Thí nghiệm thủy lực

www.hutech.edu.vn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
THÍ NGHIỆM THỦY LỰC
Biên Soạn:
ThS. Võ Minh Thiện

THÍ NGHIỆM THỦY LỰC
Ấn bản 2015

MỤC LỤC I
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................I
HƢỚNG DẪN.......................................................................................................... III
BÀI 1: THÍ NGHIỆM THỦY TĨNH..................................................................................... 1
1.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM THỦY TĨNH .................................................................... 1
1.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT......................................................................................... 1
1.2.1 Mặt đẳng áp ................................................................................................... 1
1.2.2 Áp kế chất lỏng............................................................................................... 1
1.2.3 Tính toán trọng lượng riêng của chất của chất lỏng.............................................. 2
1.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ........................................................................................ 2
1.3.1 Bộ thí nghiệm thủy tĩnh ................................................................................... 2
1.3.2 Bộ thí nghiệm mao dẫn.................................................................................... 3
1.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM....................................................................................... 3
1.5 HƢỚNG DẪN TÍNH TOÁN PHƢƠNG TRÌNH........................................................... 3
1.5.1 Tính toán áp suất tĩnh của khí trong bình T......................................................... 3
1.5.2 Tính toán trọng lượng riêng của các chất lỏng trong ống chữ U ............................ 4
1.5.3 Tính sai số của phương pháp đo áp suất............................................................. 4
1.5.4 Tính sai số xác định  của các chất lỏng trong các ống chữ U ............................... 5
BÀI 2: THÍ NGHIỆM REYNOLDS ................................................................................... 7
2.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM ...................................................................................... 7
2.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT......................................................................................... 7
2.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ........................................................................................ 9
2.3.1 Thiết bị thí nghiệm. (H2.1) ............................................................................... 9
2.3.2 Các thiết bị khác khác...................................................................................... 9
2.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM..................................................................................... 10
2.5 HƢỚNG DẪN TÍNH TOÁN................................................................................... 10
2.6 NỘI DUNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM................................................................. 11
BÀI 3: THÍ NGHIỆM PHƢƠNG TRÌNH NĂNG LƢỢNG .................................................. 12
3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM .................................................................................... 12
3.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT....................................................................................... 12
3.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ...................................................................................... 13
3.3.1 Thiết bị thí nghiệm ........................................................................................ 13
3.3.2 Thiết bị khác................................................................................................. 14
3.5 HƢỚNG DẪN TÍNH TOÁN PHƢƠNG TRÌNH......................................................... 14
3.6.1 Phúc trình .................................................................................................... 17
BÀI 4: THÍ NGHIỆM DÕNG CHẢY QUA LỖ .................................................................. 18

II MỤC LỤC
4.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT ...................................................................................... 18
4.3.1 Thiết bị thí nghiệm .........................................................................................20
4.3.2 Thiết bị khác..................................................................................................20
4.6.1 Phần chuẩn bị................................................................................................23
4.6.2 Kết quả đo ....................................................................................................23
4.6.3 Tính toán ......................................................................................................24
BÀI 5: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN THẤT NĂNG LƢỢNG TRONG ỐNG DẪN ............... 26
5.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT ...................................................................................... 26
5.2.1 Mất năng lượng đường ....................................................................................27
5.2.2 Mất năng lượng cục bộ....................................................................................28
5.3.1 Thiết bị thí nghiệm .........................................................................................29
5.3.2 Thiết bị khác..................................................................................................31
5.4.1 Đo mất năng trong đường ống 1 ......................................................................31
5.4.2 Đo mất năng trong đường ống 2 ......................................................................32
5.4.3 Đo mất năng trong đường ống 4, 5, 6...............................................................32
5.6.1 Câu hỏi chuẩn bị ............................................................................................33
5.6.2 Kết quả đo ....................................................................................................33
5.6.3 Phần tính toán và trình bày kết quả..................................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 38

