Chương 5: Tổn thất năng lượng pdf

1
1
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
Khoa KTXD - Bộ mơn KTTNN
Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
E-mail: or
Web: />T
é
l
.
(08) 38 640 979
-
098 99 66 719
2
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
NỘI DUNG MƠN HỌC
Chương 1. Đặc tính chất lỏng.
Chương 2. Thủy tỉnh học.
Chương 3. Cơ sở động lực học chất lỏng.
Chương 4. Đo đạc dòng chảy.
Chương 5. Tổn thất năng lượng.
Chương 6. Dòng chảy có áp trong mạng lưới ống.
Chương 7. Lực tác dụng lên vật cản.
Chương 8. Dòng chảy ổn đònh đều trong kênh.
Chương 9
(*)

. Dòng chảy ổn đònh không đều trong
kênh.
Chương 10
(*)
. Đập tràn.
(*) : Trường hợp môn Thủy lực cơ sơ mở rộng
3
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
MỤC ĐÍCH
• Nghiên cứu các trạng thái chảy
(dòng chảy tầng, dòng chảy
rối).
• Nghiên cứu các dạng mất năng
lượng dòng chảy tầng và dòng
chảy rối.
4
4
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
GI
GI
Ớ
Ớ
I THI
I THI
Ệ
Ệ

U
U
HI
HI
Ệ
Ệ
N TƯ
N TƯ
Ợ
Ợ
NG
NG
M
M
Ấ
Ấ
T
T
NĂNG LƯ
NĂNG LƯ
Ợ
Ợ
NG
NG
5
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
z
1

z
2
p
1
/ρg
V
1
2
/2g
p
2
/ρg
V
2
2
/2g
h
d
p
1
p
2
τ
ττ
τ
0
X
P
θ
θθ

θ
Động
năng
Áp
năng
Thế
năng
Mất năng
L
6
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Thế
năng
Áp
năng
Động
năng
Mất năng
V
1
2
/2g
p
1
/ρg
z
1
h

d
V
2
2
/2g
p
2
/ρg
z
2
τ
ττ
τ
0
τ
ττ
τ
0
:ứng suất do ma sát
giữa dòng chảy và
lòng dẫn
2
7
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
THÍ NGHIỆM REYNOLDS
Chảy tầng
Chảy rối
Chảy q độ

Van điều
tiết l/lượng
Nước màu
ðường
ống
trong
suốt
Bổ sung
nguồn
nước
8
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Chảy tầng
Chảy quá độ
Chảy rối
9
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
THÀNH LỊNG DẪN
10
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
THÀNH LỊNG DẪN
11
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔNG HP CÁC TRẠNG THÁI CHẢY
PGS. Dr. Nguyễn Thống
12
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
PROFILE VẬN TỐC
3
13
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Tiêu chuẩn xác đònh trạng thái chảy:
• Số Reynolds:
• V: vận tốc trung bình điển hình dòng chảy.
• L: chiều dài đặc trưng (bán kính thủy lực, D ống)
• ν
νν
ν hệ số nhớt động học của nước (0,0101 cm
2
/s).
• Chảy tầng:
• Chảy rối:
• Chảy quá độ:
e
VL
R
ν
=

e gh 1
R R
−
<
e gh 2
R R
−
>
gh 1 e gh 2
R R R
− −
< <
gh 1
R 2000
−
≈
gh 2
R 3000 100000
−
≈ −
14
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG Σh
w
w d c
h dh dh
= +
∑ ∑ ∑

L
AB
Ứng suất tiếp
tuyến do ma sát
A
B
1
2
1
2
Tổn thất năng
lượng cục bộ
Tổn thất năng
lượng đường dài
15
15
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
CƠNG TH
CƠNG TH
Ứ
Ứ
C LÝ THUY
C LÝ THUY
Ế
Ế
T
T
X

X
Á
Á
C ð
C ð
Ị
Ị
NH M
NH M
Ấ
Ấ
T NĂNG
T NĂNG
ðƯ
ðƯ
Ờ
Ờ
NG D
NG D
À
À
I CHO
I CHO
DỊNG CH
DỊNG CH
Ả
Ả
Y
Y
Ổ

Ổ
N ð
N ð
Ị
Ị
NH
NH
16
16
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
PH
PH
ƯƠNG TRÌNH
ƯƠNG TRÌNH
CƠ B
CƠ B
Ả
Ả
N
N
CH
CH
Ấ
Ấ
T L
T L
Ỏ
Ỏ

