Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG THUỶ LỢI - THUỶ ĐIỆN Bộ môn CƠ SỞ KỸ THUẬT THỦY LỢI Prof. Nguyễn Thế Hùng GIÁO TRÌNH MÔN HỌC THUỶ LỰC CƠ SỞ (THUỶ LỰC 1) ĐÀ NẴNG, 12/20005 Bài giảng thủy lực 1 Trang 1
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi CHƯƠNG I :MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 2 ⇓1.1 ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... 2 I. Định nghĩa môn học, phạm vi ứng dụng :........................................................................ 2 II. Đối tượng nghiên cứu : ................................................................................................... 2 III. Phương pháp nghiên cứu môn học: ............................................................................... 2 ⇓1.2 NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG .............................. 3 I. Khối lượng riêng của chất lỏng ρ.................................................................................... 3 II. Trọng lượng riêng của chất lỏng γ.................................................................................. 3 III. Tính thay đổi thể tích do áp lực và nhiệt độ.................................................................. 4 1. Tính thay đổi thể tích do áp lực ................................................................................. 4 2. Tính thay đổi thể tích do nhiệt độ.............................................................................. 4 IV. Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn...................................................................... 4 V. Tính nhớt....................................................................................................................... 4 VI. Hai loại lực tác dụng lên một thể tích chất lỏng .......................................................... 6 BÀI TẬP CHƯƠNG I ......................................................................................................... 8 CHƯƠNG 2 THỦY TĨNH .............................................................................................. 10 I. Khái niệm áp suất thuỷ tĩnh - áp lực ............................................................................. 11 II. Các tính chất của áp suất thuỷ tĩnh ............................................................................... 11 III. Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng đứng cân bằng......................................... 12 IV. Sự cân bằng của chất lỏng trọng lực ........................................................................... 14 1. Định luật bình thông nhau .......................................................................................... 14 2. Định luật Pascal .......................................................................................................... 15 3. Áp suất tuyệt đối, áp suất dư, áp suất chân không ..................................................... 15 V. Ý nghĩa hình học và năng lượng của phương trình cơ bản của thủy tĩnh .................... 17 1. Ý nghĩa hình học ........................................................................................................ 17 2. Ý nghĩa năng lượng .................................................................................................... 17 VI. Biểu đồ áp lực............................................................................................................. 18 VII. Áp lực chất lỏng lên thành phẳng có hình dạng bất kỳ.............................................. 19 1. Trị số của áp lực ......................................................................................................... 19 2. Vị trí tâm áp lực.......................................................................................................... 20 3. Phương chiều của lực ................................................................................................. 21 VIII. Áp lưc chất lỏng lên thành phẳng hình chữ nhật có đáy đặt nằm ngang.................. 21 1. Xác định trị số của P................................................................................................... 21 2. Điểm đặt của áp lực .................................................................................................... 21 Bài giảng thủy lực 1 Trang 2
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi IX. Áp lực của chất lỏng lên thàng cong ........................................................................... 23 1. Xác định trị số ............................................................................................................ 23 2. Điểm đặt của lực......................................................................................................... 23 3. Một số trường hợp cần lưu ý ...................................................................................... 23 BÀI TẬP THỦY TĨNH HỌC............................................................................................ 28 CHƯƠNG 3 : CƠSỞĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG .........................................................................................................30 ⇓3.1 KHÁI NIỆM.............................................................................................................. 32 1. Động học chất lỏng và động lực học chất lỏng .................................................... 32 2. Chuyển động không ổn định và chuyển động ổn định ......................................... 32 3. Các yếu tố mô tả dòng chảy chất lỏng ................................................................. 33 4. Hai mô hình nghiên cứu chuyển động của chất lỏng............................................ 34 ⇓3.2 CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC CỦA DÒNG CHẢY ................................................... 35 1. Diện tích mặt cắt ướt ω......................................................................................... 35 2. Chu vi ướt χ.......................................................................................................... 35 3. Bán kính thủy lực R.............................................................................................. 35 4. Lưu lượng Q ......................................................................................................... 36 5. Vận tốc trung bình (tốc độ trung bình) v.............................................................. 36 ⇓ 3.3 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH ........................... 37 1. Phương trình liên tục của dòng nguyên tố chảy ổn định ...................................... 37 2. Phương trình liên tục viết cho toàn dòng ............................................................. 37 ⇓ 3.4 PHƯƠNG TRÌNH BECNOULLI CỦA DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH...................... 39 1. Phương trình Becnoulli của dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng.......................... 39 2. Phương trình Becnoulli của dòng nguyên tố chất lỏng thực chảy ổn định........... 40 3. Ý nghĩa vật lý (năng lượng) và ý nghĩa thủy lực (hình học) của phương trình Becnoulli viết cho dòng nguyên tố chảy ổn định ..................................................... 41 a. Ý nghĩa năng lượng (vật lý) .......................................................................... 41 b. Ý nghĩa thủy lực (hình học) .......................................................................... 