Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi - CHUYỂN ĐỘNG THẾ & LỚP BIÊN doc

Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 67

CHƯƠNG IV
CHUYỂN ĐỘNG THẾ & LỚP BIÊN
Potential Flow & Boundry Layers
***
⇓4.1 CHUYỂN ĐỘNG THẾ
I. Khái niệm về lưu số
II. Các tính chất cơ bản của chuyển động thế
III. Nguyên lý JU-CỐP-SKI
IV. Thế phức
V. Một vài ví dụ hàm phức trong dòng chảy thế phẳng
⇓4.2 LỚP BIÊN
I. Khái niệm
II. Phương trình lớp biên phẳng
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 68

⇓4.1 CHUYỂN ĐỘNG THẾ

I. Khái niệm về lưu số:
Cho trường vectơ
),,( wvuV
r
, người ta định nghĩa
lưu số vectơ dọc theo đường bất kỳ (C) nối liền
điểm A và điểm B bởi tích phân :

∫∫
==Γ
c
s
c
ds.Vsd.V
r
r

Hay:
∫
++=Γ
c
)dz.wdy.vdx.u(
Tích phân nầy có thể tính toán, đặc biệt đối với những
đường vòng khép kín.
Ví dụ dòng chảy có đường dòng đồng tâm, vận tốc V =
ω
.r
Lưu số dọc theo đường (C
1
) là :

2
1111
2.2
11
rrrdsVdsV
cc
s

ωππω
====Γ
∫∫

Như vậy:
Γ
1
tăng theo bình phương bán kính .
Lưu số dọc theo đường ABCD là :

)rr(.wr r.wr r.w
ABCD
2
1
2
21122
−α=α−α=Γ
Chú ý: Giá trị Γ đổi dấu khi đổi chiều đường cong (C) .

II. Các tính chất cơ bản của chuyển động thế
- Trong trường hợp tổng quát, tích phân
∫
=Γ
c
sd.v
r
r
phụ thuộc đường đi từ A đến
B. Để tích phân nầy chỉ phụ thuộc điểm A và B thì biểu thức u.dx + v.dy + w.dz là vi
phân toàn phần của hàm số

ϕ nào đó, điều nầy dẫn đến : 0
=
Vtor
r
(4.1)

- Dòng chảy thỏa tính chất nầy gọi là dòng chảy không xoáy và hàm số thỏa mãn
tính chất :

z
w,
y
v,
x
u
∂
∂ϕ
=
∂
∂
ϕ
=
∂
∂
ϕ
=
(4.2)
Hay :
ϕ= d
a

g
r
V
r
r
(4.3)
Dòng chảy còn được gọi là dòng chảy có thế vận tốc hay dòng chảy thế, và chúng ta sẽ
có:

∫
ϕ−ϕ==Γ
B
A
AB
)z,y,x()z,y,x(sd.V
r
r
(4.4)
Khi đường cong khép kín thì
Γ = 0
Đối với chất lỏng không nén, từ phương trình liên tục divV = 0, ta có được :

0
2
2
2
2
2
2
=

∂
ϕ∂
+
∂
ϕ∂
+
∂
ϕ∂
=ϕ∆
zyx
(4.5)
Hay : ∆ϕ = 0.
Vậy hàm số ϕ thỏa phương trình Laplace hay ϕ là hàm số điều hòa.
D
r
1
r
2
(C
1
)
C
B
A
→
v

v
r
A

B
M
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 69

Trong chuyển động phẳng thì: dϕ = u
x
.dx + u
y
.dy =
dy.
y
dx.
x ∂
∂ϕ
+
∂
∂ϕ

Nếu ϕ = const, thì: dϕ = 0 và
0=
∂
∂
ϕ
+
∂
∂
ϕ
dy.