NG
NG
CH
CH
Ả
Ả
Y ð
Y ð
Ề
Ề
U
U
17
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
z
1
z
2
p
1
/ρg
V
1
2
/2g
p
2
/ρg

V
2
2
/2g
h
d
p
1
p
2
τ
ττ
τ
0
X
P
θ
θθ
θ
Động
năng
Áp
năng
Thế
năng
Mất năng
L
18
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG

Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
XÉT PHƯƠNG TRÌNH LỰC ĐOẠN DÒNG CHẢY
ĐỀU THEO PHƯƠNG TRỤC DÒNG CHẢY
Chú ý: cos(θ
θθ
θ)=(z
1
-z
2
)/L
0)cos(LLpp
021
=
+
−
−
θ
γω
χ
τ
ω
ω
p lực thủy tỉnh
thượng hạ lưu
0)cos(L
R
L
pp
0
21

=+−
−
θ
γ
τ
γ
Lực ma sát
Trọng lượng
bản thân
4
19
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
p dụng phương trình Bernoulli cho đoạn dòng
đều giới hạn bởi (1-1) & (2-2) [cả có và không
có áp]:
R
1
.
L
)
p
z()
p
z(
0
2
2
1

1
γ
τ
γγ
=
+−+
d
h
p
z
p
z =+−+ )()(
2
2
1
1
γγ
20
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Từ đó:
Với J=h
d
/L 

 độ dốc thủy lực
p dụng cho dòng chảy tròn đều, chú ý R=d/4=r/2:
J.R
R

1
.
L
h
00d
=⇒=⇒
γ
τ
γ
τ
τ
ττ
τ
0
τ
ττ
τ
2
r
J=⇒
γ
τ
r
0
r
(phương trình cơ bản dòng chảy đều)
b/kính
thủy lực
21
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DÀI
Trường hợp chảy tầng
Xét dòng chảy trong ống tròn, ứng suất tiếp tuyến do
tính nhớt chất lỏng (kết quả cuối chương 1):
µ
µµ
µ chỉ hệ số động lực nhớt, u chỉ vận tốc phân tử chất
lỏng cách tâm ống khoảng cách r.
dr
du
µτ
−=
(1)
22
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
• Ngoài ra, trong dòng chảy chảy đều ta còn có quan hệ:
• τ
ττ
τ
0
ứng suất tiếp, R bán kính thủy lực, J độ dốc thủy
lực.
• Xét cho trường hợp chảy có áp trong ống tròn:
• 

 R=r/2

• Và tại thành ống (r=D/2):
JR
γτ
=
0
2
r
J
γτ
=
4
0
D
J
γτ
=
(2)
23
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
• Từ (1) và (2) ta sẽ xác đònh được quy luật phân bố vận
tốc dòng chảy tầng trong đường ống như sau:
C hằng số tích phân sẽ xác đònh theo đ/k biên.
dr
dur
J
µγτ
−==
2

rdr
J
du
µ
γ
2
−=
Cr
J
u +−=
2
4
µ
γ


24
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy


)(
4
22
0
rr
J
u −=
µ

γ
22
0max
164
D
J
r
J
u
µ
γ
µ
γ
==
u
max
u
r
p dụng điều kiện biên: Tại thành ống r=r
0


 u=0.
Với D chỉ đường kính ống.


 Phân bố vận tốc trong ống tròn chảy tầng
5
25
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
• Từ đó phân bố vận tốc tại mặt cắt ống tròn có thể
viết:
Đây là phương trình của một paraboloide tròn xoay.
Bài tập: Tính Q từ phân bố vận tốc u nói trên và tính
vận tốc trung bình V theo u
max
.
Đáp số:

















−=
2
0

max
1
r
r
uu
4
128
JdQ
µ
πγ
=
2
max
u
V =
26
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
dS =2π
ππ
πr.dr
 dQ =2π
ππ
πrdr.u
 Q
r
dr
r
0

O
27
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DÀI
Từ đó ta có thể xác đònh tổn thất năng lượng đường
dài trong chảy tầng như sau (J=h
d
/l):
V
gD
l
h
d
2
32
ρ
µ
=
g
V
D
l
g
V
D
l
h
d

2

2

Re
64
22
λ
==
Với Re=Vd/ν
νν
ν
Dạng CT phơ
biến xác định TT
năng lượng
đường dài
28
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DÀI
Trường hợp chảy rối – Công thức Darcy
Ứng suất tiếp trên thành:
Phương pháp phân tích thứ nguyên:
Giải ra ta có: a=2-d; c=1-d; b=-d-e
),,,,(
0
µ
ρ
τ

∆
=
DVf
edcba
DCV ∆=
µρτ
0
29
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DÀI
Trường hợp chảy rối – Công thức Darcy
Từ đó:
Kết hợp với kết quả dòng chảy đều:
2
)(Re,
2
10
V
D
f
ρτ
∆
=
2
)(Re,
2
10
V

D
fRJ
ργτ
∆
==
RJ
γτ
=
0
30
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DÀI
Trường hợp chảy rối – Công thức Darcy
Lưu ý với J=h
d
/l ta có :
Công thức (1) gọi là công thức Darcy (1856)
Ôn: Nếu chảy tầng
g
V
D
l
h
d
2

2
λ

=
)(Re,
D
f
∆
=
λ
Re
64
=
λ
(1)
6
31
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
XÁC ĐỊNH λ
λλ
λ BẰNG THỰC NGHIỆM
• Theo Nicuraste
• Theo Moody
• Hai tác giả dùng phương pháp thí
nghiệm để xác đònh λ
λλ
λ theo quy luật
đònh nghóa trong phương trình
Darcy.
32
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH λ
λλ
λ THEO NICURASTE
Chảy tầng
Chảy rối
Chảy quá độ
lg(100λ
λλ
λ)
lg(Re)
τ
ττ
τ
0
/∆
33
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
• ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH λ
λλ
λ THEO MOODY
λ
λλ
λ
Re
∆/D
34

PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG ĐƯỜNG DÀI
Theo Hazen–Williams (phổ biến dòng chảy có áp)
• Công thức thực nghiệm tính tổn thất năng lượ
ng
đường dài cho dòng chảy rối theo Hazen-Williams:
• Trong đó C
HW
=90 

 140 là hệ số phụ thuộc tình trạng
ống. Ống càng “tốt” giá trò C
HW
lớn.
L: chiều dài, d: đường kính, Q l/lượng
(m)
85,1
87,4
.68,10








=

HW
C
Q
D
L
dh
35
35
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
M
M
Ấ
Ấ
T
T
NĂNG LƯ
NĂNG LƯ
Ợ
Ợ
NG
NG
C
C
Ụ
Ụ
C B
C B
Ộ

Ộ
36
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
Xảy ra khi có sự thay đổi “đột ngột” về kết
cấu dòng chảy tại vò trí cục bộ trên dòng
chảy:
 tạo dòng chảy “xáo trộn” cục bộ
 ma sát cục bộ của các phân tử chất lỏng
 tổn thất năng lượng cục bộ
7
37
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
A
A
TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG CỤC BỘ Σ
ΣΣ
Σh
c
Dòng chảy xoáy cục bộ
D
d
38
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy

TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
ζ : gọi là hệ số tổn thất năng lượng cục bộ,
được xác đònh từ thực nghiệm (xem sau).
V(m/s) vận tốc trung bình.
)(
2
2
m
g
V
dh
c
ς
=
39
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
1. Trường hợp co hẹp đột ngột:
PGS. Dr. Nguyễn Thống
)1(5,0
Ω
−=
ω
ς
c
ω
Ω
V

40
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
2. Miệng vào ống:
Sắc mép: ζ
ζζ
ζ
c
=0,5
Mép tròn, thuận: ζ
ζζ
ζ
c
=0,2
Mép rất thuận: ζ
ζζ
ζ
c
=0,05
41
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
3. Miệng ra của ống (Công thức Borda):
2
)1(
Ω

−=
ω
ς
c
Ω
ω
42
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
4. Ống uống cong “đột ngột” vớiø d<50mm:
d
1,10,90,70,550,40,30,2ζ
ζζ
ζ
90
0
80
0
70
0
60
0
50
0
40
0
30
0

α
αα
α
α
αα
α
8
43
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
4. Ống uống cong 90
0
với và d>200mm:
0,831,01,11,31,7ζ
ζζ
ζ
490390340250200d
44
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
4. Ống bán kính r uốn cong dần 90
0
với bán
kính cong R:
1,981.40,980,660,440,290,210,160,140,13ζ
ζζ

ζ
1.00,90,80,70,60,50,40,30,20,1r/R
R
45
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
5. Cửa van phẳng trong ống tròn:
h
97,8175,522,060,810,260,070
ζ
ζζ
ζ
7/86/85/84/83/82/81/80(d-h)/d
d
46
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
6. Van 1 chiều trong bơm và có lưới chắn rác:
344,5566,57810ζ
ζζ
ζ
4003002502001501251007550d
Ống hút
Trường hợp chỉ có lưới:
ζ
ζζ

ζ=5-6
47
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TỔN THẤT NĂNG LƯNG CỤC BỘ
7. Khoá nước:
>>
48620652,617,35,471,560,290,05
ζ
ζζ
ζ
80706050403020105
α
αα
α
0
α
αα
α
48
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
VAN BƯỚM (BUTTERFLY)-Xem sau
0,36
0,360,36
0,360,7
0,70,7
0,71,4

1,41,4
1,43
33
3
ζ
ζζ
ζ
90
9090
90°
°°
°80
8080
80°
°°
°70
7070
70°
°°
°60
6060
60°
°°
°
α
αα
α
0
7
77

718
1818
1847
4747
47145
145145
145670
670670
670
ζ
ζζ
ζ
50
5050
50°
°°
°40
4040
40°
°°
°30
3030
30°
°°
°20
2020
20°
°°
°10
1010

10°
°°
°
α
αα
α
0
9
49
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
(Butterfly Valve )
VAN BƯỚM
50
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
VAN CỬA (GATE VALVE)-Xem sau
98175,5ζ
ζζ
ζ
7/86/85/8p/D
2,10,810,260,07ζ
ζζ
ζ
4/83/82/81/8p/D
Closed
51
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
VAN CỬA (Gate Valve)
52
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TÓM TẮT VỀ MẤT NĂNG LƯỢNG
DÒNG CHẢY


 Mất năng ñường dài theo Manning:


 Hoặc theo Hazen-Williams cho dòng
chảy có áp:
)OmH(
g2
V
d
L
dh
2
2
d
λ
=
)OmH(
C
Q

d
L68.10
dh
2
85.1
HW
87.4
d








=
53
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TÓM TẮT VỀ MẤT NĂNG LƯỢNG
DÒNG CHẢY
 λ
λλ
λ hệ số mất năng ñường dài
 L chiều dài
 d ñường kính
 C
HW

hệ số phụ thuộc tình trạng ống
 V vận tốc trung bình
 Q lưu lượng
54
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
TÓM TẮT VỀ MẤT NĂNG LƯỢNG
DÒNG CHẢY
 Mất năng cục bộ:


 hê sô mất năng cục bô.
)OmH(
g2
V
dh
2
2
c
ζ
=
ζ
10
55
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 1: Tính áp suất tại B (N/m
2

, at) của đường ống
sau. Biết tại A có p
A
=0,5at. Ống có đường kính tại A
& B là D
A
=0,2m, D
B
=0,25m và dẫn lưu lượng nước
50l/s.Tổn thất năng lượng đường dài lấy theo
Manning có λ
λλ
λ=0,04; d
tb
=0,22m và L
AB
=20m.
A
B
h=3m
1
2
Q
(Chú ý: 1at =1kgf/cm
2
=9,81(N/cm
2
)=9,81.10
4
(N/m

2
)
V
A
V
B
56
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 2: Giống số liệu trên, biết rằng tổn thất
đường dài dh theo Hazen-Williams như sau:
Với L(m) chiều dài ống, d(m) đường kính ống,
Q(m
3
/s) lưu lượng qua ống.
Cho biết L
AB
=20m. Lấy d=d
tb
=0.22m khi tính
mất năng lượng đường dài trong AB. Tính p
B
.
85,1
87,4
100
Q
d
L68,10

)m(dh






=
57
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 3: Biết ống tròn AB có L=10m, d=0,05m. Tổ
n
thất năng lượng đường dài theo Manning có λ=8*10
-2
.
a. Tính V và từ đó suy ra Q qua ống (bỏ qua t/t cục bộ).
b. Tổng tổn thất cục bộ tại A & B có ζ
C
=1,2. Tính Q
trong trường hợp này.
Giả thiết bình có tiết diện rất lớn so với tiết diện ống
AB.
A
B
H=
5m
V
Trục ống AB

58
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 4: Tính lưu lượng nước từ bình 1
sang bình 2. Mất năng đường dài theo
Manning có λ
λλ
λ=4.10
-2
. Mất năng cục bộ bằng
50% tổng mất năng đường dài. Các bình có
tiết diện rất lớn so với tiết diện ống.
1
2
L
1
=10m
D
1
=0.1m
L
2
=10m
D
2
=0.2m
H=4m
A B C
59

PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 5: Bơm X có cột nước bơm H
b
=15m. Ống AB có
L=30m, d=60mm. Tổn thất năng lượng đường dài theo
HW có C
HW
=100. Bỏ qua tổn thất cục bộ. Tính Q từ
bình 1 lên bình 2. Cho biết 2 bình có tiết diện rất lớn
so với tiết diện ống AB.
X
1
2
A
B
Q
H=
12m
60
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 6: Bơm X có H
b
=15m. Ống AB có L=30m,
d=60mm. Tổn thất đường dài theo Manning có
λ
λλ

λ=10
-2
. Tổn thất cục bộ có ζ
ζζ
ζ
c
=1,5. Tính Q từ bình
chứa 1 lên bình chứa 2. Cho biết 2 bình có tiết diện
rất lớn so với tiết diện ống AB.
X
1
2
A
B
Q
H
=12m
11
61
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 7: Bơm X có H
b
=14m. Ống AB có L=30m,
d=60mm. Tổn thất đường dài theo Manning có
λ
λλ
λ=0.2.10
-2

. Tổn thất cục bộ có ζ
ζζ
ζ
c
=0.5. Tính Q từ bình
chứa 1 lên bình chứa 2. Cho biết bình 1 có tiết diện
0.4m
2
và bình 2 có tiết diện rất lớn so với tiết diện
ống AB.
X
1
2
A
B
Q
H
=12m
62
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 8: Người ta muốn bơm nước từ bể
chứa 1 lên bể chứa 2 có chênh lệch cao độ
2 mặt thống là 20m. Lưu lượng bơm là
3l/s. ðường ống 34mm, dài 30m. Mấ
t năng
đường dài theo HW có C
HW
=120. Mấ

t năng
cục bộ bằng 25% tổng mất năng đườ
ng
dài. Bể có tiết diện rất lớn so với tiết diệ
n
ống.
1. Tính cột nước bơm.
2. Tính cơng suất bơm (kw). Bơm có hiệ
u
suất η
ηη
η=0.85
63
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 9: Cho h
ệ thống như sau.
Mất
năng đường dài theo Manning có
λ
λλ
λ=6.10
-2
. Mất năng cục bộ bằng 50%
tổng mất năng đường dài. Các bình
có tiết diện rất lớn so với tiết diện
ống.
1. Tính lưu lượng nước từ bình 1 sang
bình 2.

2. T
ính áp suất tại B. Nhận xét ?
64
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
1
2
H=10mA
B
C
L
AB
=5m, d
AB
=90mm
L
BC
=20m, d
BC
=90mmH
1
=4m
65
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 10: Cho một hệ thống bơm nước
như hình vẽ sau. Bơm X có cột nước bơm
là 17m. Cho biết hồ A có tiết diện rất

lớn. Đường ống có d=60mm và có chiều
dài L=30m. Tổn thất đường dài theo
Manning có λ
λλ
λ=10
-2
. Tổn thất cục bộ lấy
bằng 40% tổn thất đường dài.
• Xác đònh lưu lượng nước chảy ra ở B
(không khí).
66
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
H=15m
A
∼
∼∼
∼
Bơm X
d
B
12
67
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 11: Một bơm ly tâm hoạt động với
lưu lượng thiết kế là 36l/s. ðường ống hút
dài L=12m, d=120mm. Biết rằng tổn thất

đường dài dh
L
theo Manning có λ
λλ
λ=1.5.10
-2
và
tổn thất cục bộ do van 1 chiều có ζ
ζζ
ζ
c
=1.5.
Cao trình đặt bơm so với mực nước bể hút
là 6m. Tính áp suất chân khơng tại miệng
vào của bơm (xem sơ đồ sau).
g2
V
.
d
L
.dh
2
L
λ=
g2
V
dh
2
CC
ζ=

68
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
~
Bơm
H
b
=20m
p
1
=p
a
p
2
6m
Q
69
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 12: Bơm X bơm nước từ hồ A lên hồ B
với lưu lượng là 20 l/s. Cho biết hồ A và B có
tiết diện rất lớn. Đường ống có d=150mm và
chiều dài L=50m. Tổn thất đường dài theo
Hazen-Williams có C
HW
=100. Tổn thất cục bộ
bằng 40% tổn thất đường dài.
• Xác đònh cột nước bơm H