41 4 Độ dốc thủy lực và độ dốc đo áp của dòng nguyên tố.......................................... 42 a. Độ dốc thủy lực của dòng nguyên tố............................................................. 42 b. Độ dốc đo áp của dòng nguyên tố................................................................. 42 5 Phương trình Becnoulli của toàn dòng chảy (kích thước hữu hạn) chất lỏng thực, chảy ổn định ..................................................................................................... 43 a. Đặt vấn đề...................................................................................................... 43 b. Viết phương trình .......................................................................................... 43 c. Một số lưu ý khi viết phương trình Becnoulli............................................... 43 d. Độ dốc thuỷ lực J và độ dốc đo áp Jp của toàn dòng chảy ............................ 43 6. Ứng dụng của phương trình Becnoulli trong việc đo lưu tốc và lưu lượng ......... 44 a. Ống Pitot........................................................................................................ 44 b. Ống Venturi................................................................................................... 44 ⇓ 3.5 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG CỦA TOÀN DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH ....... 48 1. Đặt vấn đề............................................................................................................. 48 2. Viết phương trình ................................................................................................. 48 a. Đối với các dòng nguyên tố........................................................................... 48 b. Phương trình động lượng viết cho toàn dòng................................................ 49 Bài giảng thủy lực 1 Trang 3
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi ⇓ 3.6 MÔI TRƯỜNG CHUYỂN ĐỘNG COI NHƯ TẬP HỢP CỦA VÔ SỐ PHẦN TỬ CHẤT LỎNG .................................................................................................................... 51 1. Hai phương pháp nghiên cứu sự chuyển động của chất lỏng............................... 51 2. Phương trình vi phân của đường dòng, đường xoáy và ống xoáy........................ 51 3. Phân tích chuyển động của một phần tử chất lỏng.............................................. 54 4. Phương trình vi phân liên tục ............................................................................... 55 5. Phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng lý tưởng.................................. 56 6. Phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng lí tưởng viết dưới dạng Grô-mê- cô ....................................................................................................................................... 59 7. Phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng thực (phương trình Navier - Stockes) ............................................................................................................................. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 66 CHƯƠNG IV : CHUYỂN ĐỘNG THẾ & LỚP BIÊN................................................ 67 ⇓4.1 CHUYỂN ĐỘNG THẾ............................................................................................. 68 I. Khái niệm về lưu số ....................................................................................................... 68 II. Các tính chất cơ bản của chuyển động thế.................................................................... 68 III. Nguyên lý JU-CỐP-SKI .............................................................................................. 69 IV. Thế phức...................................................................................................................... 71 V. Một vài ví dụ hàm phức trong dòng chảy thế phẳng .................................................... 72 ⇓4.2 LỚP BIÊN................................................................................................................. 74 I. Khái niệm ....................................................................................................................... 74 II. Phương trình lớp biên phẳng ........................................................................................ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 78 CHƯƠNG V : TTỔỔN TNTHHẤẤT CTCỘỘT NTNƯỚƯỚC TCTRROONNGG DDÒÒNNGG CCHHẢẢY .Y.................................................................................................................................................................................7799 I. Những dạng tổn thất cột nước........................................................................................ 80 II. Phương trình cơ bản của dòng chất lỏng chảy đều ....................................................... 80 III. Hai trạng thái chuyển động của chất lỏng .................................................................. 82 1. Thí nghiệm Reynolds và hai trạng thái của dòng chảy .............................................. 82 2. Tiêu chuẩn phân biệt hai trạng thái chảy.................................................................... 83 3. Ảnh hưởng của trạng thái chảy đối với quy luật tổn thất cột nước ............................ 84 IV. Trạng thái chảy tầng trong ống ................................................................................... 85 1. Ứng suất ma sát τ ...................................................................................................... 85 2. Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy tầng................................................................... 85 3. Tốc độ trung bình trong dòng chảy tầng .................................................................... 86 Bài giảng thủy lực 1 Trang 4
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi 4. Tổn thất dọc đường trong dòng chảy tầng.................................................................. 87 5. Hệ số α trong ống chảy tầng ..................................................................................... 88 6. Tính chất chuyển động xoáy của dòng chảy tầng ..................................................... 88 V. Trạng thái chảy rối trong ống ...................................................................................... 88 1. Ứng suất tiếp trong dòng chảy rối .............................................................................. 88 2. Lưu tốc thực - lưu tốc trung bình thời gian - Lưu tốc mạch động - Động năng của dòng chảy rối ..................................................................................................................... 89 3. Lớp mỏng chảy tầng - Thành nhám và thành trơn thủy lực ....................................... 89 4. Sự phân bố lưu tốc trong dòng chảy rối ..................................................................... 89 VI. Công thức Darcy, tính tổn thất cột nước hd, hệ số tổn thất dọc đường λ, thí nghiệm Nikuratse............................................................................................................................ 92 1. Công thức Darcy.......................................................................................................... 92 2. Hệ số tổn thất dọc đường λ.......................................................................................... 92 3. Thí nghiệm Nikuratse .................................................................................................. 92 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 ............................................................................ 