Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 6: Dòng trong ống - Nguyễn Quốc Ý

Chương 6: Dịng trong ống Bài giảng của TS. Nguyễn Quốc Ý nguyenquocy@hcmut.edu.vn Ngày 14 tháng 4 năm 2013 Nội dung cần nắm Bản chất của dịng trong ống (PB vận tốc, ma sát. . . ) Nguyên nhân gây mất năng, cơng thức Darcy-Weisbach, Chézy Các dạng bài tốn đường ống: đơn, song song, nhiều hồ chứa. . . 1 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đặc tính của dịng trong ống dịng tầng, rối, sự phát triển của phân bố vận tốc Sự phát triển của phân bố vận tốc trong ống: Inviscid core Boundary layer Entrance region flow Fully developed flow D x r (2)(1) e (3) (4)(5)(6) x6 – x5 Fully developed flow x5 – x4 Developing flow từ khĩa: độ nhớt, ma sát, chế độ chảy, lớp biên, hình học ống le D  # 0.06Re cho dịng tầng trong ống 4.4Re1{6 cho dịng rối trong ống 2 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng PT năng lượng z p γ α V  g  z p γ α V  g hl đ hl   p γ
p γ pz
zq Bàn luận: ống nằm ngang? kênh hở? 3 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng PT năng lượng cân bằng động lượng: pp
pqA ρgAL sin θ  τPL p
p ρg z
z  τ0 P L ρ g A  hl  τ L ρ gD 4 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng hl cho dịng tầng phân bố vận tốc: u  Ucenter  
r D Ứng suất ma sát trên thành: τw  µ du dr      rRD{  µV  D hl  τ L ρ gD  µ V D L D  ρ g hl    V D ν looomooon Re L D V  g đ Darcy: hl  const. Re loomoon λ L D V  g tầng: λ   Re 5 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng hl cho dịng rối phức tạp! $ & % τ  τlar τtur u P
r , độ nhám thành ống  Bằng thực nghiệm: λ P  Re,  D u AA y (1) (2) (a) u1 < u2 Velocity profile, u = u(y) u AA y (b) Turbulent eddies Average velocity profile, u = u(y) R = D/2 δs δs Viscous sublayer Velocity profile, u = u(y) y x ∋ ∋ Smooth wallRough wall or 6 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng hl cho dịng rối tĩm lại: $ ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' & ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' % tầng: λ P  Re, ///  D why? chuyển tiếp: λ P  Re,  D rối, thành trơn: p  0qλ P  Re, ///  D rất rối, thành nhám: λ P  ///Re,  D why? thực nghiệm: Đ $ ' ' ' ' ' & ' ' ' ' ' % cơng thức: $ ' ' & ' ' % Blasius p  0, Re   105q : λ  0.316 Re1{4 Colebrook : 1 ? λ 
1.8 log   {D 3.7 1.11 6.9 Re ff giản đồ: Moody 7 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng hl cho dịng rối: Giản đồ Moody Transition range Laminar flow Smooth Wholly turbulent flow 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.009 0.008 103 2(103) 4 6 8 104 2(104) 4 6 8 105 2(105) 4 6 8 106 2(106) 4 6 8 107 2(107) 4 6 8 0.05 0.04 0.03 0.02 0.015 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0.0001 0.00005 0.00001 f Re = VD _____ µ ρ __ D ∋ 8 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống thẳng cơng thức Chézy Dùng độ nhám Manning n p q: hl  Q K L $ ' & ' % K  1 n R 2{3 h A module lưu lượng Rh  D 4 Lưu ý: Chỉ sử dụng được cho ống NHÁM (why?) 9 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mất năng trong đường ống KHƠNG thẳng + mất năng do hình học hm Mất năng do hình học: tổng quát hm P # hình dạng vị trí gây mất năng độ nhớt, hay Re Nếu Re ¡¡ 1: hm P hình dạng gây mất năng, hm  ξ V 2 2g Mất năng tổng (do ma sát + do hình học): hl  ¸ i λ Li Di V i g ¸ j ξj V j g hl  ¸ i Qi Ki Li ¸ j ξj V j g 10 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Một số bài tốn đường ống Dạng: 1 cĩ i ống nối tiếp: $ & % Q  Q  . . .  Qi  . . .  Q hl, °  ° i hl, i 2 cĩ i ống song song: # Q  ° iQi hl  hl,   hl,   . . .  hl, i 3 các ống vừa nối tiếp vừa song song, 4 bài tốn nhiều hồ chứa thơng nhau 11 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Một số bài tốn đường ống bài tốn nhiều hồ chứa thơng nhau A B C (3) (2)(1) D1, 1 D2, 2 D3, 3 Van 2 đĩng, quan hệ: Q, Q? hl, , hl, ? Van 2 mở: Q, Q, Q? hl, , hl, , hl, ? 12 / 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt