Vật lý - Chương V: Dòng chảy đều trong ống

CHƯƠNG V: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG ỐNGCác khái niệmPhương trình cơ bản của dòng chảy đềuTổn thất cột áp dọc đườngTổn thất cột áp cục bộTính toán thủy lực đường ốngI. Hai trạng thái chảy1. Hai trạng thái chảy.Chảy tầng: ReD  2300Chảy rối: ReD > 23002. Mô hình BoussinesqPhân tích Reynolds: ( - vận tốc trung bình thời gian; u’ – vận tốc mạch động)Mô hình Boussinesq:Vận tốc tính toán là vận tốc trung bình thời gian.Lưu chất trong chuyển động rối có độ nhớt là độ nhớt hiệu dụng: Mô hình Prandtl (1925)tu(Chảy rối)utu(Chảy tầng)u(t – độ nhớt rối)I. Hai trạng thái chảy3. Lớp mỏng chảy tầng. >  -> chế độ chảy thành trơn thủy lực   -> chế độ chảy thành nhám thủy lực(Lõi rối)(Lớp mỏng chảy tầng)II. Phương trình cơ bản của dòng chảy đều:1. Phương trình cơ bản.Ngoại lực tác dụng trên phươngchuyển động:Gs = lAsin - trọng lựcP1 - P2 = (p1- p2)A – áp lựcFms = 0lP – lực msát trên vỏ ốngPtrình bthiên đlượng trên phương s:Ptrình Bernoulli cho đoạn dòng chảy từ m/c 1-1 -> m/c 2-2:Từ (1) và (2) =>P1P2GGss1122lV1V20lsinz1z200II. Phương trình cơ bản của dòng chảy đều:2. Lời giải.Xét mặt trụ bán kính r, ptrình cơ bản của dòng đều:a) Chảy tầng.b) Chảy rối.Xét mặt trụ bán kính r sát thành ống, r  R0:Tích phân cho kết quả:rR0yLớp mỏûng chảy tầngĐường cong ParabolĐường cong LogarityIII. Tổn thất cột áp dọc đường:1. Công thức Darcy.Từ phương trình cơ bản của dòng đều rút ra:Ứng suất ma sát được xác định bằng thức nghiệm:Thay 0 từ (2) vào (1), rút ra: - hệ số tổn thất cột áp dọc đường hoặc hệ số ma sát đường ống được xác định bằng thực nghiệm với:hoặc cho ống tròn(1)(2)III. Tổn thất cột áp dọc đường Thí nghiệm Nikurade (1933):Các công thức thực nghiệm - Chảy tầng (ReD 4000):(Colebrook-1939)(Altsun-?)III. Tổn thất cột áp dọc đường (tt) - Đồ thị Moody (1944):III. Tổn thất cột áp dọc đường2. Công thức Chezy.Công thức Chezy:So sánh với công thức Darcy:Số Chezy thường được tính theo công thức Manning:Các công thức suy diễn từ Chezy:(C - Số Chezy)(n - hệ số nhám Manning)(K – module lưu lượng)IV. Tổn thất cột áp cục bộ:1. Khái niệm.Trong đoạn lm:2. Công thức Darcy - Weisbach( - hệ số tổn thất cột áp cục bộ)lm  (2050)DPPhcbEEV. Tính toán thuỷ lực đường ống:1. Giới thiệu.Các phương trình, công thức cơ bản:Ptrình Bernoulli cho dòng chảyPtrình liên tụcCác công thức tính tổn thất cột áp (tổn thất cột áp dọc đườøng và cục bộ)Các giả thiết:lm << l  lm = 0 và hl tính với tòan bộ chiều dài đường ốngKhoảng cách giữa các điểm có tổn thất cột áp cục bộ phải đủ lớn ( lm)Khái niệm đường ống dài về mặt thủy lực:là đường ống có hcb << hl (< 5%hl)Ptrình Bernoulli cho dòng chảy trong đọan đường ốngV. Tính toán thuỷ lực đường ống2. Các bài toán.a. Đường ống ngắn về mặt thủy lực.Chỉ xét đường ống đơn giảnXem bài toán tổng quát. Ptrình Bernoullitừ mcắt 1-1 tới mcắt 2-2: đưa tới: vớiTừ ptrình trên nếu cho Q sẽ tính được H, hoặc ngược lại nếu cho H sẽ tính được Qd1, l1, 1d2, l2, 2H12 (Vd2)112200V2QV. Tính toán thuỷ lực đường ốngb. Đường ống dài về mặt thủy lực.b1. Đường ống đơn giảnXem bài toán tổng quát. Ptrình  Bernoulli từ mcắt 1-1 tới mcắt 2-2: đưa tới:Từ ptrình trên nếu cho trước 2 trong số 3 thông số Q, H và HB, sẽ tính được thông số còn lại.d1, l1, n1d2, l2, n211V2QHB22V. Tính toán thuỷ lực đường ốngb2. Đường ống gắn nối tiếp Trong tính toán được thay thế bằng 1 ống tương đương với:b3. Đường ống gắn song song Trong tính toán được thay thế bằng 1 ống tương đương với:ABAB123TĐQQAB123QABTĐQ