Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi - TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY doc

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 79
CHƯƠNG V
T
T
Ổ
Ổ
N
N


T
T
H
H
Ấ
Ấ
T
T


C
C
Ộ
Ộ
T
T


N

N
Ư
Ư
Ớ
Ớ
C
C


T
T
R
R
O
O
N
N
G
G


D
D
Ò
Ò
N
N
G
G

C
C
H
H
Ả
Ả
Y
Y


E
E
N
N
E
E
R
R
G
G
Y
Y




L
L
O

O
S
S
S
S
E
E
S
S



I. Những dạng tổn thất cột nước
II. Phương trình cơ bản của dòng chất lỏng chảy đều
III. Hai trạng thái chuyển động của chất lỏng
1. Thí nghiệm Reynolds và hai trạng thái của dòng chảy
2. Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái chảy
3. Ảnh hưởng của trạng thái chảy đối với quy luật tổn thất cột nước
IV. Trạng thái chảy tầng trong ống
1. Ứng suất ma sát
τ

2. Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy tầng
3. Tốc độ trung bình trong dòng chảy tầng
4. Tổn thất dọc đường trong dòng chảy tầng
5. Hệ số α trong ống chảy tầng
6. Tính chất chuyển động xoáy của dòng chảy tầng
V. Trạng thái chảy rối trong ống
1. Ứng suất tiếp trong dòng chảy rối
2. Lưu tốc thực - lưu tốc trung bình thời gian - Lưu tốc mạch

động - Động năng
của dòng chảy rối
3. Lớp mỏng chảy tầng - Thành nhám và thành trơn thủy lực
4. Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy rối
VI. Công thức Darcy, tính tổn thất cột nước h
d
, hệ số tổn thất dọc đường λ, thí
nghiệm Nikuratse
1. Công thức Darcy
2. Hệ số tổn thất dọc đường λ
3. Thí nghiệm Nikuratse
VII. Công thức Chezy - Công thức xác định λ và C để tính tổn thất cột nước dọc
đường của dòng đều trong các ống và kênh hở
1. Công thức Chezy
2. Những công thức xác định hệ số λ
3. Những công thức kinh nghiệm xác định hệ số Chezy C
VIII. Tổ
n thất cột nước cục bộ - những đặc điểm chung
IX. Một số dạng tổn thất cục bộ trong ống
TÀI LIỆU THAM KHẢO



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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 80
CHƯƠNG V
T
T
Ổ

Ổ
N
N


T
T
H
H
Ấ
Ấ
T
T


C
C
Ộ
Ộ
T
T


N
N
Ư
Ư
Ớ
Ớ
C

C


T
T
R
R
O
O
N
N
G
G


D
D
Ò
Ò
N
N
G
G


C
C
H
H
Ả

Ả
Y
Y


E
E
N
N
E
E
R
R
G
G
Y
Y




L
L
O
O
S
S
S
S
E

E
S
S


*
*
*
*
*
*


I. Những dạng tổn thất cột nước
- Trong phương trình Bernoulli viết cho toàn dòng chảy thực, số hạng h
w
là năng
lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng bị tổn thất để khắc phục sức cản của dòng
chảy trong đoạn dòng đang xét. Ta còn gọi h
w
là tổn thất cột nước.
- Theo quan điểm thuỷ lực, người ta chia tổn thất ra làm hai loại:
+ Tổn thất dọc đường (h
d
): Sinh ra trên toàn bộ chiều dài dòng chảy. Là tổn
thất xảy ra dọc theo đường di chuyển của dòng chảy do sự ma sát của chất lỏng với thành
rắn tiếp xúc. Thí dụ tổn thất trong ống thẳng dẫn nước.
+ Tổn thất cục bộ (h
c
): Sinh ra tại những nơi dòng chảy biến đổi đột ngột. Thí

dụ tổn thất tại chỗ cong của ống, tổn thất tại nơi thu hẹp, tại chỗ đặt van
- Xét một dòng chất lỏng chuyển động từ bể A qua đường ống đến bể B.









- Nguyên nhân tổn thất là do nội ma sát, công tạo nên bởi lực ma sát này biến thành
nhiệt năng mất
đi không lấy lại được.
- Vậy tổn thất năng lượng toàn bộ h
w
của dòng chảy: h
w
= Σh
d
+ Σh
c

Trong đó: Σh
d
: Tổng cộng các tổn thất dọc đường của dòng chảy.
Σh
c
: Tổng các tổn thất cục bộ của dòng chảy.

II. Phương trình cơ bản của dòng chất lỏng chảy đều



l
4
, d
4
l
1
, d
1
1
1
A
l
3
, d
3
l
2
, d
2
l
5
, d
5
B
2
2

L
Mặt chuẩn
Z
1
O
1
G
P
1
/
γ

1
1
o
τ
2
O
2

g
v
2
1
2
1
α

h
d

g
v
2
2
2
2
α

P
2
/
γ
Z
2
θ
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 81
Lấy một đoạn ống dài L và d=const
Tại mặt cắt 1-1 có: z
1
, p
1
, w
1
=w
2
=w, v
1
=v

2
Tại mặt cắt 2-2 có: z
2
, p
2
, w
2
= w
1
=w, v
2
=v
1
- Ta cần tìm mối quan hệ giữa tổn thất cột nước dọc đường với sức cản ma sát trong
dòng chảy đều. Trong dòng chảy đều có áp, ta lấy một đoạn dòng dài L giới hạn bởi
những mặt cắt ướt 1-1 và 2-2, phương chảy lập với phương thẳng đứng một góc
θ
.
w là diện tích mặt cắt, trong dòng chảy đều w = const.
L chiều dài, khoảng cách hai mặt cắt.