HƢỚNG DẪN III
HƢỚNG DẪN
MÔ TẢ MÔN HỌC
Giáo trình THÍ NGHIỆM THỦY LỰC nhằm tóm tắt cho sinh viên kiến thức lý thuyết
cơ bản các vấn đề liên quan đến thí nghiệm, mô tả các thiết bị, các trình tự thí
nghiệm và đồng thời hƣớng dẫn cách tính toán phúc trình. Với các nội dung trên, tập
sách này sẽ giúp cho sinh viên có thể thực hành và hiểu rõ các bài thí nghiệm cho dù
chƣa đƣợc học qua phần lý thuyết. Dùng kèm theo tập HƢỚNG DẪN THÍ NGHIỆM CƠ
LƢU CHẤT, sinh viên cần có tập PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM để ghi chép các số liệu đo
đạc và trình bày các kết qủa thí nghiệm.
NỘI DUNG MÔN HỌC
- Bài 1: THỦY TĨNH: Bài này giúp sinh viên hiểu rõ phƣơng trình cơ bản của thủy
tĩnh học và biết vận dụng nó trong một số vấn đề liên quan tới lƣu chất không nén
đƣợc ở trạng thái tĩnh.
- Bài 2: THÍ NGHIỆM REYNOLDS: Bài này giúp cho sinh viên phân biệt đƣợc các
trạng thái chuyển động của chất lỏng và xác đinh giá tri tới hạn của các trạng thái
chảy.
- Bài 3: THÍ NGHIỆM PHƢƠNG TRÌNH NĂNG LƢỢNG: Khảo sát phƣơng trình
Bernouilli trong dòng chảy có diện thay đổi dần.
- Bài 4: THÍ NGHIỆM DÕNG CHẢY QUA LỖ: Khảo sát dòng chảy qua lỗ nhỏ thành
mỏng và các hệ số lƣu tốc, hệ số lƣu lƣợng.
- Bài 5: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN THẤT NĂNG LƢỢNG TRONG ỐNG DẪN:
 Khảo sát mất năng dọc đƣờng của dòng chảy trong ống tròn với các tiết diện,
chiều dài và chất liệu ống khác nhau. Xác định hệ số mất năng  và hệ số
nhám n của từng đoạn ống
 Khảo sát các loại mất năng cục bộ (mất năng tại chỗ mở rộng, co hẹp, đoạn
ống cong, qua các loại van...). Xác định hệ số mất năng cục bộ 

IV HƢỚNG DẪN
YÊU CẦU MÔN HỌC
Ngƣời học phải dự học đầy đủ các buổi thí nghiệm trên lớp và làm báo cáo thí
nghiệm ở nhà
CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC
Để học tốt môn này, ngƣời học cần đọc trƣớc các bƣớc chuẩn bị mẫu thí nghiệm,
trình tự thí nghiệm, cách ghi kết quả đo đạc và tính toán kết quả thí nghiệm.
PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
Môn học đƣợc đánh giá gồm:
 Điểm quá trình: 30%. Hình thức và nội dung do GV quyết định, phù hợp với quy
chế đào tạo và tình hình thực tế tại nơi tổ chức học tập.
 Điểm báo cáo thí nghiệm: 70%. Sinh viên làm báo cáo thí nghiệm ở nhà và nộp
báo cáo thí nghiệm sau khi kết thúc môn học

BÀI 1: THÍ NGHIỆM THỦY TĨNH 1
BÀI 1: THÍ NGHIỆM THỦY TĨNH
1.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM THỦY TĨNH
Giúp sinh viên hiểu rõ phƣơng trình cơ bản của thủy tĩnh học và biết vận dụng nó
trong một số vấn đề liên quan tới lƣu chất không nén đƣợc ở trạng thái tĩnh.
1.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT
Trạng thái của lƣu chất tĩnh, không nén đƣợc đƣợc mô tả bởi phƣơng trình cơ bản:
 