y
dx.
x
(4.6)
Đây là phương trình đường đẳng thế lưu tốc trong chuyển động phẳng. Ta lại có phương
trình đường dòng trong chuyển động phẳng :
u
x
.dy - u
y
.dx = 0 (4.7)
Nếu tìm được hàm Ψ(x,y) sao cho :

yx
u
x
,u
y
−=
∂
∂
ψ
=
∂
∂
ψ
(4.8)
Thì phương trình đường dòng của chuyển động phẳng sẽ là :

0=

∂
∂ϕ
+
∂
∂ψ
dy.
y
dx.
x
, hoặc dΨ = 0 (4.9)
Do đó Ψ(x,y) = const, nên trị đường dòng không đổi dọc theo mỗi đường dòng.
Từ (4.2) và (4.8) ta có mối liên hệ :

yx
∂
∂
∂
∂ϕ
Ψ
=
và
xy
∂
∂
∂
∂ϕ
Ψ
−= (4.10)
Do đó :
y

.
yx
.
x ∂
∂
ψ
∂
∂ϕ
=
∂
∂ψ
∂
∂ϕ
(4.11)
Điều nầy có nghĩa là hai họ ϕ và Ψ trực giao nhau trong chuyển động thế phẳng và được
gọi là những hàm số liên hiệp.
Biểu thức (4.10) là điều kiện Cosi - Riemann cho phép ứng dụng hàm phức để nghiên
cứu chuyển động thế .
Mặt khác, ta có lưu lượng : dQ = u
x
.dy - u
y
.dx (4.12)
Mà u
x
=
x
u
y
y

∂
∂
∂
∂
Ψ
−=
Ψ
,
Nên dQ =
ψ=
∂
∂ψ
+
∂
∂
ψ
ddx.
x
dy.
y
(4.13)
Do đó :
12
2
1
21
ψ−ψ=ψ=
∫
ψ
ψ

ψ−ψ
dQ
(4.14)
Điều nầy có nghĩa hiệu số những trị số hàm số dòng cho ta lưu lượng chất lỏng chảy
giữa hai đường dòng đó.
Đó là ý nghĩa của hàm số dòng.

III. Nguyên lý Ju-cốp-ski
Để dẫn đến nguyên lí Ju-cốp-ski , ta xét một cửa chớp có mặt cắt ngang như hình vẽ, các
chớp cách nhau đoạn t cho rằng dòng chảy qua cửa chớp là ổn định, phẳng, không xoáy,
trực giao với đường sinh cửa chớp
.
- Áp dụng định lý động lượng đối với mặt bao ABCD có độ dày đơn vị các cạnh AB,CD
đủ xa cửa chớp, để có áp suất và vận tốc không đổi. Chiếu phương trình động lượng lên
trục ox , ta có:

ρ.Q(v
2
- v
1
) = (ρ.t.u
2
).u
2
- (ρ.t.u
1
).u
1
(4.15)
ΣF = -X + (p

1
- p
2
).t (4.16)
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 70

Nên : ρ.t.(u
2
2
-u
1
2
) = -X + (p
1
- p
2
).t (4.17)
Dòng chảy ổn định nên: t.u
1
= t.u
2
⇒ u
1
= u
2
(4.18)
Như vậy : X = (p
1

- p
2
).t (4.19)


















Chiếu phương trình động lượng lên trục oy ta có :
(ρ.t.u
2
).v
2
- (ρ.t.u
1
).v
1

= - Y (4.20)
Và vì u
1
= u
2
nên : Y = ρ.t.u
1
(v
1
- v
2
) (4.21)
Mặt khác từ phương trình Becnoulli ta có:
p
1
+
22
2
2
2
2
1
V.
p
V. ρ
+=
ρ
(4.22)
Hay :
22

2
2
2
2
2
2
1
2
1
1
)v
u
(
p
)v
u
(
p
+ρ
+=
+ρ
+
(4.23)
Nên :
2
2
1
2
2
21

)vv.(
pp
−ρ
=−
(4.24)
Khử p
1
- p
2
giữa phương trình (4.19) và (4.24) được các thành phần của lực R (của chất
lỏng tác dụng lên cửa chớp):