τ là ứng suất tiếp biểu thị sự ma sát trên đơn vị diện tích.
- Các ngoại lực tác dụng lên đoạn dòng chất lỏng chảy đều, chiếu theo phương của
trục dòng chảy là:
1. Lực khối lượng: Ở đây lực khối lượng duy nhất là trọng lực: G= γ wL, hình chiếu của
nó lên trục dòng chảy là: Gcos
θ = γω Lcosθ. Trong dòng chảy đều không có gia tốc. Do
đó, lực quán tính bằng không.
2. Lực mặt: Có động áp lực tác dụng vào mặt cắt ướt và lực ma sát
(a) Động áp lực: Ap lực tác dụng thẳng góc vào mặt cắt ướt, những lực này song song với

phương của trục dòng chảy và hướng vào mặt cắt ướt đang xét.
P
1
= p
1
.w
P
2
= p
2
.w
Các áp lực thủy động tác dụng lên mặt bên của đoạn dòng đều thẳng góc với trục dòng.
Do đó hình chiếu lên trục dòng chảy bằng 0.
(b) Ở mặt bên có lực ma sát ngược chiều chảy: τ
0
.χ.L
Lực ma sát đặt ngược chiều dòng chảy, bằng tích số của ứng suất tiếp tuyến
τ
0
với
diện tích tiếp xúc
χ.l
Vì là dòng chảy đều, tức chuyển động không có gia tốc, nên tổng số hình chiếu các
lực trên phương trục dòng bằng không:
p
1
.w - p
2
.w - τ
0

.χ.l + γ.w.l.cosθ = 0 (5.1)
Mà : cos
θ =
L
zz
21
−
(5.2)
Thay (5.2) vào (5.1) và chia cho G =
γ.w.L ta được:

R.w.
.
L
)
p
z()
p
z(
00
2
2
1
1
γ
τ
=
γ
χτ
=

γ
+−
γ
+
(5.3)
Mặt khác, ta viết phương trình Becnoulli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 với mặt chuẩn 0-0
như hình vẽ:

d
h
g
v
p
z
g
v.p
z +
α
+
γ
+=
α
+
γ
+
22
2
222
2
2

111
1

Vì dòng chảy đều nên: v
1
= v
2
,
21
α
=
α


d
h)
p
z()
p
z( =
γ
+−
γ
+
2
2
1
1
(5.4)
Thay (5.4) vào (5.3) ta được :

L
h
R.
d
0
=
γ
τ

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 82
Trong dòng chảy đều, tổn thất cột nước chỉ là tổn thất dọc đường và tỷ số
L
h
d
là độ dốc
thủy lực J nên:
J.R
O
=
γ
τ
(5.5)
Trong đó:
O
τ : Lực ma sát thành ống

R : Bán kính thủy lực
Đây là phương trình cơ bản của dòng đều đúng cho cả dòng chảy có áp lẫn không áp.

Nhận xét: Theo cách lập luận trên, đối với dòng chảy đều có áp, phương trình còn đúng
cho phần của dòng chảy đều có bán kính r < r
0
. Ở phần này, ta gọi
τ
là ứng suất tiếp, bán
kính thủy lực được tính:

22
2
r
r
r
R =
π
π
=
χ
ω
=
;
2
r
.J=
γ
τ

Đối với toàn ống bán kính r
o
, ứng suất tiếp

O
τ
, ta
có:
2
oo
r
.J=
γ
τ
(5.6)
Ta chia hai đẳng thức trên vế đối vế ta có

oo
r
r
=
τ
τ

=>
o
o
r
r
τ=τ (5.7)
Vậy: Ưng suất tiếp biến thiên theo quy luật bậc nhất trên mặt cắt ống
Tại tâm ống : r = 0 ứng suất tiếp bằng không.
Tại thành ống: r = r
0

ứng suất tiếp đạt giá trị cực đại
o
τ

III. Hai trạng thái chuyển động của chất lỏng.
1. Thí nghiệm Reynolds
và hai trạng thái của dòng chảy
Qua thí nghiệm Reynolds cho ta thấy hai trạng thái chảy khác nhau. Trình tự thí nghiệm
như sau:
¾ Mô tả thí nghiệm: xem hình vẽ

r
o
r
τ
o

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 83


¾
Thao tác thí nghiệm:
- Trước hết giữ nước trong thùng A cố định, không dao động. Bắt đầu thí nghiệm,
mở khóa B rất ít cho nước chảy từ thùng A vào ống T. Đợi sau vài phút để dòng chảy
trong ống ổn định, mở khóa K cho nước màu chảy vào ống. Lúc này quan sát ống thủy
tinh T, ta thấy hiện lên một vệt màu nhỏ căng như sợi chỉ. Điều này chứng tỏ rằng dòng
màu và dòng nước trong ống chảy riêng rẽ không xáo lộn lẫn nhau. N

ếu mở khóa từ từ
thì hiện tượng trên có thể tiếp tục trong một thời gian nào đó. Khi mở đến một mức nhất
định (lưu tốc trong ống đạt tới một trị số nào đó) thì vệt màu bị dao động thành sóng.
Tiếp tục mở khóa nữa, vệt màu bị đứt đoạn. Sau cùng hoàn toàn hòa lẫn trong dòng nước;
lúc này dòng màu xáo trộn vào dòng nước trong ống.
- Trạng thái chảy trong đó các phần tử
chất lỏng chuyển động theo những tầng lớp
không xáo lộn vào nhau gọi là trạng thái chảy tầng.
- Trạng thái chảy trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động vô trật tự, hỗn loạn
gọi là trạng thái chảy rối.
- Thí nghiệm mô tả ở trên là thí nghiệm về sự chuyển biến của dòng chảy từ trạng
thái chảy tầng sang trạng thái chảy rối.
- Nếu ta làm ng
ược lại, tức là vặn khóa nhỏ lại cho lưu tốc trong ống từ lớn đến nhỏ
thì thấy đến một lúc nào đó vệt màu đang không rõ lại dần dần xuất hiện và cuối cùng
hiện rõ thành sợi chỉ màu, tức là dòng chảy đang từ trạng thái chảy rối chuyển sang chảy
tầng.
- Trạng thái chảy quá độ từ rối sang tầng hoặc từ tầng sang rối gọ
i là trạng thái chảy
phân giới.
- Lưu tốc ứng với dòng chảy chuyển từ trạng thái tầng sang trạng thái rối gọi là lưu
tốc phân giới trên. Ký hiệu là v
k
trên.
- Lưu tốc ứng với dòng chảy chuyển từ trạng thái rối sang trạng thái tầng gọi là lưu
tốc phân giới dưới. Ký hiệu là v
k
dưới. Qua thực nghiệm thấy: v
k
trên > v

k
dưới.
- Thí nghiệm chứng tỏ: lưu tốc phân giới không những phụ thuộc vào loại chất lỏng
mà còn phụ thuộc vào đường kính ống làm thí nghiệm.
2. Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái chảy
B
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 84
- Qua thí nghiệm thấy lưu tốc phân giới v
k
không những phụ thuộc loại chất lỏng
mà còn phụ thuộc vào đường kính ống, do đó đưa ra đại lượng không thứ nguyên để phân
biệt trạng thái chảy gọi là số
Reynolds (Re).
Re =
v.d
ν
(5.8)
với
ν : Hệ số nhớt động học.
d: Đường kính ống.
v: Lưu tốc trung bình mặt cắt.
- Trị số Reynolds tương ứng với trạng thái phân giới từ chảy tầng sang chảy rối,
hoặc ngược lại từ chảy rối sang chảy tầng, gọi là trị số Reynolds phân giới Rek
+ Ứng với v
kt
ta có Re
kt
:

+ Ưng với v
kd
ta có Re
kd
:
Khi : Re < Re
kd
=> Trạng thái chảy tầng.
Re > Re
kt
=> Trạng thái chảy rối.
Re
kd
< Re< Re
kt
=> Có thể chảy tầng hay chảy rối nhưng thường là chảy rối,
vì chảy tầng ít không ổn định.
- Trong tính toán qui ướt:
Re < 2320 => Trạng thái chảy tầng.
Re > 2320 => Trạng thái chảy rối.
+ Đối với kênh dẫn dùng bán kính thuỷ lực R để tính Re, ký hiệu là Re
R
:
Re
R
=
v.R
ν

Khi : Re

R
< 580 => Trạng thái chảy tầng.
Re
R
> 580 => Trạng thái chảy rối.
3. Ảnh hưởng của trạng thái chảy đối với quy luật tổn thất cột nước
- Trạng thái chảy rất quan trọng đối với quy luật tổn thất cột nước. Khi tốc độ
chảy càng tăng, sự xáo trộn của các phần tử chất lỏng càng mạnh. Do đó chuyển
động của chất lỏng càng gặp nhiều trở lực hơn. Vì vậy, trong dòng chảy rối, tổn
thất năng lượng lớn hơn trong dòng chảy tầng và càng tăng khi tốc độ càng lớn.
- Ta nghiên cứu quan hệ giữa tổn thất cột nước dọc đường h
d
và tốc độ trung bình
v ứng với một loại chất lỏng nhất định, khi chảy qua một ống tròn.
Sơ đồ thí nghiệm:
- Trên ống tròn dùng để thí nghiệm, lấy một đoạn dài l đặt giữa hai mặt cắt 1-1 và 2-2,
ở đó có gắn ống đo áp.
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 85








Viết phương trình Becnoulli cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2:

d
h
g
v
.
p
z
g
vp
z +α+
γ
+=α+
γ
+
22
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1

- Ống có đường kính d = const, v
1
= v
2

= const, α = const.
- Mặt chuẩn qua trục ống z = 0 nên
γ
−
=
21
p
p
h
d

Chảy tầng:


duoi
K
vv <
→ h
d
= k
1
.v
(Dạng đường thẳng OB.)
Chảy quá độ:

trãn
K
duoi
K
vvv << :

+ Chiều tăng v: h
d
= k
1
.v
+ Chiều giảm v: h
d
= k
2
.v
m

Với m = 1,7
÷2,0.
(Dạng đường BAC)
Chảy rối:

tren
K
vv >
→ h
d
= k
2
.v
m

Với m = 2,0.
(Dạng đường cong CD)

IV. Trạng thái chảy tầng trong ống
Trạng thái chảy tầng ít gặp trong thực tế. Nó chỉ xuất hiện trong ống dẫn dầu của
máy móc, trong nước ngầm dưới đất v.v Ở đây ta nghiên cứu dòng chảy tầng không
những giúp ta tính toán các dòng chảy tầng khi cần thiết, mà còn giúp ta so sánh và phân
biệt sâu hơn giữa dòng chảy tầng với dòng chảy rối. Do đó có thể hiểu dòng chảy rối
được rõ hơn.
1. Ứng suất ma sát τ:
Khi chảy tầng các lớp chất lỏng chuyển động tương đối trượt lên nhau sinh ra lực ma sát,
nó được xác định theo định luật ma sát nhớt của Newton:

d
r
d
u
.
µ
−=τ
(5.9)
Với
µ hệ số động lực nhớt
u Lưu tốc của lớp chất lỏng
r Khoảng cách từ tâm ống đến lớp chất lỏng đang xét
2. Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy tầng.
2
2
1
1
h
d

γ
2
p

O
O
γ
1
p
g
v
.2
.
2
α

g
v
.2
.
2
α

trãn
k
v

dæåï
i
k

v
h
d
v

O

B

A

C

D

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 86


Ưng suất tiếp:
d
r
d
u
.
µ
−=τ
(5.9)
Mặt khác ta đã biết trong dòng chảy đều:

R
.J.
γ
=
τ

Bán kính thủy lực:
2
r
R =
χ
ω
= , nên:
2
r
.J.
γ
=τ
(5.10)
So sánh (5.9 ) với (5.10) có:
d
r
d
u
.
.
r
.J.
µ
−

=
γ
2

Suy ra: du =
dr.r.
J.
µ
γ
−
2

u =
cr.
J.
+
µ
γ
−
2
4
(5.11)
Xác định hằng số c:
Tại r = r
0
→ u = 0 ⇒ 0 =
cr.
J.
+
µ

γ
−
2
0
4

Do đó : c =
2
0
4
r.
J.
µ
γ
. Thay vào (5.11) ta được: u = )rr(
J.
2
2
0
4
−
µ
γ
(5.12)
Theo (5.12) ta thấy rằng sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt dòng chảy tầng tuân theo quy
luật Parabol.
Tại thành ống: u = 0
Tại tâm ống: u
max
=

2
2
0
164
d.
J.
r.
J.
µ
γ
=
µ
γ
(5.13)
Do đó (5.12) có thể viết lại : u = u
max

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
2
0
1 )
r
r
(

(5.14)
3. Tốc độ trung bình trong dòng chảy tầng
Xác định quan hệ giữa lưu tốc trung bình v và lưu tốc cực đại u
max
. Trên mặt cắt
ướt của dòng chảy tầng trong ống tròn, ta lấy một diện tích vô cùng nhỏ hình vành khăn
d, khoảng cách tới tâm ống là r, tại đó dòng chảy có lưu tốc là u. Lưu lượng: dQ = u.dω
Ta thấy: d = 2
π r.dr
Do đó: dQ = 2 π ur.dr
Lưu lượng đi qua toàn mặt cắt:


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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 87
Thay u bằng biểu thức (5.12), ta được:


(5-15)
Hay: Q = MJd
4
(5-16)
Trong đó: Hệ số M =
µ
π
γ
128
, chỉ phụ thuộc vào loại chất lỏng.
Công thức (5.16) biểu thị định luật Poize: Lưu lượng của dòng chảy tầng qua ống tròn tỉ

lệ với độ dốc thủy lực và tỉ lệ bậc 4 với đường kính (hoặc bán kính).
Đưa u
max
tính theo (5.13) vào công thức (5.15) ta viết được:


Lưu tốc trung bình tính bằng:


Vậy:
2
max
u
v =
(5-17)
Như vậy: Trong chảy tầng, lưu tốc trung bình bằng nửa lưu tốc cực đại; ta còn có thể viết:

. (5-18)
4. Tổn thất dọc đường trong dòng chảy tầng
Từ (5.18) ta có: J =
2
32
d.
v.
γ
µ
, thế J =
l
h
d

vào ta được:
h
d
= v.Av.
d.
l
=
γ
µ
2
32
(5.19)
Trong đó : A =
2
32
d.
l
γ
µ
không phụ thuộc v.
Công thức (5.19) nói rằng: Trong dòng chảy tầng, tổn thất cột nước dọc đường tỉ lệ bậc
nhất với lưu tốc trung bình dòng chảy, phù hợp với kết quả thí nghiệm.
Để biểu thị theo
g2
v
2
, nhân và chia biểu thức (5.19) cho
2
v
và đồng thời thay

g.
ρ
=
γ
,
với Re =
υ
d.v
ta được :
h
d
=
g2
v
.
d
l
.
v.d.
.64
2
ρ
µ

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 88
h
d
=

g2
v
.
d
l
.
v.d
.64
2
υ
(Vì
ρ
µ
=υ )
h
d
=
g2
v
.
d
l
.
2
λ (5.20)
với
Re
64
=λ

λ
gọi là hệ số ma sát dọc đường. Đó là một số không thứ nguyên, chỉ phụ thuộc số
Reynolds, mà không phụ thuộc thành rắn.
Công thức (5.20) được gọi là công thức Darcy.
5. Hệ số α trong ống chảy tầng
Hệ số α được tính theo công thức:
α
=
VtheotinhnangĐong
uthucnangĐông

w
v
dw.u
3
3
∫
ω
=

Thế u =
)rr.(
.
J.
2
2
0
4
−
µ

γ
; dw = 2.π.r.dr ; v =
2
0
8
r.
.
J.
µ
γ
, w = π.r
0
2

Ta có được:
α = 2
Còn đối với chảy rối, thí nghiệm cho thấy:
α = 1,05
÷
1,10
Như vậy: Trong dòng chảy tầng sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt rất không đều so với sự
phân bố trong dòng chảy rối.
6. Tính chất chuyển động xoáy của dòng chảy tầng
Thường nghĩ rằng trong dòng chảy tầng không có chuyển động xoáy, nhưng xuất
phát từ định nghĩa chuyển động xoáy; người ta chứng minh được dòng chảy tầng có
chuyển động xoáy với đường xoáy là những đường tròn đồng tâm trục ống.

V. Trạng thái chảy rối trong ống
1. Ứng suất tiếp trong dòng chảy rối
- Tại sát vỏ ống có tốc độ nhỏ, khi

kd
vv
<
duy trì một lớp mỏng chảy tầng, khi vận
tốc trong ống tăng, lõi rối tại trục ống tăng; mức độ rối phụ thuộc vào tốc đô dong chảy.
Do đó một số tác giả cho rằng:
- Ưng suất tiếp tổng quát sẽ là:
τ = τ
Tầng
+ τ
rối
(gồm ma sát nhớt và ma sát rối)

dy
du.
táöng
µ
=τ

- Đa số sự xáo lộn các phần tử trong dòng chảy rối tạo nên tác dụng lôi đi hãm lại
giữa các lớp chất lỏng, giống như tác dụng của ứng suất tiếp giữa những lớp đó. Prandtl
(1926) giải thích sự xuất hiện
τ
rối
bằng sự trao đổi động lượng giữa hai lớp chất lỏng:

22
räi
)
dy

d
u
.(l.ρ=τ (5.21)
Trong đó : l độ dài đường xáo trộn

τ = τ
Tầng
+ τ
rối
=
22
)
dy
d
u
.(l.
dy
d
u
. ρ+µ
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 89
L
ớ
p m
ỏ
ng c
hả
y t

ầ
ng
sát thành

δ
t
L
õ
i
r
ố
i
Ở trạng thái rối mạnh τ
rối
>> τ
tầng
và τ ≈ τ
rối

2. Lưu tốc thực - lưu tốc trung bình thời gian - Lưu tốc mạch động - Động năng của
dòng chảy rối.
- Khi dòng chảy chuyển sang trạng thái chảy rối, môi trường chất lỏng coi như đầy
những phần tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn, nhưng nói chung có xu thế đi xuôi dòng.
Lưu tốc điểm phụ thuộc thời gian và thay đổi cả về trị số lẫn phương hướng.
-
Gọi u
1
, u
2
, u

3
là lưu tốc tại điểm cố định M ở thời điểm t
1
, t
2
, t
3
. Những lưu tốc
nầy gọi là lưu tốc tức thời hoặc lưu tốc thực.






Gọi
u
x
là lưu tốc trung bình thời gian:

T
dtu
u
T
x
x
∫
=
0
.

(5.22)
- Hiện tượng thay đổi lưu tốc không ngừng xung quanh một vị trí trung bình thời
gian của lưu tốc gọi là hiện tượng mạch động lưu tốc.
- Hiệu số giữa lưu tốc tức thời và lưu tốc trung bình thời gian gọi là lưu tốc mạch
động:
u
x
’
= u
x
-
x
u (5.23)
3. Lớp mỏng chảy tầng - Thành nhám và thành trơn thủy lực
- Trong thực tế hầu hết dòng chảy trong
các ống đều là chảy rối.
- Lưu tốc trên mặt cắt ướt phân bố đều
hơn so với trường hợp chảy tầng.
- Dòng chảy rối: Các phần tử chuyển
động hỗn loạn. Lôi kéo và kìm hãm nhau.
Tại thời điểm t
u
1
(t
)
u
2
(t)
u
(t)

M
Sau khoảng thời gian t+2
∆
t'
Sau khoảng thời gian t+
∆
t
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 90










