hoccokhi.vn Bài giảng Cơ học chất lỏng và khí Chương 5

Chương 5 – Dòng chuyển
động đều trong ống
Viscous flow in pipes/ducts
Hotline: 033 666 2767
Kênh Youtube: Học Cơ Khí
Facebook: https://www.facebook.com/HocCoKhi
Website: www.hoccokhi.vn www.cokhi.org
Email: hoccokhi.info@gmail.com
shared
by
hoccokhi.vn
Tải nhiều tài liệu và video tự học miễn phí tại www.cokhi.org

Tổng quan
• Dòng chuyển động trong ống là vấn đề có ứng dụng
rộng rãi trong kỹ thuật, ví dụ thiết kế hệ thống dẫn
nước, hệ thống tưới tiêu…
• Nghiên cứu các trạng thái chuyển động của lưu chất
trong đường ống
• Tính toán tổn thất năng lượng trong đường ống
• Bài toán đường ống: cho biết thông số hình học
(đường kính, chiều dài) và cấu trúc đường ống (van,
đoạn uốn cong, rẽ nhánh…) xác định tổn thất năng
lượng  tính lưu lượng và công suất của bơm cần thiết
• Các kết quả nghiên cứu liên quan dòng chuyển động
trong đường ống từ thực nghiệm nhiều hơn lý thuyết
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Nội dung - Outline
1.Phương trình cơ bản cho dòng chuyển
động đều trong ống
2.Phân bố vận tốc trong ống
3.Tôn thất dọc đường trong đường ống
4.Tổn thất cục bộ trong đường ống
5.Các dạng bài toán đường ống
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

1. Phương trình cơ bản
s
F2=p2dA
F1=p1dA
Fms
G
Gsin
 =max
 =0
1
1
2
2

chuaån
z1
z2
L
Trong oáng xeùt ñoaïn vi phaân doøng chaûy ñeàu hình truï coù dieän tích dAnhö hình veõ:
Löïc taùc duïng treân phöông doøng chaûy ( phöông s) :
0sin 21  msFFFG 
• Lực khối: trọng lượng
của khối chất lỏng G=γAL
• Lực mặt F1-F2: áp lực
tại hai mặt cắt
• Lực ma sát Fms=τχL
(χ: chu vi ướt)
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

0sin 21  msFFFG 
1. Phương trình cơ bản
Độ dốc
năng lượng
R: bán kính thủy lực
2
/ 4
4
A D D
R
D

 
  
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

2. Phân bố vận tốc
Phân biệt hai trạng thái chuyển động
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

r
r0
dr
u
o
r
r
parabol
2.1 Chuyển động tầng

       


   

 
2
du r Jr
J du
dr 2 2
J r
u C
2 2
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

2.1 Chuyển động tầng
r
r0
dr
u
o
r
r
parabol
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

2.1 Chuyển động rối
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

3. Tổn thất năng lượng dọc đường
Nguyên nhân: do ma sát giữa các lớp chất lỏng với
nhau và giữa chất lỏng và thành rắn. Tổn thất năng
lượng càng lớn khi chuyển động trên đường ống càng dài
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Dùng phương pháp phân tích thứ nguyên, chứng tỏ
tổn thất dọc đường có dạng
λ: hệ số tổn thất dọc đường
 
2
d
L V
h
D 2g
Dòng chuyển động tầng: λ=64/Re
Dòng chuyển động rối: λ=f(Δ/D,Re),
với Δ: chiều cao các mô nhám
Δ/D: độ nhám tương đối
3.2 Công thức Darcy
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Xác định hệ số tổn thất dọc đường λ
λ
transition
Rối thành trơn
thủy lực λ=f(Re)
Rối thành
nhám thủy
lực λ=f(ε,Re)
Rối thành hoàn
tòan nhám λ=f(ε)
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

0,000 01
1 2 3 4 5 7
x103
1 2 3 4 5 7
x104
1 2 3 4 5 7
x105
1 2 3 4 5 7
x106
1 2 3 4 5 7
x107
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 chaûy roái thaønh nhaùm hoaøn toaøn (Khu söùc caûn bình phöông)Khu
Chaûy taàng
Khu chaûy roái
thaønh nhaùm
Khu chaûy roái
thaønh trôn
Khu chuyeån tieáp
Re = vD/

D

ÑOÀTHÒMOODY
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Công
thức
thực
nghiệm
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

2
2d
Q
h L
K

3.2 Công thức Chézy
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

3. Tổn thất năng lượng dọc đường – Ví dụ 1
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

3. Tổn thất năng lượng dọc đường –
3 loại bài toán
1.Xác định tổn thất dọc đường hd (hf1-2): cho
biết d, L, V hay Q,ρ,μ, g. Tính Red giãn đồ
Moody: hệ số λ  tính hd (bài toán thuận)
2.Xác định vận tốc V hay lưu lượng Q: cho biết
d, L, hd, ρ,μ, g (bài toán nghịch: giải trực
tiếp và giải lặp)
3.Xác định kích thước - đường kính d: cho biết
Q, L, hd, ρ,μ, g  (bài toán nghịch: giải trực
tiếp và giải lặp)
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

3 loại bài toán
Bài toán nghịch loại 2- giải trực tiếp
cho biết d, L, hd, ρ,μ, g  tính V hay Q
Đối với mọi dòng chuyển động rối trong ống, sử
dụng công thức thực nghiệm của Cole-brook
 
   
  
1 2,51
2lg
3,71.D Re
Tính được hệ số tổn thất dọc đường ζ (λ)
 tính được Red  vận tốc  lưu lượng Q
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

3 loại bài toán
Bài toán nghịch loại 3- giải lặp
cho biết Q (hay V), L, hd, ρ,μ, g  tính đường
kính d
Số Reynolds phụ thuộc d:
Hệ số tổn thất λ (f) theo
đường kính d
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Ví dụ 6 – bài toán 3
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Ví dụ 7 – bài toán 3
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tổn thất cục bộ-Minor loss in pipe systems
Tính theo công thức thực nghiệm Weisbach:
• Với c là hệ số tổn thất cục bộ tùy thuộc vào cấu trúc
đường ống cục bộ (van, chỗ mở rộng, co hẹp, khúc quanh..)
• V: thông thường vận tốc tại vị trí phía sau
2
2
c c
V
h
g

 Xác định hệ số tổn thất cục bộ: tham khảo
giáo trình Cơ Lưu Chất – Đại Học Bách Khoa
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Đường ống mở rộng đột ngột
Tổn thất cục bộ
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Đường ống mở rộng hay thu hẹpXác định hệ số
tổn thất cục bộ c
V là vận tốc trong ống nhỏ
1
1
2
2
V1,1
V2,2
1VVvôùi
A
A







2
2
1
1 1
2VVvôùi
A
A







2
1
2
2 1
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Cửa vào ống và bồn chứaXác định hệ số tổn thất cục bộ c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Cửa vào ống và bồn chứaXác định hệ số tổn
thất cục bộ c
c =1
 Cửa ra ống và bồn chứa c≈1
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Ống có tiết diện mở rộng dần c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Ống uốn cong bán kính R c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Ống gấp khúc c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tổn
thất cục
bộ-Minor
loss in pipe
systems:
Valve
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Van một chiều- Van bi c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Van một chiều- Van cánh c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

 Van một chiều- Van bướm c
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán đường ống
Tổn thất năng lượng trong đường ống có
chiều dài l và đường kính trong d:
h = hd + hc
Phân biệt đường ống dài, ngắn
• hc<5%hd: đường ống dài  có thể bỏ qua tổn
thất cục bộ
• hc>5%hd: đường ống ngắn tính toán cả tổn
thất cục bộ và tổn thất dọc đường
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán đường ống – Ví dụ 8
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán hệ thống đường ống
Hệ thống nối tiếp
Hệ thống song
song
Hệ thống đường
ống nối bồn chứaHotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán hệ thống đường ống – Hệ thống nối tiếp
* Hệ thống nối tiếp,
cho biết đặc trưng hình
học của mỗi ống: d,l, n
(độ nhám)
* Lưu lượng bằng nhau trong
các đường ống
* Tổn thất năng lượng bằng tổng tổn thất trong ba ống
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