(1.1)
Với z là cao độ của một điểm bất kỳ trong khối lƣu
chất tĩnh có trọng lƣợng riêng không đổi  và p là áp
suất thủy tĩnh tại điểm đó. Từ phƣơng trình này, ta có
thể có một vài vận dụng sau :
1.2.1 Mặt đẳng áp
Hình ảnh cụ thể của mặt đẳng áp mà ta quan sát thấy là các mặt thoáng. Khi áp
suất bên trên mặt thoáng ở các phần khác nhau của nó bằng nhau thì cao độ của các
phần mặt thoáng đó phải bằng nhau.
1.2.2 Áp kế chất lỏng
Ta có thể vận dụng phƣơng trình cơ bản (1.1) để tính toán áp suất tại một điểm
bất kỳ trong khối lƣu chát tĩnh. Nếu biết tại một điểm có cao độ z0 áp suất là p0 thì
tại điểm có cao độ z (xem H1.1), áp suất sẽ là :
  h
p
z
z
p
p 
 



 0
0
0 (1.2)
Bằng cách đo chiều cao h, ta có đƣợc áp suất p.

2 BÀI 1: THÍ NGHIỆM THỦY TĨNH
1.2.3 Tính toán trọng lƣợng riêng của chất của chất lỏng
Nếu ta biết cả p0, p lẫn z0 và z, từ (1.2) ta tính đƣợc trọng lƣợng riêng của chất lỏng:
 


(1.3)
Phƣơng trình cơ bản (1.1) đƣợc thiết lập khi đã loại bỏ ảnh hƣởng của mao dẫn.
Trong trƣờng hợp chất lỏng bên trong một ống nhỏ có đƣờng kính d<3mm thì ảnh
của mao dẫn là đáng kể, phƣơng trình (1.1) không còn chính xác nữa. Nếu chất lỏng
là nƣớc, cồn, dầu... thì nó sẽ dâng lên trong ống, cò nếu chất lỏng là thủy ngân thì nó
sẽ dâng thấp hơn bình thƣờng.
1.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Thiết bị thí nghiệm bao gồm 2 bộ: bộ thí nghiệm thủy tĩnh và bộ thí nghiệm mao dẫn.
1.3.1 Bộ thí nghiệm thủy tĩnh
(xem H1.2) gồm có 2 phần:
- Dàn áp kế 10 ống đƣợc đánh số từ 1 tới 10 gắn trên bảng khắc cao độ (kẻ ly).
Đƣờng kính các ống di=5mm (trừ ống số 2 có d2=3mm). Trong các ống này, cặp
ống 1-3 đƣợc dùng làm áp kế chất lỏng để đo áp suất khí trong bình T; ống số 2
đƣợc dùng để quan sát hiện tƣợng mao dẫn; 3 ống chữ U là các cặp ống 4-5, 6-7

Đ

         



và 8-9 trong có chứa các chất lỏng cần xác định trọng lƣợng riêng và ống số 10
cùng với ống số 3 đƣợc dùng để quan sát mặt đẳng áp. a'p suất trên mặt thoáng
của các ống 1, 4, 6, 8 là áp suất khí trong bình T. Cao độ mực chất lỏng trong các
ống đƣợc ký hiệu là Li.
- Bộ phận tạo áp suất gồm bình tĩnh T kín khí và bình động D treo trên ròng rọc 12
trong chứa nƣớc. Nhờ tay quay 11 ta có thể thay đổi độ cao của bình D, làm cho
khí trong bình T có các áp suất khác nhau.
1.3.2 Bộ thí nghiệm mao dẫn
(xem H1.3) gồm hệ thống 5 ống có đƣờng kính khác nhau thông với nhau, bên
trong chứa nƣớc hoặc dầu. đƣờng kính các ống lần lƣợt từ lớn tới nhỏ là: 21.8mm,
3.6mm, 2.8mm, 1.6mm và 0.9mm.
1.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Dùng tay quay 11 đƣa bình Đ lên vị trí cao (mặt thoáng bình Đ cao hơn mặt
thoáng bình T khoảng zD-zT=1520cm).
- Tiến hành đo cao độ mực chất lỏng trong các ống đo áp từ số 1 đến số 10 và ghi
lại vào bảng.
- Hạ bình Đ xuống vị trí trung bình (zD-zT=(57cm)) và thấp (zD-zT=-15-20cm).
- Tiến hành đo đạc và ghi kết quả vào bảng tƣơng tự nhƣ mục 2.
2. Quan sát mực chất lỏng trong các ống của bộ thí nghiệm mao dẫn. Ghi lại nhận xét.
3. Đo và ghi lại áp suất và nhiệt độ không khí.
1.5 HƢỚNG DẪN TÍNH TOÁN PHƢƠNG TRÌNH
1.5.1 Tính toán áp suất tĩnh của khí trong bình T
Từ (1.2), áp suất trong bình T đƣợc tính :
 
1
3
2
L
L
p
p O
H
a
T 

  (1.4a)
-

Trọng lƣợng riêng của nƣớc trong bình H2O đƣợc xác định tùy thuộc nhiệt độ của
môi trƣờng. Nếu lấy pa=0, ta tính đƣợc áp suất dƣ:
 
1
3
2
L
L
p O
H
Td

  (1.4b)
Cho 3 vị trí của bình, ta tính đƣợc 3 giá trị áp suất.
1.5.2 Tính toán trọng lƣợng riêng của các chất lỏng trong
ống chữ U
Xét chất lỏng có trọng lƣợng riêng , ở trạng thái tĩnh trong 2 nhánh i và i+1 của
ống chữ U. áp suất trong bình T cũng có thể đƣợc tính :
 
i
i
a
T L
L
p
p 

 1

So sánh nó với (1.4), ta rút ra đƣợc công thức tính trọng lƣợng riêng của chất lỏng này:
 
 
i
i
O
H
L
L
L
L



1
1
3
2

 (1.5)
1.5.3 Tính sai số của phƣơng pháp đo áp suất
Vận dụng lý thuyết về sai số, từ công thức (1.4b) ta xác định sai số tƣơng đối p
của phép đo áp suất dƣ:
   
 
1
3
1
3
1
3
1
3
2
2
2
2
L
L
L
L
L
L
L
L
p
p
O
H
O
H
O
H
O
H
T
T
p
d
d


















Nhƣ vậy, sai số tƣơng đối  của phép đo áp suất dƣ là tổ hợp của 2 giá trị sai số
tƣơng đối :
- Sai số tƣơng đối do việc xác định trọng lƣợng riêng của nƣớc:   
 
- Sai số tƣơng đối do việc đọc cao độ trên thang chia:  



 
Nhƣ vậy:
  
  
(1.6)
Thông thƣờng ta lấy H2O=0,12% và L1=L3=0,5mm

1.5.4 Tính sai số xác định  của các chất lỏng trong các ống
chữ U
Từ công thức (1.5) ta xác định sai số tƣơng đối  của phép đo trọng lƣợng riêng
của chất lỏng trong ống chữ U:





   







     
Hay :
   
  
  
(1.7)
Ta cũng lấy H2O=0,12% và L1=L3=Li=Li+1=0,5mm
NỘI DUNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
Câu hỏi chuẩn bị (Sinh viên phải làm phần này trƣớc khi tới làm thí
nghiệm, nếu không đạt yêu cầu, thì không đƣợc phép làm thí nghiệm)
Câu 1: Để kiểm tra mặt chuẩn của các thƣớc đo ta phải làm gì?
Câu 2: Tiến hành thí nghiệm với bộ thí nghiệm thủy tĩnh, ta đo các số liệu nào?
Câu 3: Thí nghiệm thủy tĩnh đƣợc thực hiện cho bao nhiêu trƣờng hợp?
Câu 4: Bằng cách nào ta thay đổi áp suất khí trong bình T giữa các lần đo?
Câu 5: Ta phải đo thêm áp suất và nhiệt độ không khí trong phòng để làm gì?
KẾT QUẢ ĐO VÀ QUAN SÁT
1. Ứng với 3 vị trí tƣơng đối của bình Đ so với bình T, ghi giá trị đo của 9 ống đo áp
và nhóm ống 2 vào bảng 1.
Bảng 1a. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC
TT L1 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 GHI CHÚ
1
2
3
(Ghi chú: đơn vị đo là cm)

