- Khai trường HIGNARD
7. Bề mặt trong của miệng súng bắn nước phải nhẵn và đều đặn để dòng chảy chặt
17.6.2. Chuyển động của hạt cứng trong dòng chảy
Dòng chảy của nước trong đường ống thường ở 2 trạng thái là chảy tầng và chảy rối.
Chảy tầng là khi dòng chảy theo từng lớp ổn định. Các lớp ở vị trí khác thì tốc độ
khơng giống nhau, càng gần thành ống thì tốc độ càng thấp và đạt tốc độ lớn nhất ở tâm dòng chảy.
Chảy rối là khi dòng chảy cùng một lúc vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động
xoáy, các lớp bị xáo trộn. Thực chất, chảy rối là trạng thái tiếp theo của chảy tầng. Khi dòng chảy đạt tới một vận tốc nhất định nào đó thì các lớp nước chảy song song (chảy tầng) bắt đầu dao động, tiếp đó là xuất hiện hiện tượng chảy hỗn loạn (chảy rối).
Reynolds Osborne (Anh, 1842) đã phát hiện ra mối quan hệ giữa các trạng thái chảy của dòng với vận tốc dòng (V, m/s), đường kính ống dẫn (D, m) và độ nhớt thủy động học (ν) thông qua hệ số Re, được gọi hệ số Reynolds:
D V Re (17-16) Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng:
- Trạng thái chảy tầng xuất hiện khi Re ˂2320 - Trạng thái chảy tầng xuất hiện khi Re ˃2320
Trên thực tế, trạng thái chảy tầng chỉ xuất hiện khi vận tốc dòng chảy trong ống nhỏ, chiều dày lớp nước mỏng. Trạng thái chảy này không thể sử dụng để vận chuyển các hạt rắn trong dòng chảy được. Chỉ ở trạng thái chảy rối mới có thể sử dụng để vận chuyển các hạt rắn trong dòng chảy.
Khi vận chuyển trong đường ống bằng dòng chảy rối, các hạt di chuyển trong dòng dưới 3 dạng: trượt, nhảy và lơ lửng, tùy thuộc vào tốc độ dòng, quy cách đường ống, nồng độ dung dịch, độ nhớt, hình dạng và mật độ của hạt. Khi tăng dần tốc độ dòng chảy, vật liệu chuyển từ dịch chuyển trượt sang dịch chuyển nhảy, lúc đầu số lần va chạm đáy ống nhiều, sau giảm dần và bằng không, hạt chuyển sang trạng thái di chuyển lơ lửng. Khi tăng tốc độ
lên quá cao hạt có thể trở lại dạng di chuyển nhảy với lực va chạm mạnh hơn.
Vận tốc tới hạn là vận tốc trung bình của dịng mà ứng với vận tốc đó một hạt rắn có
mật độ và kích thước nhất định có thể nổi lơ lửng, chuyển động theo dịng mà khơng bị lắng xuống đáy ống; hay nói một cách khác: “Vận tốc tới hạn là vận tốc mà ở đó các hạt rắn chuyển động trong trạng thái lơ lửng hoặc dịch chuyển nhảy và trượt theo đáy đường ống trong điều kiện tiêu hao năng lượng cho dịch chuyển là nhỏ nhất”. Khi vận tốc dòng nhỏ hơn
vận tốc tới hạn, các hạt rắn sẽ lắng đọng xuống đáy ống làm tăng sức cản chuyển động, mịn ống và có thể làm tắc ống, rất nguy hiểm. Ngược lại nếu vận tốc dòng lớn hơn vận tốc tới hạn quá nhiều thì tổn thất động năng sẽ rất lớn.