l1; d1; n1 l2; d2; n2
l3; d3; n3
H
0 0
1
1
4. Tính toán hệ thống đường ống – Đường ống nối tiếp
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán hệ thống đường ống – Đường ống nối tiếp – Ví dụ 9
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán
hệ thống
đường ống –
Đường
ống nối
tiếp –
Ví dụ 9
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán hệ thống đường ống – Hệ thống song song
* Hệ thống song song,
cho biết đặc trưng hình
học của mỗi ống: d,l, n
(độ nhám)
* Lưu lượng bằng tổng lưu
lượng trong các đường ống
* Tổn thất năng lượng bằng nhau trong các đường ống
1 2 3Q Q Q Q  
1 2 3f AB f f fh h h h   
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán hệ thống đường ống – Hệ thống song song
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

4. Tính toán hệ thống đường ống – Hệ thống song song –Ví dụ 10
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Hệ thống đường ống nối bồn chứa
Cột áp năng lượng tại J
(pJ là áp suất dư)
Tổng lưu lượng tại nút J
bằng 0  ít nhất một dòng
hướng ra khỏi J
Bỏ qua tổn thất cục bộ,
p1=p2=p3=0, ta có hệ
phương trình
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

l1; d1; n1 l2; d2; n2
l3; d3; n3
A
B
zA
zB
zCC
J
Bài toán : Xem hình veõ, Cho zC = 2,4m; Q3=50lít/s; zB=3,04m. TìmQ1;Q2;zA.
Cho: L1=1250m; d1=0,4m; n1=0,016. A1=0,1256m2
L2=1400m; d2=0,32m; n1=0,016. A2=0,0804m2
L3=800m; d3=0,24m; n1=0,02. A3=0,0452m2
Theo coâng thöùc
RACK 
suy ra K1=1,691 m3/s;
K2=0,933 m3/s
K3=0,347m3/s
Hệ thống đường ống nối bồn chứa – Ví dụ 11
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

2 2 2 2
3 3
3 3 32 2
3 3
( )
2 2 2
C C C
d J C J C J d C C
p V V Q Q
h E E E z E h z L z
g g K A g
            
Theá soá ta ñöôïc EJ=19,06m > EB=3.04m neân nöôùc seõ chaûy töø J ñeán B.
Ta laäp ñöôïc caùc heä phöông trình sau:
Q1 = Q2 + Q3 (1)
2
1
1 12
1
2
2
2 22
2
(2)
(3)
A J d J
J B d B
Q
z E h E L
K
Q
E z h z L
K
   
   
Töø phöông trình (3) ta tính ñöôïc :
Q2 = SQRT((EJ - zB)K2
2/L2)=0,0998 m3/s=100lít/s
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Hệ thống đường ống nối bồn chứa – Giải lặp
- Cho hJ (EJ) một giá trị ban đầu, dựa vào cột
áp năng lượng của các bồn chứa
- Giải hệ phương trình (1-2-3)
- Tính giá trị hiệu chỉnh
22 i
J
i i
di di
QQ
E
Q Q
h h

  

 
- Tính giá trị mới Ej-new=Ej-old+ΔEj
- Tiếp tục giải lặp cho đến khi ΔQ≈0
 Phương pháp giải lặp khi chưa biết chiều của
dòng chuyển động tại điểm giao J
Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

Hotline: 033 666 2767
shared
by
hoccokhi.vn

hoccokhi.vn Bài giảng Cơ học chất lỏng và khí Chương 5

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to hoccokhi.vn Bài giảng Cơ học chất lỏng và khí Chương 5

Similar to hoccokhi.vn Bài giảng Cơ học chất lỏng và khí Chương 5 (20)

More from Học Cơ Khí

More from Học Cơ Khí (20)

hoccokhi.vn Bài giảng Cơ học chất lỏng và khí Chương 5