Bảng 1b. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC TRÊN NHÓM ỐNG 2
STT L21 L22 L23 Ghi chú
1
2
3
2. Áp suất và nhiệt độ không khí khi tiến hành thí nghiệm là: Pa =mmHg;t0
=0
C
PHẦN TÍNH TOÁN VÀ TRÌNH BÀY KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Trong bộ thí nghiệm thủy tĩnh, mực nƣớc của những ống hoặc bình nào bằng
nhau? Tại sao?
2. Trong bộ thí nghiệm thủy tĩnh, mực nƣớc của những ống nào không tuân theo quy
luật thủy tĩnh. Tại sao?
3. Trọng lƣợng riêng của nƣớc là: (tra bảng)
H2O = N/m3
4. Tính áp suất tuyệt đối, áp suất dƣ của khí trong bình T và sai số tƣơng đối của áp
suất này trong các trƣờng hợp đo. Kết quả điền vào bảng 2.
5. Tính trọng lƣợng riêng của 3 chất lỏng 4 - 5, 6 - 7, 8 - 9 và sai số tƣơng đối của
các trọng lƣợng riêng này cho các trƣờng hợp đo. Kết quả điền vào bảng 2.
Bảng 2. Kết quả tính toán
TT
pt pd  4-5 6-7 8-9 4-5 6-7 8-9
103
N/m2
% 103
N/m3
%
1
2
3

BÀI 2: THÍ NGHIỆM REYNOLDS 7
BÀI 2: THÍ NGHIỆM REYNOLDS
2.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Thí nghiệm giúp cho sinh viên phân biệt đƣợc các trạng thái chuyển động của chất lỏng:
- Trạng thái chảy tầng.
- Trạng thái chảy rối.
- Trạng thái chảy phân giới.
2. Xác đinh giá tri tới hạn của các trạng thái chảy.
Thí nghiệm Reynolds là thí nghiệm do nhà bác học ngƣời Anh - Osborne Reynolds
(1883) tiến hành để nghiên cứu các trạng thái chảy trong đƣờng ống.
Khi làm thí nghiệm ông đƣa ra kết luận sau đây:
1. Khi vận tốc dòng chảy V trong ống bé ( nhỏ hơn một vận tốc Vk nào đó), thì các
phần tử lƣu chất trong ống chuyển động theo tầng lớp nhất định, không bị xáo lộn.
Trạng thái chảy này đƣợc định nghĩa là trạng thái chảy tầng.
2. Nếu tăng vận tốc dòng chảy lên, các phần tử chất lỏng bắt đầu chuyển động không
theo một phƣơng nhất định nữa. Và nếu tiếp tục tăng vận tốc dòng chảy, lƣu chất
sẽ chuyển động hỗn loạn, vô trật tự. Trạng thái chảy này đƣợc định nghĩa là
trạng thái chảy rối.
3. Trạng thái chuyển tiếp giữa chảy tầng và chảy rối đƣợc gọi là trạng thái chảy
phân giới và vận tốc dòng chảy Vk tƣơng ứng với trạng thái này đƣợc gọi là vận
tốc tới hạn. Trong trạng thái chuyển tiếp này, tồn tại hai vận tốc tới hạn: Vktrên
là vận tốc tới hạn khi dòng chảy chuyển trạng thái từ tầng sang rối (vận tốc dòng

8 BÀI 2: THÍ NGHIỆM REYNOLDS
tăng dần) và Vkdƣới là vận tốc tới hạn khi dòng chảy chuyển trạng thái từ rối sang
tầng (vận tốc dòng giảm dần).
Khi lƣu chất thay đổi trạng thái, do quán tính, lƣu chất cố bảo tồn trạng thái cũ
đến khi có thể, vì thế, thí nghiệm cho thấy Vktrên>Vkdƣới ,
Để phân biệt các trạng thái chảy, Reynolds đƣa ra một tiêu chuẩn, gọi là số
Reynolds:


(2.1)
Trong đó: V- lƣu tốc ; d- Đƣờng kính ống ; : hệ số nhớt động học.Ứng với
Vktrên có Rektrên ; ứng với Vkdƣới có Rekdƣới. Kết quả thí nghiệm cũng chứng
tỏ rằng Rektrên lớn và dao động trong phạm vi khá rộng. Nếu tiến hành thí nghiệm
trong điều kiện đặc biệt "yên tĩnh" ở miệng vào, thì có thể kéo dài trạng thái chảy
tầng đến số Rektrên=5.104; thông thƣờng Rektrên=1200050000; còn
Rekdƣới=2320 cho mọi loại chất lỏng và đƣờng kính ống khác nhau. Vì vậy, ngƣời ta
lấy Rekdƣới làm tiêu chuẩn để phân biệt trạng thái chảy .
Khi Re < 2320 ta có trạng thái chảy tầng
Khi Re > 2320 ta có trạng thái chảy rối.

2.3.1 Thiết bị thí nghiệm. (H2.1)
1. Bình đựng nƣớc màu.
2. Van điều chỉnh nƣớc màu (khoá K2)
3. Ống dẫn nƣớc màu
4. Bình chứa nƣớc
5. Ống xả nƣớc dƣ để giữ cho mực nƣớc
trong bình đƣợc ổn định
6. Ống cẫp nƣớc
7. Ống xả ở đáy
8. Bệ đỡ thí nghiệm
9. Ống quan sát trạng thái chảy, (có
đƣờng kính D=14mm)
10. Van điều chỉnh lƣu lƣợng ra (khoá K1)
11. Van điều chỉnh lƣu lƣợng vào
2.3.2 Các thiết bị khác khác
Đồng hồ bẫm giây, bình đo thể tích, nhiệt kế đo nhiệt độ của nƣớc, bảng tra độ
nhớt của nƣớc theo nhiệt độ.

10 BÀI 2: THÍ NGHIỆM REYNOLDS
Trƣớc tiên cần chọn loại mực màu sao cho nƣớc  nƣớc màu.
Trong quá trình thí nghiệm cần giữ cho mực nƣớc ở bình chứa nƣớc (4) là không
đổi và yên tĩnh bằng cách điều chỉnh van lƣu lƣợng vào (11).
Làm thí nghiệm 2 lần nhƣ sau:
Lần 1: Thí nghiệm với vận tốc dòng chảy tăng dần:
Mở khoá K1 cho vận tốc dòng chảy trong ống nghiệm (9) rất bé và đợi cho dòng
chảy ổn định, sau đó mở khoá K2 cho dòng mực màu chảy vào ống, điều chỉnh khóa
K1 để vận tốc dòng tăng dần trong ống và thiết lập 4 trạng thái chảy khác nhau.
Quan sát dòng mực màu giữa ống. Để xác định lƣu lƣợng trong ống, đo thể tích nƣớc
W chảy qua ống trong thời gian t bằng bình đo và đồng hồ bấm giây; số liệu đo đƣợc
ghi vào bảng 1.
Lần 2: Thí nghiệm với vận tốc dòng chảy giảm dần:
Mở thật rộng khoá K1, sau đó mở khoá K2 cho dòng mực màu chảy vào, đóng K1
từ từ cho vận tốc dòng giảm dần để thiết lập 4 trạng thái chảy khác nhau trong ống.
Quan sát dòng mực màu giữa ống và tiến hành đo thể tích nƣớc W chảy qua ống
trong thời gian t bằng bình đo và đồng hồ bấm giây; số liệu đo đƣợc ghi vào bảng 2.
(Bảng 1 và 2 đƣợc in trong phần phúc trình thí nghiệm)
2.5 HƢỚNG DẪN TÍNH TOÁN
1. Tính lƣu lƣợng (Q=W/t), vận tốc (V=Q/A) và số Reynolds (theo công thức 2.1 )
tại từng thời điểm ứng với 2 lần đo.
Trong đó A là tiết diện ống nghiệm (ống (9))
2. Tìm ra số Re tới hạn và vận tốc tới hạn từ kết quả tính toán (của dòng chảy từ
tầng sang rối và từ rối sang tầng) trong 2 lần đo. Chỉ ra sự khác nhau của hai số
Re đó và giải thích.
3. Nhận xét về tính dao động của hai số Reynolds tới hạn trên. Giải thích.