- Một vật liệu bất kỳ dù tinh chế tốt cũng có độ gồ ghề
∆ (mố nhám). Gọi chiều cao
trung bình các mố nhám là độ nhám tuyệt đối
∆, khi lớp mỏng chảy tầng che kín hoàn
toàn những chỗ lồi của các mấu ghồ ghề (
δ
t
> ∆ ), dòng chảy rối không tác dụng qua lại
trực tiếp với mặt nhám của thành rắn. Trường hợp nầy thành rắn được gọi là
thành trơn

thủy lực.
- Chiều dày lớp mỏng chảy tầng δ
t
tính theocông thức :

8750
234
,
d
t
Re
d.,
=δ


δ
t
> ∆ : Chảy rối thành trơn thủy lực; ngược lại khi δ
t
< ∆ , lớp mỏng chảy
tầng không bao phủ hết các mố nhám, dòng chảy rối tác dụng lên các mố nhám, ta có
chảy rối thành nhám thủy lực. Rõ ràng dòng chảy thành nhám thủy lực, có sức cản lớn
hơn ở thành trơn thủy lực.
9 Ví dụ: Nước, dầu, không khí cùng ở nhiệt độ t=20
0
C, chuyển qua ba ống riêng biệt có
cùng đường kính d=150 mm, độ nhám
∆=0,1mm, với G = 73,75 KN/h. Xác định trạng
thái chuyển động của nước, dầu, không khí.
Biết ứng với t=20

0
C.

t=20
0
C
γ (N/m
3
) ν (cm
2
/s)
Nước 9800 0,0101
Dầu 8440 0,2
Không khí 11,77 0,157

¾ Ống dẫn dầu:
- Vận tốc: sm,
,,
.,
d.
G
d.
Q
v 1370
15084401433600
1075734
4
4
2
3

2
1
2
1
=
×××
×
=
π
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
γ
×
=
π
=

- Hệ số Reynolds:

23201030
20
15713
1
1

1
<=
×
=
ν
=
,
,
d.v
Re
Do đó chuyển động của dầu là chuyển động tầng.

¾ Ống dẫn nước:
∆
δ
t
Chảy rối
Chảy tầng
∆
δ
t
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 91
- Vận tốc: sm
x
d
G
d
Q

v 114,0
15,0980014,33600
1075,734
.
.4
.
4
2
3
2
2
2
2
=
×××
×
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
==
π
γ
π

- Hệ số Reynolds:

232017000
01010
15411
2
2
2
>=
×
=
ν
=
,
,
d.v
Re

Do đó chuyển động của nước là chuyển động rối.
- Chiều dày của lớp mỏng chảy tầng sát thành:

mm,
,
Re
d,
t
,,
021
17000
150234234

87508750
2
=
×
=
×
=δ

Vì
δ
t
>∆ : Chuyển động ở khu thành trơn thủy lực.
¾ Ống dẫn không khí:
- Vận tốc: sm
x
d
G
d
Q
v 3,98
15,077,1114,33600
1075,734
.
.4
.
4
2
3
2
3

2
3
=
×××
×
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
==
π
γ
π

- Hệ số Reynolds:

2320940000
15710
159830
3
3
3
>=
×
=

ν
=
,
d.v
Re

Do đó chuyển động của không khí là chuyển động rối.
- Chiều dày lớp mỏng chảy tầng sát thành:

mm,
,
Re
d,
t
,,
0310
940000
150234234
87508750
2
=
×
=
×
=δ
Vì
δ
t
< ∆ Chuyển động ở khu thành nhám thủy lực.
4. Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy rối:

- Ứng suất tiếp viết cho ống tròn có bán kính r
o
là:
n
22
)
dy
u
d
.(l.ρ=τ
(5-24)
Trong đó: y = r
o
- r: Khoảng cách từ thành rắn đến lớp chất lỏng ở cách tâm một đoạn r.
Biểu thức (5.24) viết thành:
dy
ud
.l=
ρ
τ

Theo Prandtl, ta có: l =
yχ
Ơ lân cận thành rắn coi:
0
τ=τ =>
*
o
u=
ρ

τ
=
ρ
τ
: Lưu tốc động lực
Do đó:
dy
ud
.y.χ
=
*
u =>
y
dy
.
u
du
*
χ
=
=> Cyln.
u
u
*
+
χ
=

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 92
VI. Công thức Darcy, tính tổn thất cột nước h
d
, hệ số tổn thất dọc đường λ, thí
nghiệm Nikuratse
1. Công thức Darcy
Để tính tổn thất dọc đường ta dùng công thức tổng quát của Darcy, có dạng như
sau:

g
v
.
d
l
.h
d
2
2
λ=
, với tiết diện tròn.

g
v
.
R.
l
.h
d
24
2

λ= , với kênh hở (Vì dòng chảy trong kênh hở không có đường
kính d mà chỉ có bán kính thủy lực R).
Trong đó l : chiều dài đoạn ống.
d: đường kính ống.
R: bán kính thủy lực.
λ: hệ số ma sát, không thứ nguyên.
- Hai công thức trên là công thức tổng quát tính tổn thất cột nước dọc đường cho
dòng chảy đều, dùng cho cả dòng chảy tầng lẫn dòng chảy rối.
2. Hệ số tổn thất dọc đường λ
- Khi suy diễn công thức Darcy ta thấy:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∆
=λ
d
Re,f
(5-25)
- Như vậy hệ số ma sát dọc đường
λ
của dòng chảy rối phụ thuộc vào số Re và độ
nhám tương đối
d
∆
.
- Ta đã biết trong trường hợp chảy tầng thì
Re

64
táöng
=λ , còn đối với chảy rối thì
räúi
λ xác định bằng thực nghiệm.
9 Ví dụ: Tính tổn thất dọc đường khi dầu di chuyển trên đoạn ống đường kính d=150
mm, dài l=1000m ở nhiệt độ t = 20
0
C (ν
dầu
=0,2 cm
2
/s; γ
dầu
=8440 KN/m
3
), độ nhám ống
∆=0,1mm, với G= 73,75 KN/h.
Giải:
Theo ví dụ trên ta đã xác định được trạng thái chảy của dầu trong ống là chảy tầng với
Re= 1030. Tổn thất dọc đường được tính theo công thức Darcy:
m,
,
,
.
,
.
g
v
.

d
l
.
Reg
v
.
d
l
.h
d
3950
8192
1370
150
1000
1030
64
2
64
2
222
=
×
==λ=
3. Thí nghiệm Nikuratse
- Mục đích thí nghiệm Nikuratse là xác định cụ thể qui luật biến thiên của
λ
mà
biểu thức chung đã được nêu ở (5-25).
- Nikuratse đã tạo các ống có đường kính khác nhau một độ nhám xác định.