2
2121
)vv).(vv.(
t
.
X
−
+
ρ
−=


)vv(u.
t
.Y
211
−
ρ=

Ta có lưu số Γ dọc ABCD theo chiều mũi tên:
Γ = -t.v
1
+ Γ
BC
+ t.v
2
+ Γ
DA

Vì : Γ
BC
= Γ
AD
= - Γ
DA
, nên Γ = t.(v
2
- v
1
)
Nên:
Γ
+
ρ= .
vv
X
2
21
(4.25)

Y = - ρ.u
1
.Γ (4.26)
Y
Y
R
B
A

X
X
D
t
t
V
1
U
1
=u
2
V
2
v
m
O

⎩
⎨
⎧
→

2
2
2
v
u
V

Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 71

Đặt
2
21
VV
V
m
rr
r
+
=
, có : u
m
= u
1
; v
m
=
2
21

vv +

Nên : X = ρ.v
m
.Γ (4.27)
Y = -ρ.u
1
.Γ (4.28)
Ta thấy:
R
r
trực giao với
m
V
r
(do có tích vô hướng bằng không) và modun: R = ρ.V
m
.Γ
Từ đó, ta có
nguyên lý Kutta - Ju-cốp-ski:
Khi ta để cố định một lá cửa chớp và đưa các lá khác ra xa vô cùng, sự lệch góc do dòng
chảy là bằng không (
)VV
21
rr
=

t = ∞ thì : v
1
= v

2

u
1
= u
2
= V
Lưu số Γ = t.(v
2
- v
1
) không xác định, giả sử nó có giá trị hữu hạn thì lực R
r
luôn luôn
thẳng góc với
m
V
r
vectơ R
r
thành phần X triệt tiêu.
Lực nâng lên cửa chớp lăng trụ trên đơn vị chiều dài là :
R = ρ.V.Γ (4.29)

Định lý Kutta - Ju-cốp-ski
• Nếu một vật lăng trụ đặt trong dòng chảy phẳng, ổn định có đường sinh thẳng góc
với dòng chảy,
•
Dòng chảy là không xoáy bên ngoài vật nầy,
•

Vận tốc V ở vô cùng có cường độ và phương cố định,
•
Lưu số vectơ vận tốc quanh vật có giá trị Γ.
Vật nầy sẽ bị tác dụng lên một hợp lực R bởi chất lỏng có đặc tính:
9 Hướng của
R
r
nhận được bằng cách quay vectơ
V
r
một góc
2
π
theo chiều
ngược với lưu sô,
9 Độ lớn là ρ.V.Γ.L, với L là chiều dài vật.

IV. Thế phức
- Chúng ta xét trường hợp dòng chảy phẳng dừng của chất lỏng lý tưởng không
nén. Tất cả các đường dòng song song với một mặt phẳng nào đó, ta gọi là mặt phẳng
(x,y) cho nên ϕ chỉ phụ thuộc x và y:

y
v
x
v
yx
∂
∂ϕ
∂

∂ϕ
== , (4.30)
Khi đó bài toán tìm trường tốc độ đơn giản đi rất nhiều nhờ ứng dụng được hàm biến
phức.
Chúng ta lấy hàm phức: W = Ψ + iϕ phụ thuộc vào biến số phức nào đó:
z = x + iy ⇒ W = W(z)
- Các biến số x và y là độc lập, vì vậy trong trường hợp tổng quát giá trị đạo hàm
dz
dW
có thể phụ thuộc vào vấn đề các vi phân dx và dy trong biểu thức dz = dx + idy, tức
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 72

là phụ thuộc vào chiều của vectơ dz trong mặt phẳng phức. Hàm W(z) gọi là giải tích,
nếu như đạo hàm
dz
dW
không phụ thuộc vào chiều của dz.
Đi làm sáng tỏ những điều kiện phải áp đặt cho Ψ và ϕ trong trường hợp đó.
Chúng ta viết vi phân dW trong các điều kiện x,y không đổi :

