CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG KHÔNG NÉN

Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
Nội dung chính
Giới thiệu các loại tổn thất
Tìm hiểu thí nghiệm Reynolds
Chất lỏng chảy tầng
Chất lỏng chảy rối
Tính tốn tổn thất dọc đường
Tính tốn tổn thất cục bộ

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY

5.1.1 Nguyên nhân gây tổn thất

Chất lỏng
có tính
nhớt

Có sự ma sát

trong khi
chuyển động

Biến thành
Nhiệt đi
nhiệt năng
vào mơi
trường

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY

5.1.1 Nguyên nhân gây tổn thất

Bơm cấp năng lượng cho
chất lỏng chuyển động

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí

Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.1 TỔN THT NNG LNG DềNG CHY

Hai loi tn tht chớnh
Đường năng
Đường ®o ¸p
Tỉn thÊt cơc bé

Kho¸

Tỉn thÊt däc ®­êng
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DỊNG CHẢY

5.1.2 Tổn thất dọc đường
Kí hiệu

Đơn vị

m

d

Cơng thức tính tổng qt

l v2
h d = λ.
4R 2g

Sinh ra trên tồn bộ
chiều dài dịng 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
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN

5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY

5.1.2 Tổn thất dọc đường

l v2
h d = λ.
4R 2g

Trong đó:
•
λ hệ số sức cản ma sát, phụ thuộc vào
trạng thái chảy của dịng chảy.
•
l (m)chiều dài đoạn tính tổn thất.
•
R (m) bán kính thuỷ lực
•
v (m/s) vận tốc đoạn dịng chảy
•
Ống trịn: d = 4R
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN

5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DỊNG CHẢY

5.1.3 Tổn thất cục bộ
Kí hiệu
Đơn vị

m

c

Cơng thức tính tổng qt
2

v
h c = ξC .
2g

Sinh ra tại những nơi
dịng chảy biến đổi
đột ngột. Thí dụ tổn
thất tại chỗ cong của
ống, tổn thất tại nơi
thu hẹp, tại chỗ đặt
van...
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí

Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DỊNG CHẢY

5.1.3 Tổn thất cục bộ

Trong đó:

•
ξc là hệ số tổn thất cục
bộ, phụ thuộc vào từng vị trí
xảy ra tổn thất.
•
v (m/s) vận tốc ở vị trí
xảy ra tổn thất.

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.1 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY

5.1.3 Tổn thất cục bộ
Tổn thất năng lượng của tồn bộ
đoạn dịng đang xét

n
∑
Ci
i =1

m
∑
di
i =1

hw1− 2 = h + h

n: số vị trí tổn thất cục bộ
m: số đoạn ống tính tốn tổn
thất dọc đường

v i2 m
l i v i2
= ∑ ξ Ci
+ ∑ λi
2g i =1 d i 2g
i =1
n

h w1− 2

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.1 Các chế độ chảy của dòng chảy

Chảy tầng

Chảy rối

các phần tử
chất lỏng
chuyển động
theo những
tầng lớp không
xáo lộn vào

các phần tử chất
lỏng chuyển
động vô trật tự,
hỗn loạn

nhau
Link thí nghiệm

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.2 Thí nghiệm Reynolds
Thay đổi vận tốc dòng chảy trong ống

Thay đổi nhiệt độ nước từ 4oC đến 44oC

Thí nghiệm nhiều ống có đường kính khác nhau

Kết luận: Dịng chảy thay đổi trạng thái khi thay đổi các yếu tố trên
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.2 Thí nghiệm Reynolds
Trạng thái
chảy phụ
thuộc vào

Vận tốc
dịng chảy

Kích
thước ống

Loại chất
lỏng
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.3 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độc chảy
Tiêu chuẩn
phân biệt
chế độ chảy

Dùng tổ hợp không thứ nguyên (số Reynolds)

v.d
Re =
ν

Lưu ý: công thức trên dùng tính cho ống
trịn đường kính d.
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.3 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độc chảy
Mặt cắt bất kỳ

Trong đó:

v.R
Re R =
ν

ν (m2/s): Hệ số nhớt động học
d (m) : Đường kính ống
v (m/s) : Lưu tốc trung bình mặt cắt
R (m) : Bán kính thuỷ lực mặt cắt
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.3 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độc chảy
Chảy tầng khi

<

Chảy rối khi

>
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHÔNG NÉN
5.2 HAI CHẾ ĐỘ CHẢY – THÍ NGHIỆM REYNOLDS

5.2.3 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độc chảy
Ví dụ:
Xác định trạng thái chảy của dầu trong ống nếu
ống có đường kính d=150mm; vận tốc v=0,3m/s; độ
nhớt động ν=0,28 st (1 st = 1 cm2/s)?
Kết quả: Re=1607 < 2320
Kết luận: Dầu chảy tầng trong ống
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHƠNG NÉN
5.3 TÍNH TOÁN TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG

Xác định trạng thái chảy của dòng chảy

Xác định hệ số sức cản ma sát λ

64
Chảy tầng: λ =
Re
Chảy rối: λ = f ( Re )
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHƠNG NÉN
5.3 TÍNH TỐN TỔN THẤT DỌC ĐƯỜNG

Giới thiệu một số cơng thức tính λ khi dịng chảy rối
Tên

Cơng thức

8g
λ= 2
C

Chezy – Maning
Bơlarút
Canacốp

Antơsun
Nicuratsơ

0,3164
λ= 4
Re
λ=

1
(1,8 lg Re− 1,5) 2

 1,46∆ 100 
λ = 0,1
+

Re 
 d
1
λ=
2
d


 2 lg + 1,14 
∆



0 , 25

Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHƠNG NÉN
5.4 TÍNH TỐN TỔN THẤT CỤC BỘ

Một số vị trí xảy ta tổn thất cục bộ thường gặp
2

Tổn thất do đột ngột mở rộng

hc

( v1 − v2 )
=

⇒ ξ mr

2g

2

 ω1
= 1 −

 ω
2


 ω1 
= 1 − 
 ω 
2 


1

2

 v12

 2g


V2; ω2

V1; ω1
1

2

2

Dòng chảy từ ống đi vào bể chứa rất rộng ξ cr =1
Presented By

Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí


Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHƠNG NÉN
5.3 TÍNH TỐN TỔN THẤT CỤC BỘ

Một số vị trí xảy ta tổn thất cục bộ thường gặp
Tổn thất do đột ngột thu hẹp

 ω2 
ξ c = ξ đt = 0,51 − 
 ω 
1 


ω1

ω2

Dòng chảy từ bể chứa rất rộng
đi vào ống ξ cv =0,5
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO

Kỹ thuật thuỷ khí

Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHƠNG NÉN
5.3 TÍNH TỐN TỔN THẤT CỤC BỘ

Một số vị trí xảy ta tổn thất cục bộ thường gặp
Tổn thất uốn
- Nếu góc cong α= 90o của
3, 5
 ro 
ống trịn bán kính ro, bán
ξ C = 0,13 + 1,85 
kính cong là R ta có:
R
R

α
o
- Nếu góc cong α≠ 90 ta nhân ξC với
90 o

ro
Presented By

Kỹ Harry Mills /thuỷ khí
thuật PRESENTATIONPRO

Chương

: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT
LỎNG KHƠNG NÉN
5.3 TÍNH TỐN TỔN THẤT CỤC BỘ

Một số vị trí xảy ta tổn thất cục bộ thường gặp
Tổn thất qua van
Hệ số ξC phụ thuộc vào góc mở cho bởi bảng sau đây:

αo
ξC

5

10

20

30

40

50

60

70

80

0,05 0,29 1,56 5,47 17,3 52,6 206

486

∞

Presented By

Kỹ Harry Mills /thuỷ khí
thuật PRESENTATIONPRO


Bài tập ví dụ:

H1

H2

Presented By

Kỹ Harry Mills /thuỷ khí
thuật PRESENTATIONPRO


Bài tập ví dụ:

•Ống có đường kính ống thứ nhất d1 =200mm; l1=20m;
ống thứ hai d2=100mm; l2=35m.

•H1 = 15m; H2 =5m
•Hệ số tổn thất tại cửa vào: ξcv = 0,5; tại van ξv=1,56; cửa
ra ξcr=1; uốn cong tại bơm và qua bơm ξu =0,9.
•Hệ số cản ma sát ống 1 λ1=0,026; λ2=0,02;
•Chất lỏng là nước có độ nhớt động ν=0,0101 (cm2/s);
ρ=998,23kg/m3
•Mặt thống 2 bể tiếp xúc với khí trời.
•Cột áp bơm cung cấp cho hệ thống là Hb=5m.
K
•Lấy hệ số hiệu chỉnh động năng α=2.ỹ thuật thuỷ khí
Presented By
Harry Mills / PRESENTATIONPRO


Bài tập ví dụ:

Tìm:
1/ Lưu lượng Q chảy trong ống? Và kiểm tra trạng thái chảy
của dòng chảy trong 2 ống? (chung cả nhóm thảo luận)
2/ Tìm tổn thất tại cửa vào? (Tổ 1)
3/ Tìm tổng tổn thất dọc đường trên ống 1? (Tổ 2)
4/ Tìm tổn thất uốn và qua bơm? (Tổ 3)
5/ Tìm tổng tổn thất dọc đường trên ống 2? (Tổ 4)
6/ Tìm tổn thất qua van? (Tổ 5)
7/ Tìm tổn thất tại cửa ra? (Tổ 6)
Presented By

Kỹ Harry Mills /thuỷ khí
thuật PRESENTATIONPRO