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 93
- Gọi ∆ là đường kính trung bình hạt cát, r
o
là bán kính của ống. Nikuratse đã có
được những ống có độ nhám tương đối
0
r
∆
, và độ nhám tuyệt đối ∆ .
- Cho nước chảy qua ống với các lưu lượng Q khác nhau, rồi đo mực giảm sút của
cột nước đo áp h
d
trên một đoạn dài xác định l.
Ta biết:
g
v
.
d
l
.h
d
2
2
λ= . Từ đó rút ra:
2
2
v
g.d

.
l
h
d
=λ
-
Nikuratse đã ghi lại những kết quả thí nghiệm trên một biểu đồ có trục hoành là
lgRe, trục tung độ là lg100
λ
.














2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0

- Trên biểu đồ này, các kết quả thí nghiệm làm với những ống có cùng một độ nhám
tương đối được ghi lại bằng cùng một loại ký hiệu.
- Phân tích biểu đồ này, ta có thể chia làm 5 khu vực:
a. Đường thẳng AB:

Đó là khu chảy tầng. Những điểm thí nghiệm trong trạng thái chảy tầng đều nằm
trên đường thẳng này. Chúng ta thấy rằng ở đây gặp tất cả các dạng ký hiệu, điều đó có
nghĩa là trong trạng thái chảy tầng, hệ số ma sát
λ
không phụ thuộc vào độ nhám của
ống, mà chỉ phụ thuộc số Reynolds, tức là
λ
= f(Re). Theo đường AB, ta thấy
λ
giảm đi
khi Re tăng lên. Mối quan hệ giữa số
λ
và Re được biểu diễn bởi công thức trên đã tìm
bằng lý luận khi dòng chảy tầng
λ
= 64/Re.
b. Một số lớn nằm lộn xộn giữa đường thẳng AB và điểm C:
Đó là khu quá độ từ chảy tầng sang chảy rối. Những điểm này ứng với thí nghiệm
khi dòng chảy quá độ từ trạng thái chảy tầng sang trạng thái chảy rối. Đối với vùng ngắn
này không thể xác định được qui luật nào cả.
c. Đường thẳng CD:
Đó là khu chảy rối ống trơn thủy lực. Chúng ta thấy rằng vì những điểm tương ứng
với những ống có độ nhám tương đối
0
r
∆
khác nhau đều nằm trên đường thẳng đó, nên rõ
ràng trong những ống trơn thủy lực hệ số ma sát
λ
chỉ phụ thuộc vào số Reynolds và

1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
A
B
C
E
F
126
60
D
lg(100λ)
lgRe
d

252
507
30,6
r
o
/∆ = 16
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 94
không phụ thuộc vào độ nhám:
λ
= f(Re). Đường thẳng CD được gọi là đường thẳng
Bơladiut.
e. Khu vực giữa đường thẳng CD và EF:
Đó là khu quá độ giữa rối thành trơn sang rối thành nhám. Trong khu vực này
λ
=
f(Re,
0
r
∆
). Trường hợp này lớp mỏng chảy tầng không bao phủ được các mấu nhám. Vì
vậy mố nhám có ảnh hưởng đến sức cản. Sự phụ thuộc của
λ
vào ∆ được biểu hiện ở
chỗ ứng với mỗi loại
0
r
∆
có một đường riêng, còn sự phụ thuộc vào Re được biểu thị
bằng độ cong và tính chất không nằm ngang của các đường này.
f. Những điểm tương ứng với thành hoàn toàn nhám thủy lực, đều nằm bên phải
đường EF:

Đó là khu sức cản bình phương lưu tốc. Trong khu vực này tất cả các đường đều
nằm ngang, nghĩa là khi thành hoàn toàn nhám
λ
không phụ thuộc vào Re mà chỉ phụ

thuộc vào độ nhám tương đối
0
r
∆
, nghĩa là:
λ
= f(
0
r
∆
).
Ghi chú: Kết quả thí nghiệm quan trọng này của Nikuratse thực hiện với độ nhám nhân
tạo là cát đều hạt, nên khi áp dụng những kết qủa của thí nghiệm này vào các ống thường
dùng trong thực tế cần phải có sự hiệu chỉnh.

VII. Công thức Chezy - Công thức xác định
λ
và C để tính tổn thất cột nước dọc
đường của dòng đều trong các ống và kênh hơ.
1. Công thức Chezy
Trong dòng chảy đều việc xác định lưu tốc trung bình mặt cắt ướt v là rất quan trọng.
Từ công thức Darcy:

=>

Hay:
(5-26)
J : độ dốc thuỷ lực
Trong đó C gọi là hệ số Chezy:
(5-27)

Công thức (5-27) gọi là công thức Chezy, đơn vị là
s
m
và được xác định bằng thực
nghiệm.
Từ công thức Q= v., ta viết được:
(5-28)
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 95
Công thức trên được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đặc biệt là cho dòng chảy đều
trong kênh hở.
2. Những công thức xác định hệ số
λ

2.1.Trạng thái chảy tầng
Đối với chảy tầng trong ống tròn, chúng ta có công thức:

(5-29)
Khi các mặt cắt ngang ống không tròn, A sẽ khác nhau. Theo Idơbatsơ:
- Mặt cắt hình vuông : A= 57, d
td
= a
- Mặt cắt hình tam giác đều : A = 53, d
td
= 0.58a
- Mặt cắt hình vành khăn : A= 96, d
td
= 2a.
Những trị số này là chính xác đối với dòng chảy có áp.

