháp phân tích thứ nguyên 3.Tổn thất dọc đường h d : (Theo Darcy)   2 d L V h D 2g  = f(Re, /D) : hệ số tổn thất (hệ số ma sát dọc đường), phụ thuộc vào trạng thái chảy. Re : số Raynold ; : Độ nhám tuyệt đối (chiều cao các mố nhám) Thay D = 4R V: Vận tốc dòng chảy trong ống L : Chiều dài dòng chảy. D : đường kính ống. R bán kính thủy lực.  : Hệ số nhớt động học * Với tiết diện tròn đầy nước * Với tiết diện khác   2 d L V h 4R 2g  D V . Re  Xác định hệ số tổn thất : 1. Dòng chảy tầng: Re < 2320 : 2. Dòng chảy rối: Re > 2320 2.1 Rối thành trơn thủy lực: (2320 < Re < Re trơn )  = f(Re). Nếu Re < 10 5 Blasius: Nếu Re = 10 5 Conacop 2.2 Rối thành nhám thủy lực: (Re trơn <Re < Re nhám )  = f(Re, /D). Antersun:           0,25 100 0,1 1,46 D Re 2.3 Chảy rối thành hoàn toàn nhám (khu sức cản bình phương) (Re > Re nhám )  = f( /D). Chezy: 6/1 1 R n C  C: Hệ số Chezy.  : Độ nhám tuyệt đối n : Hệ số nhám . R : Bán kính thủy lực   d C nham 6,21Re 7/8 27Re         d tron  dV. Re   : Hệ số nhớt động . Re 64   = f(Re). 4/1 Re 316,0  tr  2 )5,1Relg8,1( 1   tr  2 C g8  1.Tổn thất đường dài: (Theo Darcy)   2 d L V h D 2g  = f(Re, /D) : hệ số tổn thất (hệ số ma sát dọc đường) :Hệ số nhám tuyệt đối (chiều cao các mố nhám) Thay D = 4R L h R g V d  8  Với J = h d /L RJ g V  8  và đặt  g C 8  ( hệ số Chezy) RJCV  ( Công thức Chezy) Lưu lượng Q C RJ K J    Với module lưu lượng K C R   Hệ số Chezy C có thể tính theo công thức Manning 6/1 1 R n C  ( n là hệ số nhám) Công thức Chezy chỉ dùng khi dòng chảy rối thành hoàn toàn nhám (khu SCBP) Với tiết diện tròn đầy nước Với tiết diện khác   2 d L V h 4R 2g 04/11/2013 5 17 Chy tng Chy quỏ Chỷy ri 18 THNH LềNG DN 19 THNH LềNG DN 20 TONG HễẽP CAC TRAẽNG THAI CHAY 04/11/2013 6 21 PROFILE VẬN TỐC 22 QUAN HỆ  VỚI Re VÀ /d THEO NICURASTE Chảy tầng Chảy rốiở khu SCBP Chảy rối TTTL lg(100) lg(Re)  0 /∆ Chảy quá độ 0,000 01 1 2 3 4 5 7 x10 3 1 2 3 4 5 7 x10 4 1 2 3 4 5 7 x10 5 1 2 3 4 5 7 x10 6 1 2 3 4 5 7 x10 7 1 x10 8 0,000 005 0,000 007 0,000 05 0, 000 1 0,000 2 0,000 4 0,000 6 0,001 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,015 0,02 0.03 0,04 0,05 0,008 0,009 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Khu chảy rối thành nhám hoàn toàn (Khu sức cản bình phương) Khu Chảy tầng Khu chảy rối thành nhám Khu chảy rối thành trơn Khu chuyển tiếp Re = vD/    D  ĐỒ THỊ MOODY Xác định hệ số tổn thất : 1. Dòng chảy tầng: Re < 2320 : 2. Dòng chảy rối: Re > 2320 2.1 Rối thành trơn thủy lực: (2320 < Re < Re trơn )  = f(Re). Nếu Re < 10 5 Blasius: Nếu Re = 10 5 Conacop 2.2 Rối thành nhám thủy lực: (Re trơn <Re < Re nhám )  = f(Re, /D). Antersun:           0,25 100 0,1 1,46 D Re 2.3 Chảy rối thành hồn tồn nhám (khu sức cản bình phương) (Re > Re nhám )  = f( /D). Chezy: C: Hệ số Chezy.  : Độ nhám tuyệt đối (chiều cao mố nhám) n : Hệ số nhám . R : Bán kính thủy lực   d C nham 6,21Re 7/8 27Re         d tron  dV. Re   : Hệ số nhớt động . Re 64    = f(Re). 4/1 Re 316,0  tr  2 )5,1Relg8,1( 1   tr  )s/m(R n 1 C 6/1  2 C g8  04/11/2013 7 2. Tổn thất cột nước cục bộ - Những đặc điểm chung : Tổn thất cột nước cục bộ: Tính theo công thức thực nghiệm Weisbach. g V h cc 2 2   c là hệ số tổn thất cục bộ (phụ thuộc vào từng dạng tổn thất) V là vận tốc dòng chảy tại vị trí xảy ra tổn thất Ở miệng ra của ống:  r =1 Ở miệng vào của ống:  v =0,5 ; g2 V . g2 V . g2 )VV( h 2 2 2 2 1 1 2 21 mr    2 1 2 2 2 2 1 1 )1( ;)1(        Tổn thất do mở rộng  1 V 1  2 V 2  1 v 1  2 v 2 Trường hợp thu hẹp đột ngột )1(5,0 1 2 th    Tính với V 2 Trường hợp uốn gập, d=const (d < 50mm):  30 40 50 60 70 80 90  c 0,2 0,3 0,40 0,55 0,70 0,9 1,1  Trường hợp uốn cong, d = const 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 c 0.13 0.14 0.16 0.21 0.29 0.44 0.66 0.98 1.41 1.98 r o /R 2r o 0 90  Nếu  bất kỳ thì lấy  C ở bảng dưới nhân với  3.Cửa van phẳng trong ống tròn 0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8  C 0 0.07 0.26 0.81 2.06 5.52 17 97.8 d hd  04/11/2013 8 l, d, n H A B 1 1 2 2 Viết PT (B) cho mặt cắt 1-1 và 2-2: f h g Vp z g Vp z  22 2 222 2 2 111 1     f hH  00000 g2 V g2 V g2 V d L hhhh 2 r 2 v 2 rvdf  sm d Q Vmà /99,1 8,0.14,3 1.44 22   23201576238 10.0101,0 8,0.99,1. Re 4    dV => Chảy rối Re880963 1 800 .51.6,216,21Re    d C nham sm d n R n C /51 4 8,0 015,0 1 4 11 6/16/1 6/1                Chảy rối ở khu SCBP 0302,0 51 81,9.88 22  C g  m646,0 81,9.2 99,1 ).15,0 8,0 45 0302,0( g2 V ). d L (h 22 rvf  mh f 354,9646,010 12  Ví dụ 4-37 L=45m, d=800mm, Q=1m 3 /s: n=0,015, =1mm: =0,0101.10 -4 m 2 /s 21  f hH 04/11/2013 9 l, d, n H A B 1 1 2 2 Viết PT (B) cho mặt cắt 1-1 và 2-2: f h g Vp z g Vp z  22 2 222 2 2 111 1     mh f 100000 21  g V g V g V d l hhhh rvrvdf 222 222   nhám dV Re 10.0101,0 8,0.47,2. Re 4    880963 1 800 .51.6,216,21Re    d C nham sm d n R n C /51 4 8,0 015,0 1 4 11 6/16/1 6/1                Giả thiết Chảy rối ở khu SCBP 0302,0 51 81,9.88 22  C g  smAVQ /244,1 4 8,0.14,3 .47,2. 3 2  m V g V d l h rvf 1 81,9.2 ).15,0 8,0 45 0302,0( 2 ).( 22   smV /47,2 199,3 1.81,9.2  Giả thiết là đúng 1. Đường ống mắc nối tiếp BfA 2 BB B 2 AA A h g2 Vp z g2 Vp z                         g2 V g2 V g2 V g2 V g2 V d L g2 V d L g2 V d L h 2 3 ra 2 3 th 2 2 mr 2 1 vao 2 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1                       2 3 ra 2 3 th 2 2 mr 2 1 vao 2 33 3 3 2 22 2 2 2 11 1 1 2 11111 d L1 d L1 d L g2 Q h Trong đó  1 ,  2 ,  3 là tiết diện ống 1, 2, và 3.  Q chảy trong ống nếu biết các thông số còn lại L 1; d 1 ;  1 L 2; d 2 ;  2 L 3; d 3 ;  3 h A A B B Mặt chuẩn V 1 V 2 V 3    cBdA hhh Bài tập về nhà  4-30, 4-31, 4-36, 4-47, 4-38 (Q=60 + stt)l/s 04/11/2013 10 [...]... 04/ 11/2013 11