4. So sánh các số Reth tính đƣợc từ thực đo và Reth theo kết quả thực nghiệm của
Reynolds. Nếu có sự sai khác, phân tích nguyên nhân sai khác.
2.6 NỘI DUNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
Câu hỏi chuẩn bị
(Sinh viên phải làm phần này trƣớc khi tới làm thí nghiệm, nếu không đạt
yêu cầu, thì không đƣợc phép làm thí nghiệm)
1. Dùng tiêu chuẩn gì để phân biệt các trạng thái chảy của lƣu chất?
2. Tại sao phải giữ cho mực nƣớc trong bình chứa (8) là không đổi? Nêu nguyên tắc
làm.
3. Để điều chỉnh vận tốc dòng chảy trong ống ta phải làm sao?
4. Kể ra các dụng cụ để đo lƣu lƣợng và cách sử dụng
5. Trong bài thí nghiệm này, nƣớc đầu vào qua van 2 và lƣợng nƣớc đầu ra qua van
14 có bằng nhau không? Giải thích.
KẾT QUẢ ĐO VÀ TÍNH TOÁN
Sinh viên tiến hành đo nhiệt độ nƣớc và thí nghiệm, kết quả ghi vào bảng 1 và 2.
Nhiệt độ nƣớc t0
:
0
C Hệ số nhớt động học  =
Bảng 1: Dòng chảy chuyển từ tầng sang rối
Thời gian Thể tích W (cm3
) Lƣu lƣợng Q (cm3
/s)
QTB
(cm3
/s)
Vận tốc
VTB(cm/s)
ReTB
1
W1= 30
W2= 30
W3= 30
2
W1= 30
W2= 30
W3= 30
3
W1= 30
W2= 30
W3= 30
4
W1= 30
W2= 30
W3= 30

12 BÀI 3: THÍ NGHIỆM PHƢƠNG TRÌNH NĂNG LƢỢNG
BÀI 3: THÍ NGHIỆM PHƢƠNG
TRÌNH NĂNG LƢỢNG
3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát phƣơng trình Bernouilli trong dòng chảy có diện thay đổi dần.
Dòng chảy ổn định từ mặt cắt 1-1 tới mặt cắt 2-2 (xem H3.1) có thể đƣợc mô tả
bởi phƣơng trình Bernoulli :
     




(3.1)
Với zi, pi, vi là cao độ, áp suất và vận tốc của dòng chảy tại mặt cắt i; hf12 là tổn
thất cột áp (tổn thất năng lƣợng) của dòng chảy từ mặt cắt 1-1 tới mặt cắt 2-2;  là
hệ số sửa chữa động năng.. Nếu bỏ qua tổn thất cột áp, phƣơng trình (3.1) đƣợc viết:
  


(3.2)
Phƣơng trình (3.2) cho ta thấy đƣợc sự chuyển hóa qua lại giữa thế năng   và
động năng  của dòng chảy. Đi từ mặt cắt có diện tích nhỏ sang mặt cắt có diện
tích lớn, động năng của dòng chảy giảm dần và thế năng của dòng chảy tăng lên một
lƣợng tƣơng ứng.

BÀI 3: THÍ NGHIỆM PHƢƠNG TRÌNH NĂNG LƢỢNG 13
Ngƣời ta cũng thƣờng gọi thế năng   là cột áp tĩnh, động năng  là cột áp
vận tốc và tổng 2 số hạng này là năng lƣợng toàn phần của dòng chảy hay cột áp
toàn phần.
3.3.1 Thiết bị thí nghiệm
Bộ thí nghiệm Bernoulli (xem H3.2) gồm có một ống Ventury 1 gắn trên bàn thủy
lực và một dàn áp kế chất lỏng 2. Ống Ventury có tiết diện thay đổi dần với góc vào
14o và góc ra 21o. Trên thành ống có khoan 7 lỗ nhỏ tại các mặt cắt a, b, c, d, e, f và
chúng đƣợc nối vào các ống đo áp từ 1 tới 7 để đo áp suất tĩnh của dòng chảy tại các
mặt cắt này. Đƣờng kính của ống Ventury tại các mặt cắt nhƣ sau :
Da = 25.0 mmDb = 13.9 mmDc = 11.9 mm
Dd = 10.7 mmDe = 10.0 mmDf = 25.0 mm
Ngoài ra bên trong ống Ventury còn có gắn đầu tiếp nhận áp suất toàn phần (kim
đo 3) của dòng chảy. Đầu tiếp nhận áp suất này có thể di chuyển dọc theo trục ống
để tới các mặt cắt khác nhau. Áp suất nhận từ đầu tiếp nhận này đƣợc đo trên ống đo
áp suất số 8.
Khí bên trên các ống đo áp thông với nhau và đƣợc cô lập với không khí bên ngoài.

