Phần 1 cuốn Bài tập thủy lực (Tập 1) cung cấp cho người học các bài tập về: Những tính chất cơ bản của chất lỏng và chất khí, thủy tĩnh học, tổn thất cột nước và dòng chảy, động lực học chất lỏng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
TR Ư Ờ N G ĐẠI H Ọ C THỦY LỢl_ PGS TS HOÀNG VĂN QUÝ - GS TS NGUYÊN CẢNH CẦM Bài tập Thuỷ lực TẬP ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ N Ô I -2 1 https://tieulun.hopto.org LỜI NÓI ĐẨU Quốn Bài tập thủy lực xuất lần đầu vào năm 1973 Nội dung tương ứng với nội d ung Giáo trình thủy lực xuất năm 1968, 1969 Cuốn Bài tập thủy lực soạn thành hai tập: Tập I đồng chí N guyễn cảnh cầm Hồng Văn Q biên soạn, đồng chí Hồng Văn Quý chủ biên Tập II đồng chí N guyễn Cảnh cầm, Lưu Công Đào, N guyễn N h Kh Hồng Văn Q biên soạn, dồng chí Nguyễn Cảnh cầm chủ biên Cuốn Giáo trinh thủy lực đưỢc tái (lần th ứ ba) có sửa chữa hổ sung củng n h xếp lại sô'chương cho tập Đ ể tương ứng với giáo trình đó, lần tái th ứ hai B ài tập Thủy lực củng sửa chữa hổ sung L ần tái hảìì đồng chí N guyễn Cảnh cầm chịu trách nhiệm đưỢc chia làm hai tập dương ứng với hai tập Giáo trinh thủy lực tái lần th ứ ba) Tập I gồm chương từ chương I tới chương IX; tập IIg m 10 chương từ chương X t ă chương XIX Trong trinh chuăn bị cho việc tái bản, Bộ m ôn Thủy lực Trường Đại học Thủy lợi đóng góp nhiều ý kiến quý báu Chúng xin chân thành cảm ơn bạn Chúng mong nhận nhiều ý kiến nhận xét bạn đọc N hữ ng người biên soạn 5/2005 https://tieulun.hopto.org Chương NHŨNG TÍNH CHẤT I BẢN CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ I TĨM TẮT LÝ TH U Y ẾT C hếí lỏng chất kh í (gọi chung chất chảy) khác với chất rắn chỗ có tính chảy Giữa chất lỏng chất khí có khác nhau: chất lỏng khơng nén (thể tích khơng thay đổi) có hệ số giãn nhiột bé, cịn chất khí tích thay đổi m ột phạm vi lớn áp suất nhiệt độ thay đổi; th ế người ta cịn gọi chất lỏng chất chảy không nén Những kết luận chất lỏng dùng cho chất khí trường hợp; vận tốc chất khí khơng lớn (v < lOOm/í) phạm vi tượng ta xét có áp suất nhiệt độ thay đổi khơng đáng kể Trong phạm vi tập sách ta xét vấn đề chất lỏng Trọng lượng riêng (y) trọng lượng đơn vị thể tích chất chảy; đơn vị N ln? Khối lượng riêng (p) khối lượng đcm vị tích chất chảy, đom vị kgỉrn^ Giữa đại lượng Y p có quan hệ; y = p g hay p = -■ g đó: g gia tốc trọng trưịìig (g = 9,8 Iw //) (1-1) Thơng thường nước, ta lấy y = 9810N/m^, p = 1000 k g /m \ Trị sô' y p nước khơng khí cho phụ lục 1-1 Hệ s ố co th ể tích ( p biểu thị giảm tưcíng đối thể tích chất chảy w áp suất p tăng lên đcfn vị: Thơng thường nước coi « 0, tức coi nước không nén dược Đại (N/m^) gọi môđun đàn hổi Trong tượng nước va lượng nghịch đảo K = Pw (chương V II) phải coi nước nén được; lúc thường ta lấy: K s lO V / m ^ p, s ,1 - 'V ^ //V Hệ s ố