b
(m).
• Cho biết bơm có hiệu suất η
ηη
η=0.9, tính công
suất bơm N (kW) [N=ρ
ρρ
ρgQH
b
/ η
ηη
η (watt)].
70
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
H=25m
A
B
Bơm X
d
Công suất bơm: P=ρ
ρρ
ρgQH
b
/η
ηη
η (watt)
71
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 13: Một nha máy thủy điện có sơ đơ làm
việc như hình ve. ðường ống có D=1m,
L=400m. Mất năng đường dài theo HW có C
HW
=100, tổn thất cục bộ có ζ
ζζ
ζ=5. Lưu lượng
Q=4.5m
3
/s. Tính cơng suất (MW) của NM. Biết
hiệu suất NM là η
ηη
η=0,8. Lấy g=10m/s
2
.
Tuabin X
Z
hơ
=125m
∼
∼∼
∼
Z
NM
=25m
Q
Hơ chứa
NM

72
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 14: Người ta muốn bơm 1,2 m
3
nước lên
bể chứa 1 nhà cao tầng (H=50m kể từ mặt
đất) trong thời gian 5phút (bể chứa có tiết
diện lớn). Bơm có cột nước bơm H
b
và đường
ống có d=60mm, dài 75m. Tổn thất năng
lượng đường dài theo Manning có λ
λλ
λ=1.10
-2
.
Tổn thất cục bộ bằng 40% tổn thất đường
dài.
a. Tính cột nước bơm H
b
(mH
2
O) .
b. Tính công suất N (kw) bơm biết rằng hiệu
suất bơm η
ηη
η=0,9 [N=ρ
ρρ

ρgQH
b
/ η
ηη
η (watt)].
13
73
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 15: Cho một hệ thống bơm nước như
hình vẽ sau. Bơm X bơm nước từ hồ A lên hồ
B với lưu lượng là 12 l/s. Cho biết hồ A và B
có tiết diện rất lớn. Đường ống có D=100mm
và có chiều dài L=50m. Tổn thất đường dài
theo Hazen-Williams có C
HW
=100. Tổn thất
cục bộ trong đường ống lấy sơ bộ bằng 40%
tổn thất đường dài.
• Xác đònh cột nước bơm H
b
(m).
• Cho biết bơm có hiệu suất η
ηη
η=0.9, tính công
suất cần có của bơm X (kW).
PGS. Dr. Nguyễn Thống
74
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
H=15m
A
B
Bơm X
d
Công suất bơm: P=ρ
ρρ
ρgQH
b
/η
ηη
η (watt)
75
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 16: Cho một hệ thống 2 bình
như hình vẽ sau. Cho biết bình A và
B có tiết diện rất lớn. Đường ống có
D=100mm và có chiều dài L=50m.
Tổn thất đường dài theo Manning
có
λ
λλ
λ
=10
-2
. Tổn thất cục bộ trong

đường ống lấy sơ bộ bằng 40% tổn
thất đường dài.
Xác đònh lưu lượng nước chảy từ A


B.
76
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
H=3m
V
A
B
Đường ống
Q
Q
77
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập 17: Cho hệ thống sau. Tổn thất năng
lượng đường dài theo Manning có λ
λλ
λ=5.10
-2
.
Giả thiết bình có tiết diện lớn so với các ống.
Tính lưu lượng chảy ra khỏi BC & BD.
1

A
B
C
D
L=20m, d=120mm
L=10m, d=90mm
L=10m, d=60mm
Z
1
=15m
Z
B
=10m
Z
C
=4m
Z
D
=2m
Z
A
=12m
78
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập nâng cao 1: Cho hệ thống sau. Bình là
hình vuông có cạnh a=2m và đường ống dẫn
có d=0,05m. Tại thời điểm t=0 mực nước bình
là H=3m. Tổn thất đường dài theo Manning

có λ
λλ
λ=5.10
-2
. Tổn thất cục bộ bằng 40% tổn
thất đường dài. Tính thời gian cần thiết để
nước chảy cạn bình.
H=3m
L=5m
14
79
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
Bài tập nâng cao 2: Lấy hệ thống như
bài tập trên. Tuy nhiên tiết diện
bình A và B là bằng nhau và là hình
vuông có cạnh a=1m và đường ống
dẫn là hình vuông có cạnh b=0,1m.
Tại thời điểm t=0, chênh lệch mực
nước 2 bình như hình vẽ (H=3m).
Tính thời gian cần thiết để mực nước
trong 2 bình A và B là ngang nhau ?
80
80
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
Chương 5: Tổn thất năng lượng dòng chảy
HE
HE

Á
Á
T CH
T CH
Ư
Ư
ƠNG
ƠNG