Lúc đó số Re được tính theo biểu thức:


Đối với kênh hở:
R
Re
24
=λ (5-30)
2.2.Trạng thái chảy rối trong thành trơn thủy lực
Đó là những điểm ở trên đường thẳng CD của thí nghiệm Nikuratse:
Ta có với Re <10
5
, dùng công thức Bơ-la-di-ut (1912) (5-31)
Còn khi Re > 10
5
, dùng công thức Cô-na-cốp
2.3. Chảy rối trong khu quá độ từ thành trơn sang thành nhám hoàn toàn:
Đó là khi:
t
δ
>∆ , và số R
e
< 21,6xCxd / Ô.
Ap dụng công thức của An-tơ-sun (1952):

250
100461
10
,
d

Red
.,
,
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
∆
=λ
2.3. Khu vực thành hoàn toàn nhám thủy lực (khu bình phương sức cản)
Khi: R
e
> 21,6 x C x d / Ô.
Thành hoàn toàn nhám, ta có dùng công thức Nicuratsơ:

2
0
74,1lg.2
1
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛

+
∆
=
r
λ

Hoặc cng thức Prandtl-Nikcuratse:

(5-32)
Trị số độ nhám ∆ của một vài vất liêu cho ở bảng sau:

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 96
Tên vật liệu làm ống
∆ (mm)
Ống thép mới
0.065 ÷ 0.1
Ống thép đã dùng chưa cũ
0.1 ÷ 0.15
Ống gang mới
0.25 ÷ 1.0
Ống gang đã dùng
1.0 ÷ 1.5

3. Những công thức kinh nghiệm xác định hệ số Sedi C
Đối với dòng chảy rối ở khu sức cản bình phương, trong tính toán người ta hay
dùng công thức Chezy; từ đó suy ra tổn thất cột nước dòng chảy.
3.1. Công thức Manning (1890)
(

) (5-33)
Trong đó: n là hệ số nhám, thường áp dụng khi n < 0.02 và R < 0.5m.
Công thức này cho kết quả tốt đối với ống và kênh hở.
3.2. Công thức Pavơlốpski (1925)
(5-34)
Trong đó y = f ( n, R) là số mũ, phụ thuộc độ nhám và bán kính thủy lực.
Công thức này dùng cho cả ống tròn và kênh hở, với phạm vi áp dụng : R < 3
÷ 5m.
Hệ số nhám n có thể tra tìm ở phụ lục sách thuỷ lực. Số mũ y được xác định theo công
thức chính xác:

(5-35)
Trong thực tế Pavơlốpski thấy rằng có thể áp dụng công thức đơn giản hơn:

khi R < 1m

khi R > 1m
Các trị số tìm được của của y thường nằm trong giới hạn
6
1
4
1
÷ , cũng có thể lấy y ngoài
giới hạn đó.

IIX. Tổn thất cột nước cục bộ - Những đặc điểm chung
Sự tổn thất cột nước đặc biệt lớn ở những nơi mà dòng chảy thay đổi đột ngột về
phương hướng, về dạng mặt cắt ướt. Cách thay đổi đột ngột của dòng chảy có rất nhiều
dạng, đặc trưng cho các thay đổi ảnh hưởng đến tổn thất là các hệ số

i
ξ , được xác định
bằng thực nghiệm theo quan hệ tỷ lệ với cột nước động năng:
g
v
h
cc
2
2
ξ=
1. Trường hợp dòng chảy mở rộng đột ngột




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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 97

Viết phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 có:
h
đm
= (z
1
+
)
g
v
.
p
2
1
2
1
1
α+
γ
- (z
2
+
)
g
v

.
p
2
2
2
2
2
α+
γ
(5.36)
Trong đó: h
đm
tổn thất do đột ngột mở rộng
Mặt khác áp dụng định luật động lượng cho đoạn dòng theo phương trục s ta có:
F
s
= Q.
ρ
(
)v.v.
101202
α
−
α

Trong đó F
s
bao gồm:
P
1

= p
1
.Ω
-P
2
= -p
2
.Ω
)zz.(.cos.l cos.G
21
−
Ω
γ
=
θ
Ωγ=θ
Xem ma sát dọc thành ống không đáng kể. Các phản lực thành ống vuông góc với trục s
nên bằng không.
Do đó: F
s
= P
1
-P
2
+
θ
cos.G = (p
1
-p
2

).
Ω
+
θ
cos.G

Q.ρ ( )v.v.
101202
α−α = (p
1
-p
2
).
Ω
+
θ
cos.G
Thay Q= v
2
.Ω và rút gọn ta được:

2
v.ρ ( )v.v.
101202
α−α = p
1
- p
2
+ )zz.(
21

−
γ
Thay vào (5.36) ta được:
h
đm
=
g2
v
.
g2
v
.
g
)v.v.(v
2
2
2
1
2
1
1012022
α−α+
α−α

h
đm
=
g2
v.v.2v.v.
2101

1
2
01
2
202
α−α+α

Thực nghiệm cho thấy
01
α ,
02
α =1, nên:
h
đm
=
g2
)vv(
2
21
−
(5.37)
Hiệu số (v
1
-v
2
)
2
gọi là “bình phương độ hụt lưu tốc”
Vậy: Tổn thất cột nước cục bộ vì dòng mở rộng đột ngột bằng cột nước của bình phương
độ hụt lưu tốc. Định luật này gọi là định luật Boorda.

O
P
2
Z
1
Ω
L
O
1
Z
2
2
ω
1
P
1
2
θ
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 98
Vì v
1
. Ω=ω .v
2
nên
ω
Ω
=
2

1
v
v
. Do đó (5.37) có thể viết:
h
đm
=
g
v
âm
'
2
1
2
ξ
, với
âm
'
ξ = (1-
2
)
Ω
ω

Hoặc h
đm
=
g
v
âm

'
'
2
2
2
ξ
, với
âm
'
ξ
=
2
)1( −
ω
Ω

Trong đó: v
1
, là vận tốc và diện tích mặt cắt nhỏ.
v
2
,
Ω
là vận tốc và diện tích mặt cắt lớn.
2. Trường hợp dòng chảy co hẹp đột ngột
Tổn thất cục bộ biểu thị theo Vet-so-bat-so:

g
v
h

cc
2
2
ξ=
Trong đó:
ξ
c
: Hệ số tổn thất cục bộ, xác định bằng thí nghiệm. Thường phụ thuộc vào
nguyên nhân hình dạng gây ra tổn thất.
v: Lưu tốc trung bình lấy ở mặt cắt trước hoặc sau nơi tổn thất cục bộ, tùy theo
cách xác định
ξ
c
.

IX. Một số dạng tổn thất cục bộ trong ống
1.Trường hợp đột mở, đột thu:
Bảng bên dưới cho ta hệ số tổn thất cục bộ ξ
c
trong một số trường hợp đặc biệt.