giãn nhiệt ( p j ) biểu thị biến đổi tương đối thể tích chất chảy w nhiệt độ thay đổi 1°C: https://tieulun.hopto.org (1-3) Đ ối với chất khí, nhiệt độ thay đổi từ T | đến T 2(°K), áp suất thay đổi từ Pi đến P ; đại lượng Y p thay đổi theo phương trình trạng thái tĩnh sau; 72 = Yi • P Ti Pi 'T -4) P2= Pl phụ lục 1-1 cho trị s ế trọng lượng riêng nước khơng khí ứng với nhiẹt độ khác Đối với chất lỏng, p I bé thông thường ta coi chất lỏng khơng co giãn tác dụng nhiệt độ Tính nhớt chất lỏng đóng vai trị quan trọng ngun nhân sinh lổn thất lượng chất lỏng chuyển động D o có tính nhớt mà lớp chất lỏng chuyển động tưoíng có lực m a sát gọi ma sát T (hay lực nội ma sát); lực biểu thị bâng định luật Niutơri (1686): T = ^iS — - Œ ) dn đó: s - diện tích tiếp XUC cấc lởp chẫt (1-5) long; u = f(n) - vận tốc (n phưofng thẳng góc với phương chuyển động); du dn = f(n ) - gradien vận tơ'c theo phương n (hình l- ì) \ |a- hệ số nhớt động lực, có đơn vị N s ln t hay kg/s.m-, đcfn vị ứng với 0,1 N.s/m^ gọi poazơ Đại lượng: ( 1-6 ) gọi ứng suất tiếp (hay ứng suất ma sát) Hệ số: v = — (rn'ls) (1-7) p p - khối lượng riêng; V gọi hệ s ố nhớt động học Đơn vị cm 'Is dược gọi stốc Do cấu tạo nội chất lỏng chất khí khác nên nhiệt độ tăng lẽn, hệ số nhớt chất khí tãng lên, cịn chất lỏng lại giảm xuống: Hình 1-1 https://tieulun.hopto.org Đối với khí: 1+ c a-8) ‘ ■"t đó: - độ nhớt khí 0°C; T- nhiệt độ tuyệt đối (°K); c - số, lấy sau: khơng khí c - 114; khinh khí - 74; khí CO - 260; nước - 673 Đối với nước: V = l 0,01775 2/ /« ■ , (cm ys) (1-9) + 0,0337t + 0,00022 It^ đó: t - nhiệt độ nước (®C) phụ lục 1-2 cho trị số V nước khơng khí ứng với nhiệt độ khác Trong thực tế, hộ số nhớt V biểu thị độ Engle (^E), đổi đơn vị cm^/s theo hệ thức: V = 0,0731 °E - , (cm^/sj (1-10) "E C ác lực tác dụng vào chất chảy chia làm loại: ¡ực khối lượng (hay lực thể tích) lực mặt Lực m ặt tác dụ n g lên m ặt bao quanh khối chất chảy ta xét (ví dụ: áp lực, phản lực thành rắn, lực m a sát) M uốn tính lực m ặt cần biết luật phân bơ' m ặt cần tính Lực khối lượng tác dụng lên phần tử chất lỏng (ví dụ: trọng lực, lực quán tính) M uốn tính lực khối lượng phải biết luật phân bố gia tốc lực khối thể tích chất lỏng ta xét Gọi lực khối F thành phần tính sau: F x = mX Fy=m Y (1-11) F ^= m Z đó: m - khối lưọììg; X, Y, z - hình chiếu gia tốc lực khối lên trục tọa độ Hệ thống đơn vỊ: Theo bảng đofn vị o lng hỗfp phỏp ca nc Cng hũa xó hi chủ nghĩa Việt N am , đơn vị lấy sau: chiều dài: m ét (m); thời gian; giây (í); https://tieulun.hopto.org kilogam (kgy, khối lượng; lực, áp lực, trọng lương; niulơn (N); \N = —^ 9,81 kG áp suất, ứng suất: N,'m^ v.v II - BÀI TẬP l T rọ n g lưựng riéng, khói lưựng riêng Bài 1-1 Trọng lượng riêng cúa nước y = 9SỈ0N/m-'\ tính khối lượng riêng cúa V Giải: in p =^ % VịO1 = 1000 kg/m^ B ài 1-2 Khối lượng rièng cúa thúy ngân Pin = 13600 kg lm \ tính trọng lượng riêng nó: / = p ,ng = 13600 X 9,81 = 133500 Nlm' Giải: B ài 1-3 So sánh khối lượng nêng cúa không khí nhiệt độ t = I v V áp suất p = lế m m cột thủy ngân với khối lượng riêng nước (lấy - 1000Ấ:^/w') Giải: khối lượng riêng khơng khí: p 273 + 15 760 273+15 27? + t'*C 760 273 + 17 pLi , = 1,217 X —Ỵ - - X - - — —— = x -— X —- - — — = 760 tý số: k= , ,192 k ọ m ^ ^ 840 Pkk 1’ 192 Bài 1-4 Tý trọng nước biến ỗ = 1,03 Tính trọng lượng nêng khối lượng riêng nó: 10104,3 A / W ; Đáp sấ: Bài 1-5 Xác đinh = ịOĨOkg/m' khối lượng riêng cúa chài khí 800”c , áp suâì 160mm cột thủy ngân nhiệt đò o ^ c trọng lượng riêng y = \ J6 N lm ^ Dáp số: p = 0,332 kglm^ Bàí nên 1-6 Nhiệt độ cúa cuối đường dẫn, nhiệt chãi khí độ khí đàu đường dẩn 900‘’c Do dược làm nguội cho cịn 500®c Xác định khốilượng riêng khí đầu cuối đường dẫn áp suất giữ không đổi trọng lượng riêng khí 0*^c = \2 A lN lm \ Đáp số: = 0,298 kglm '- = 0,45 kịịlm' https://tieulun.hopto.org Tính thay đổi thể tích Bài 1-7 Tính m ơđun đàn hồi nước, tăng áp suất lên 5at, thể tích nước ban đầu w = 4nP giảm ìdrri^ Giải: B ài 1-8 Thể lích nước giảm m ột lượng áp suất từ ìa t lên lO lar, thể tích ban đầu w = d m \ Cho biết ị3 ^ = 5,1.10 ' V / N Giải: A W = p ^ W A p = ,l ' X 0,05 x(101 - 1) X 9,81.1 = 0,00025/71^ = 0,25^/«^ B ài 1-9 Khi đem thí nghiệm thủy lực m ột ống có đường kính d = AOOmm chiều dài / = 2000/n, áp suất nước ống tăng lên đến A5at M ột sau, áp suất giảm xuống 40ứ/ Cho biết p ^ = 5,1.10 ■ m^lN Bỏ qua biến dạng ống, tính xem thể tích nước rỉ ngồi ? tìá p s ố : W = 62,8dm^ lià i 1-10 m ột m áy dùng kiểm tra áp kế, m ột có ren ngang đường kính d = Acm bước t = 1,2cm cắm vào bình tích hình trụ trịn qua M m ột lỗ kín H ình trụ c h ứ a đ ầ y n c , đưcmg kính D = c m , c h i ể u c a o H = 20cm Hộ số co thể tích nước lấy p ^ = 5.10 ■ Coi thành ¿ZZ2L hình trụ không biến dạng, xác định áp suất nước sau vòng Đ áp số: A p = 107 at «10 ,5 ^ N/m^ Bài 1-10 B ài 1-11 M ột bể chứa đầy dầu áp suất 5at Khi tháo ngồi 40lít dầu, áp suất bể giảm xuống lat Xác định dung tích bể chứa, hệ số co thể tích dầu = 7,55.10''° m/N Đ áp số: w = 135m^ Tính nhót B ài 1-12 Xác định hệ số nhớt động dầu ( y = 8829 N/m^) t = °c, ụ = 0,00588 N s /m \ , K jiã i: V = )i fig — = — y 0,00588x9,81 = -^— 8829 = , ' 0,064(cm^/s) https://tieulun.hopto.org B ài 1-13 T ính ứng suất tiếp mặt m ột ống dẫn nhiên liệu, cho biết: - H ệ sô' nhớt động V = 7,25.10' ^m^ls - K hối lượng riêng p = 932 kglm^ - G radien lưu tốc — = •dn s Giải: Hệ số nhớt động lực nhiên liệu: = v p = 7,25.10'^ X 932 = ,1 N s ỉm \ ú h g suất tiếp m ặt ống; X= ^ ệ i = 6,77.10' ^ X = 0,27 Nlm^ dn B ài 1-14 X ác định hệ số nhớt động lực không khí 150°c, 0°C: = Q,\2>lcm^ls; y