94 1. Công thức Chezy ......................................................................................................... 94 2. Những công thức xác định hệ số λ.............................................................................. 95 3. Những công thức kinh nghiệm xác định hệ số Chezy C ............................................. 96 VIII. Tổn thất cột nước cục bộ - những đặc điểm chung .................................................. 96 IX. Một số dạng tổn thất cục bộ trong ống........................................................................ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 103 CHƯƠNG VI : DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI - DÒNG TIA................................. 104 A - DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÒI ........................................................................... 105 I. Khái niệm chung .......................................................................................................... 105 II. Phân loại lổ ................................................................................................................ 105 III. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng ..................................................... 106 1. Bài toán tìm Q (hoặc v) ............................................................................................ 106 2. Hình dạng của dòng chảy tự do ra khỏi lổ................................................................ 107 III. Dòng chảy ngập ổn định qua lỗ to, nhỏ thành mỏng................................................. 108 IV. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ to thành mỏng ........................................................ 109 V. Dòng chảy tự do ổn định qua lỗ to thành mỏng ......................................................... 110 VI. Dòng chảy qua vòi..................................................................................................... 110 1. Khái niệm ................................................................................................................. 112 2. Vòi hình trụ tròn gắn ngoài (vòi Venturi) ................................................................ 112 B - DÒNG TIA ................................................................................................................ 115 VII. Phân loại, tính chất dòng tia..................................................................................... 115 Bài giảng thủy lực 1 Trang 5
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi 1. Định nghĩa ................................................................................................................ 115 2. Dòng tia ngập ........................................................................................................... 115 3. Dòng tia không ngập ................................................................................................ 116 a. Kết cấu ............................................................................................................... 116 b. Những đặc tính động lực học của dòng tia........................................................ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 120 CHƯƠNG VII : DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CÓ ÁP .......................... 121 ⇓ 7-1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG ỐNG & NHỮNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CƠ BẢN .............................................................................................................. 122 I. Khái niệm ..................................................................................................................... 122 II. Cơ sở để tính toán thủy lực đường ống....................................................................... 122 1. Công thức tính toán đối với ống dài ......................................................................... 123 2. Công thức tính toán đối với ống ngắn ...................................................................... 123 ⇓ 7.2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC VỀ ỐNG DÀI ............................................................ 124 I. Tính toán thủy lực ống dài đơn giản ............................................................................ 124 ⇓ 7.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG NGẮN.............................................. 133 I. Tính toán thủy lực về đường ống hút.......................................................................... 133 II.Tính toán thủy lực về đường ống đẩy .......................................................................... 134 III.Công suất cần cung cấp cho thiết bị bơm................................................................... 135 IV.Tính toán Turbine nước.............................................................................................. 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 136 CHƯƠNG VIII : CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CÓ ÁP - HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA VÀ SỰ DAO ĐỘNG CỦA KHỐI NƯỚC TRONG THÁP ĐIỀU ÁP............................................................................................................. 138 A - PHƯƠNG TRÌNH CỎ BẢN DÒNG KHÔNG ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CÓ ÁP 139 I. Phương trình liên tục của dòng chảy không ổn định .................................................. 139 II. Phương trình động lực của dòng chảy không ổn định trong ống có áp.................... 139 B - HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA .................................................................................... 142 III. Đặt vấn đề.................................................................................................................. 142 Bài giảng thủy lực 1 Trang 6
Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi IV. Nước va khi đóng khóa tức thời................................................................................ 142 V. Nước va khi đóng khóa từ từ..................................................................................... 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 149 Bài giảng thủy lực 1 Trang 7
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ CỦA GIÁO TRÌNH Họ và tên : Nguyễn Thế Hùng Năm sinh : 23 / 10 / 1957 Cơ quan công tác : Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật Thủy lợi, Khoa Xây Dựng Thủy Lợi – Thủy Điện, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Email: hungnt@udn.vn / hungntdanang@gmail.com http://www.ud.edu.vn/xdtl/thehung PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG GIÁO TRÌNH Địa chỉ sử dụng của giáo trình: Thủy lực cơ sở Giáo trình dùng cho các ngành xây dựng cơ bản (Thủy lợi, Giao thông, Xây dựng dân dụng và công nghiệp), cũng có thể tham khảo cho các ngành kỹ thuật khác của các trường Đại học kỹ thuật học môn Cơ học lưu chất hay Thủy lực cơ sở. Ví dụ: Các khoa Xây dựng của các trường Đại học Bách khoa, Các trường Đại học Thủy lợi, Đại học Xây Dựng, Đại học Giao thông,… Các từ khóa: Thủy lực cơ sở; Thủy lực 1; Thủy lực đại cương; Thủy khí động lực học; Cơ học chất lưu; Cơ học lưu chất; Fluid Mechanics; Civil engineering hydraulics; Introduction to Fluid Mechanics. Học phần tiên quyết: không Học phần học trước: Khoa học cơ bản Song hành: Thí nghiệm thuỷ lực cơ sở Nhà xuất bản: Đã xuất bản; NXB: Xây Dựng
앞 8페이지만 표시됩니다. 전체를 보려면 자료를 다운로드하세요.
댓글이 없습니다. 첫 댓글을 남겨보세요!
댓글 (0)
댓글이 없습니다. 첫 댓글을 남겨보세요!