14 BÀI 3: THÍ NGHIỆM PHƢƠNG TRÌNH NĂNG LƢỢNG
3.3.2 Thiết bị khác
- Bàn bàn thuỷ lực gồm máy bơm 4 có nhiệm vụ cung cấp lƣu lƣợng cho ống
Ventury và thùng đo thể tích 5 dùng để đo lƣu lƣợng qua ống Ventury. Lƣu lƣợng
có thể đƣợc điều chỉnh nhờ van 7. Sau mỗi lần đo thể tích, van 6 đƣợc nhấc lên để
nƣớc quay trở về thùng chứa và tiếp tục tuần hoàn trong hệ thống.
- Đồng hồ bấm giây.
1. Hƣớng miệng ra của ống Ventury vào thùng đo thế tích của bàn thủy lực.
3. Bật công tắc máy bơm và điều chỉnh van 7 để có lƣu lƣợng thích hợp (mực nƣớc
trong tất cả các ống đo áp nằm trong khoảng đo đƣợc và có sự chênh lệch rõ rệt
mực nƣớc giữa các ống đo áp này).
4. Đợi khoảng 5 phút cho hệ thống thí nghiệm hoạt động ổn định, tiến hành đo lƣu
lƣợng của ống Ventury. Hạ van 6 để đóng lỗ xả thùng đo thể tích, đợi mực nƣớc
trong ống chỉ thị thể tích 8 dâng tới 1,5 lít thì bắt đầu bấm đồng hồ đếm giây.
Sau khoảng 1520 giây, bấm đồng hồ lần nữa để ngừng đếm, đồng thời đọc chỉ số
thể tích của ống đo 8 tại thời điểm này. Ghi lại thời gian đo cũng nhƣ thể tích
thùng ở 2 thời điểm đầu và cuối. Nhấc van 6 lên để xả nƣớc trong thùng ra và lặp
lại phép đo thêm 2 lần nữa để lấy giá trị trung bình. để đạt độ chích xác cao,
khoảng thời gian đo không nên quá ngắn (>10,0 giây) và chênh lệch thể tích ở 2
thời điểm đo cũng không nên quá nhỏ (>2,0 lít).
5. Lần lƣợt đẩy kim đo 3 đến các mặt cắt a, b, c, d, e và f. Tại mỗi mặt cắt, đo đồng
thời độ dâng mực nƣớc ống đo áp tƣơng ứng với mặt cắt và mực nƣớc dâng trong
ống đo áp số 8.
6. Rút kim đo về cuối ống (qua khỏi mặt cắt f) để loại bỏ ảnh hƣởng của nó trong
dòng chảy, đo đồng thời độ dâng cột áp tại tất cả các mặt cắt, từ mặt cắt a tới mặt cắt f.
3.5 HƢỚNG DẪN TÍNH TOÁN PHƢƠNG TRÌNH
Lƣu lƣợng nƣớc chảy qua ống Ventury đƣợc đo bằng thùng đo thể tích. Gọi V0 là
thể tích nƣớc trong thùng khi bắt đầu đo. Nếu sau khoảng thời gian t, thể tích nƣớc
trong thùng đo đƣợc là V1 thì lƣu lƣợng chảy qua ống Ventury sẽ là :

Thí nghiệm thủy lực

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thí nghiệm thủy lực

Similar to Thí nghiệm thủy lực (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thí nghiệm thủy lực