dx).
x
i
x
()dW(
x
∂
∂

ϕ
+
∂
∂ψ
=


dy).
y
i
y
()dW(
y
∂
∂ϕ
+
∂
Ψ∂
=
(4.31)
- Để cho giới hạn
dz
dW
tồn tại và không phụ thuộc vào x và y (riêng biệt nhau),
điều cần thiết là các hệ số trước dx và idy cũng như trước idx và dy trong các vi phân
(4.31) bằng nhau.

yx
,
yx ∂

Ψ
∂
−=
∂
∂
ϕ
∂
∂
ϕ
=
∂
Ψ∂
(4.32)
( Đây chính là điều kiên Cauchy - Riemann )
Nếu như các điều kiện đó thỏa mãn thì :

dz)
y
i
y
(dz).
x
i
x
()idydx).(
x
i
x
(dW
∂

Ψ∂
−
∂
∂
ϕ
≡
∂
∂
ϕ
+
∂
Ψ
∂
=+
∂
∂ϕ
+
∂
Ψ∂
=
tức là tồn tại giới hạn đơn giá:
dz
dW
.
Khử Ψ khỏi (4.32), ta tìm thấy :
0
2
2
2
2

=
∂
ϕ∂
+
∂
ϕ∂
yx
(4.33)
Thành thử hàm ϕ có thể được chọn làm hàm thế cho dòng chảy phẳng. Đối với hàm Ψ
cũng vậy.
Từ điều kiện Cauchy - Riemann chúng ta nhận được hệ thức sau :

0=
∂
Ψ
∂
∂
∂
ϕ
+
∂
Ψ∂
∂
∂
ϕ
y
.
yx
.
x

(4.34)
- Điều đó có nghĩa là các Gradient của ϕ và Ψ vuông góc với nhau. Khi đó các
đường đẳng trị của ϕ và Ψ cũng vuông góc với nhau, thành ra ∇ϕ hướng theo đường Ψ =
const và ∇Ψ hướng theo ϕ = const. Như vậy trên mặt thành vách cứng phải có Ψ = const,
vì khi đó vectơ ∇ϕ = 0 không có thành phần pháp tuyến đối với vách.
- Lưới các đường thẳng vuông góc với nhau x = const, y = const được ánh xạ qua
lướ
i các đường cong ϕ = const, Ψ = const; nhưng các đường cong nầy cũng vuông góc
với nhau. Vì vậy phếp biến đổi W = W(z) gọi là bảo giác, tức là vẫn giữ nguyên hình
dạng của các phần tử vô cùng nhỏ các mặt phẳng ánh xạ.
- Chúng ta nhận xét rằng ϕ và Ψ có thể đổi chỗ cho nhau, tức coi các đường Ψ =
const là các đường đẳng thế, còn ϕ = const là các đường dòng. Điều nầy tương ứng với
thay đổi điều kiện biên.
Dòng chất lỏng nhớt khi chảy qua vật cản rắn, có thể khác rất nhiều với dòng chảy
thế mô tả ở đây. Nhưng trong chất lỏng siêu chảy Heli, tính chất thế nghiêm ngặt v
ẫn
được thực hiện. Ngoài ra tại một số vùng của dòng chảy chất lỏng thực, bức tranh gần
giống như dòng chảy thế.
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 73

V. Một vài ví dụ hàm phức trong dòng chảy thế phẳng
a - Dòng chảy song phẳng.
Xét hàm W(z) = ϕ + iΨ = V.z = V ( x + iy )
Ở đây V = const
Ta có ϕ = V.x
 = V.y
Đường đẳng thế ϕ = const ⇒ x = const, đó là những đường song song trục y.
Đường dòng Ψ = const ⇒ y = const, đó là những đường song song trục x.