Nguyên
nhân
Đột mở
Thu hẹp đột
ngột
Mở rộng đột ngột
Minh họa

Trị số h

c

g2
v
.1
2
2
2
1
2
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
ω
ω

0,5.
g2
v
2
1,0.
g2
v
2

ω
1
v
1
v
2
ω
2
ω

v

ω

=∞

ω

v

ω

=∞

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 99
Trường hợp đột thu:

h
c
=
g2
v
.
2
2
c
ξ
,
)(f
1
2
c
ω
ω
=ξ


1
2
ω
ω

0.01 0.10 0.20 0.40 0.60 0.80

ζ
C

0.50 0.45 0.40 0.30 0.20 0.10

2. Trường hợp uốn cong:
a. Trường hợp uốn cong, d = const (d < 50mm):


α
30° 40° 50° 60° 70° 80° 90°
ξ
c
0,2 0,3 0,44 0,55 0,70 0,9 1,1

b. Trường hợp uốn cong 90
0
, d thay đổi:

d (m) 0.2 0.25 0.34 0.39 0.49
ζ
C

1.7 1.3 1.1 1.0 8.3
c. Uốn dần thành góc 90
0
:
Ta có công thức:

(5-38)

Trong đó: r
o
là bán kính ống.
R là bán kính cong trục ống


0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
ζ
C

0.13 0.14 0.16 0.21 0.29 0.44 0.66 0.98 1.41 1.98
Nếu ≠α 90
0
thì bảng trên có thể dùng được bằng cách nhân ζ
C
ở bảng trên với
0
90
α

ω
1
v
1
ω
2
v
2
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 100
3.Cửa van phẳng trong ống tròn :
ξ
= f (
)
d
h
d
−









0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8
ζ
C

0 0.07 0.26 0.81 2.06 5.52 17 97.8

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

Bài giảng thủy lực 1 Trang 101
Câu hỏi:

1. Những dạng tổn thất cột nước? Nêu sự khác nhau cơ bản giữa chúng?

2.
Lập phương trình cơ bản của dòng chất lỏng chảy đều?
3.
Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái chảy tầng rối và ảnh hưởng của trạng thái chảy
đối với quy luật tổn thất cột nước?
4.
Nêu quy luật phân bố lưu tốc trong dòng chảy tầng?
5.
Cách thành lập công thức tổn thất dọc đường trong dòng chảy tầng?
6.
Hệ số α trong ống chảy tầng?
7.
Tính chất chuyển động xoáy của dòng chảy tầng?
8.
Khái niệm lưu tốc thực - lưu tốc trung bình thời gian - Lưu tốc mạch động - Động
năng của dòng chảy rối?
9.
Công thức Darcy?
10.
Hệ số tổn thất dọc đường λ?
11.
Công thức Chezy - Công thức xác định λ và C để tính tổn thất cột nước dọc đường
của dòng đều trong các ống và kênh hở?
12.
Nêu những đặc điểm và công thức chung của tổn thất cột nước cục bộ?
13.
Tại sao thí nghiệm Reynolds là một trong những thí nghiệm rất quan trọng ?
14.
Tại sao số giới hạn Reynolds trên và số giới hạn Reynolds dưới là không trùng
nhau ?

15.
Mục đích thí nghiệm của Nicuratse là gì ? Dựa vào nó người ta có thể tìm thấy gì ?

BÀI TẬP

Bài 1: Máy bơm lấy nước từ giếng cung cấp nước cho tháp chứa để phân phối cho một
vùng dân cư. Cho biết:
+ Cao trình mực nước trong giếng :
1
∇
= 0.0m
+ Cao trình mực nước ở tháp chứa nước:
4
∇
= 26.43m
+ Ống hút: - Dài L = 10m
- Đường kính ống d = 250mm
- Các hệ số sức cản cục bộ; chỗ vào có lưới chắn rác (z
vào
= 6), một
chỗ uốn cong z
uốn
= 0.294.
- n = 0.013 ống gang bình thường
+Ống đẩy: L= 35m; d = 200mm; n = 0.013; không tính tổn thất cục bộ.
+Máy bơm li tâm:
- Lưu lượng Q = 65l/s;
- Hiệu suất
η
= 0.65

- Độ cao chân không cho phép ở chỗ vào máy bơm [hck]= 6m cột nước.
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 102

Yêu cầu:
1./ Xác định độ cao đặt máy bơm.
2./ Tính cột nước H của máy bơm.
3./ Tính công suất N mà máy bơm tiêu thụ.
4./ Vẽ đường năng và đường đo áp.
Xem dòng chảy trong các ống thuộc khu sức cản bình phương.
Bài 2: Nước từ một bình chứa A chảy vào bể chứa B, theo một đường ống gồm hai loại
ống có đường kính khác nhau.
Biết Z
A
= 13m; Z
B
= 5m ; L
1
= L
2
=30m; d
1
= 150mm; d
2
= 200mm. Ống dẫn là loại
ống gang đã dùng.

Tính lưu lượng Q và vẽ đường cột nước, đường đo áp của đường ống.
Bài 3:

Để đưa nước lên một tháp nước với lưu lượng Q = 40l/s, ta đặt một máy bơm ly
tâm, cao hơn mực nước trong giếng hút là H
b
= 5m; mực nước trong tháp cao hơn máy
bơm H
a
= 28m; độ dài ống hút L
hút
= 12m, độ dài ống đẩy L
đẩy
= 3600m; đường ống hút
và ống đẩy có hệ số ma sát
λ
= 0.028. Tính đường kính ống hút và đẩy; tính công suất
máy bơm, biết hiệu suất máy bơm
bom
η
= 0.8, hiệu suất động cơ
dco
η
= 0.85; chân không
cho phép của máy bơm là 6m.
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi

Bài giảng thủy lực 1 Trang 103


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyen The Hung, Hydraulics, Vol. 1, NXB Xay Dung 2006.

2. Nguyen Canh Cam & al., Thuy luc T1, NXB Nong Nghiep 2000.
3. Nguyen Tai, Thuy Luc T1, NXB Xay Dung 2002.
4. Doughlas J. F. et al., Fluid Mechanics, Longman Scientific & Technical
1992.
5. Edward J. Shaughnessy et al., Introduction to Fluid Mechanics, Oxford
University Press 2005.
6. Frank M. White, Fluid Mechanics, McGrawHill 2002.
7. R. E. Featherstone & C. Nalluri, Civil Engineering Hydraulics, Black well
science 1995.
8. John A. Roberson & Clayton T. Crowe,Engineering Fluid Mechanics, John
wiley & Sons, Inc 1997.
9. Philip M. Gerhart et al., Fundamental of Fluid Mechanics, McGrawHill
1994.

Website tham khảo:



/>









The end