b - Điểm nguồn và điểm tụ.
Điểm nguồn là điểm mà từ đó chất lỏng chảy đi theo phương bán kính, còn điểm
tụ là điểm mà chất lỏng từ mọi hướng chảy về theo phương bán kính.
Xét hàm phức : W(z) = ϕ + iΨ = Clogz
W(z) = C.Logre
θi
= C ( Logr + i.θ ), với C số thực.
Ta có ϕ = C.Logr = C. Log
22
yx +

x
y
arctg.C.C =θ=Ψ

Vậy: Những đường đẳng thế
ϕ = const là những đường vòng tròn đồng tâm có r = const.
Những đường dòng là những đường có
const
x
y
=
đi qua tâm các đường tròn. Đây là
dòng chảy theo phương bán kính của điểm nguồn hay điểm tụ
Vận tốc
r
C
d
r
r

drC
r
V
const
==
∂
=
=
1
.
.
θ
∂ϕ

Lưu lượng tổng cộng : q
v
= 2.π.r.V = 2.π.C. Do đó : C =
π2
v
q

Nếu C > 0 thì q > 0, ta có điểm nguồn.
C < 0 thì q < 0, ta có điểm tụ.
Hàm giải tích sẽ là : W(z) =
Logz
q
v
.
2
π

Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 74


⇓4.2 LỚP BIÊN
I. Khái niệm
Khi dòng chảy bao quanh vật rắn, do ảnh hưởng ma sát với thành rắn, hình thành
lớp mỏng sát thành, có chiều dày rất bé, gradient vận tốc lớn, gọi là lớp biên; miền còn
lại có lưu tốc lớn hơn gradient vận tốc bé, thường là chảy rối, gọi là dòng ngoài (Hình
3.4).
Chiều dày lớp biên
δ
thường gồm lớp mỏng chảy tầng
δ
t rất sát với thành rắn và
lớp mỏng chuyển tiếp
δ
ct
từ chảy tầng sang chảy rối:
δ = δ
t
+ δ
ct
(3.34)
Dòng chảy bao vật rắn, ngoài sức cản do ma sát, còn có sức cản gây ra do độ
chênh lệch áp suất trước và sau vật cản (Hình 3.5), hoặc hỗn hợp giữa lực ma sát và độ
chênh áp suất (Hình 3.6)

Trong lớp biên
δ
gradient vận tốc có trị số lớn, lưu tốc
thay đổi rất nhanh từ trị số zero trên mặt vật rắn, đến
vận tốc V
∞
của dòng ngoài đi tới, tại khoảng cách đủ
xa vật, chưa bị nhiễu động bởi vật. Chiều dày lớp biên
δ
được tính từ mặt vật rắn đến điểm trong dòng bao có
lưu tốc u =
δ
u
= 0,99V. Bên ngoài lớp biên ảnh hưởng
của lực ma sát có thể bỏ qua, chất lỏng xem như không
nhớt, giống chuyển động thế (Hình 3.7).

Hnh 3.4 Hnh 3.5
P
1
c

v
r
c

H
nh 3.6
0
τ
P
2
P
1
→
V
0
τ
P

2
< P
1
δ
d
δ
d
τ
t
x
y
Đường viền
của lớp biên
Profile vận
tốc dng
ăi

Bề dăy lớp biín

ấ
Profile vận tốc lớp biín
Hnh 3.7
O
τ
t
δ
→
V

→

V
O
τ
t
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 75



Trong lớp biên chảy tầng
t
δ , ứng suất ma sát trong chất lỏng là do tính nhớt gây ra:
dn
du
.
µτ
=
( 3.35 )
Trong lớp biên chảy rối
ct
δ
, ứng suất chủ yếu do mạch động rối của dòng chảy (Hình
3.8):

dn
du

ερτ
=

( 3.36)
với:
.
µ
,
ε
được gọi hệ số nhớt động lực và hệ số nhớt rối động học.
Vì dòng chảy từ trái qua phải nên chiều dày lớp biên mở rộng dần.













Hình 3.8 Hình 3.9

a/ Bề dày dịch chuyển δ *:
Xét dòng chảy nhớt, không nén (Hình 3.9), do ảnh hưởng của lớp biên mà đường
dòng bị lệch khỏi phương ban đầu và lấn vào dòng ngoài một đoạn
δ * theo phương trục
y .
Vì thế bề dày dịch chuyển
δ

* còn được được gọi là chiều dày lấn dòng; nó được
tính từ cân bằng khối lượng:
∫∫
δ
δ−=ρ=ρ
Y
*
Y
0
*
)Y(UUdydy.u
Ta rút ra:
dy
U
u
1dy
U
u
dydy
U
u
Y
Y
0
Y
0
Y
0
Y
0

*
∫∫∫∫
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=−=−=δ

Hay viết ở dạng khác:
dy
V
u
1
0
x
*
∫
δ
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=δ
( 3.37 )

δ * đặc trưng cho phần lưu lượng bị hụt đi trong lớp biên dày

δ
do tác
dụng hãm của lớp biên.
Bề dày động lượng, hay tổn thất động lượng cho bởi công thức:

dy
V
u
1
V
u
0
xx
**
∫
δ
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=δ
( 3.38 )
Lớp biên chảy tầng
Chuyển tiếp
Lớp biên rối
→
∞
V

→
∞
V
→
∞
V
→
∞
V
→
∞
V
y
u
Bề dăy lấn dng
Lớp mỏng
sât thănh
∗
δ

δ
**
δ
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 76


δ
** đặc trưng cho phần động lượng của chất lỏng bị hụt đi trong lớp biên,

do tác dụng hãm của lực ma sát trên mặt vật rắn.

II. Phương trình lớp biên phẳng
Từ phương trình Navier -Stocks thiết lập cho bài toán trong mặt phẳng xoy chuyển động
dừng (ổn định), bỏ qua lực khối, và sau khi đơn giản bằng cách so sánh bậc của các số
hạng trong hệ phương trình nầy, Prandtl nhận được hệ thống phương trình lớp biên
phẳng chảy tầng như sau:

0
y
u
x
u
y
x
=
∂
∂
+
∂
∂
(3.39)

2
x
2
x
y
x
x

y
u
.
x
p
.
1
y
u
.u
x
u
.u
∂
∂
ν+
∂
∂
ρ
−=
∂
∂
+
∂
∂
(3.40)
Hệ phương trình (3.39) và (3.40) phải thỏa mãn điều kiện sau:
- Trên mặt vật rắn cố định: y = 0 , u
x
= u

y
= 0
- Trong dòng ngoài: y
∞
→ , u
x
= V
Hệ phương trình nầy không khép kín, do đó muốn giải cần phải thành lập thêm phương
trình bổsung.
Ví dụ:
Cho ống thép có bán kính R = 200 mm có hệ số ma sát f = 0,025 dẫn lưu lượng Q = 1
lít/giây. Hãy tính bề dày dịch chuyển
δ
* và bề dày động lượng δ ** của dòng chảy
trong ống nầy.
Giải:
Ta có bề dày dịch chuyển δ * tính theo công thức:

dy
u
u
1dy
V
u
1
R
0
mã
x
0

x
*
∫∫
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=δ
δ

Mặt khác ta có:

n
1
max
R
y
u
u

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
, với: 3,0
025,0
1
f
1
n ==≈

mm27
13,6
200
1n
R
R
1n
n
R
R
y
1n
n
ydy
u
u

1
R
0
n
1
n
)1n(
R
0
mã
x
*
=
+
=
+
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
−=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤

⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=δ
+
∫

Bề dày động lượng

δ ** tính theo công thức:
dy
u
u
u
u
dy
u
u
1
u
u
dy
V
u
1
V
u
R
0
2
mãmãmã
R
0
mã
0
xx
**
∫∫∫
⎥

⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛
−=δ
δ

R
0
n
2
n
)2n(
n
1
n
)1n(
R
0
**
R
y
2n
n
R
y
1n
n
dy
R
y
R
y

n
2
n
1
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−
⎟
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=δ

++
∫

R.
)2n)(1n(
n
R
2n
n
R
1n
n
**
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+

−
+
=δ

Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 77

mm13,0mm200.
)23,6)(13,6(
3,6
**
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++
=δ

Câu hỏi:

1. Nêu khái niệm về chuyển động thế và chuyển động xoáy, điều kiện xảy ra?
2.
Khái niệm về lưu số?
3.

Nêu các tính chất cơ bản của chuyển động thế?
4.
Nêu nguyên lý JU-CỐP-SKI về lực nâng lên cánh cửa chớp?
5.
Thế phức là gì?
6. Trong điều kiện dòng chảy như thế nào thì có thể áp dụng lý thuyết hàm phức?
7.
Với các bài toán khi áp dụng được lời gải bằng hàm biến phức, thì so với lời giải
tích thông thường thế nào?
8.
Khái niệm về lớp biên? Mục đích của việc nghiên cứu lớp biên là để làm gì?


BÀI TẬP

Bài 1. Thể phức dòng chảy phẳng cho bởi
2
.)(
2
z
azW
=
a) Vẽ họ đường dòng và đường đẳng thế
b) Xác định các thành phần vận tốc tại điểm M(x=3cm, y=0,2cm) khi
sec
5
11
=
a

Đáp số : a) Hệ đường dòng là các hypecbol tiệm cận hệ trục
xoy
b) v
x
=15cm/s, v
y
=-1cm/s.


Bài 2. Cho dòng phẳng chảy theo trục ox bao quanh hình trụ tròn có trục thẳng đứng có
bán kính a=2m. Xác định các điểm trên các trục x và y sao cho trị số v
x
bị giảm 1% so
với dòng ở xa. Cho biết thể phức dòng phẳng bao quanh hình trụ có dạng
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=
z
a
zvzW
2
)(
.

Đáp số :
⎩
⎨
⎧
=
=
0
20
y
mx
;
⎩
⎨
⎧
=
=
my
x
20
0


Bài 3.
Dòng dầu tự do (ρ=860 kgm
-3
, υ=10
-5
m
2
s

-1
) chuyển động với lưu tốc 2 ms
-1
trên
mặt bản mỏng dài 3m, rông 2m. Tính chiều dày lớp biên và ứng suất ma sát tại điểm giữa
của bản cũng như lực cản ma sát trên cả hai mặt bản.

Đáp số : 13,6mm ; 2,085 Nm
-2
; 35,44N

Bài 4. Một bản phẳng mỏng dài 20m, rộng 3m được giữ cố định và ngập trong dòng nước
ở 20
o
C có lưu tốc 9ms
-1
. Xác định vị trí tại đó lớp biên chảy tầng chuyển sang chảy rối và
lực ma sát tác dụng lên bản.

Đap số : 10mm; 9,5 KN.

Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 78




Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 79


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyen The Hung, Hydraulics, Vol. 1, NXB Xay Dung 2006.
2. Hoàng Văn Quý, Thuy Luc và Khí động lực, NXB KHKT 1997.
3. Doughlas J. F. et al., Fluid Mechanics, Longman Scientific & Technical
1992.
4. Edward J. Shaughnessy et al., Introduction to Fluid Mechanics, Oxford
University Press 2005.
5. Frank M. White, Fluid Mechanics, McGrawHill 2002.
6. John A. Roberson & Clayton T. Crowe, Engineering Fluid Mechanics, John
wiley & Sons, Inc 1997.
7. Philip M. Gerhart et al., Fundamental of Fluid Mechanics, McGrawHill
1994.

Website tham khảo:



/>

The end