Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Giáo viên hướng dẫn Lớp 20221AT6001004 Khóa K16 Nhóm thực hiện Nhóm 2 Mã SV Tên SV HÀ NỘI – 2022 PHẦN I LÝ THUYẾT Câu 1.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - - BÀI TẬP LỚN THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Giáo viên hướng dẫn Lớp : : 20221AT6001004 Khóa : K16 Nhóm thực : Nhóm Mã SV Tên SV HÀ NỘI – 2022 PHẦN I: LÝ THUYẾT Câu 1: Trình bày tính chất chất lỏng Sự giống khác chất lỏng chất khí Cho ví dụ minh họa Trả lời Trình bày tính chất chất lỏng: + Tính khơng định hình + Tính liên tục + Có tồn sức căng bề mặt + Tính dãn nở nhiệt + Tính dễ di động + Tính nhớt So sánh chất lỏng chất khí: - Giống nhau: + Có tính chảy mối liên kết học phần tử chất lỏng chất khí yếu + Các phần tử có chuyển động tương chất lỏng chất khí chuyển động + Khơng có hình dạng riêng mà phụ thuộc vào hình dạng bình chứa - Khác nhau: + Chất lỏng giữ thể tích khơng thay đổi có thay đổi áp lực nhiệt độ chất lỏng giữ sức nén, khơng bị co lại, khác với chất khí dễ dàng bị co lại bị nén + Tương tự, chất lỏng không bị dãn bị kéo, khác với chất khí dãn chiếm hết thể tích bình chứa + Trong thủy lực, chất lỏng xem môi trường liên tục tức phần tử chất lỏng chiếm đầy khơng gian mà khơng có chỗ trống rỗng Câu 2: Trình bày lực tác động lên chất lỏng Khái niệm tính chất áp suất thủy tĩnh Trả lời Các lực tác dụng lên chất lỏng: - Lực khối: lực tác dụng lên chất lỏng tỷ lệ với khối lượng trọng lực, lực quán tính, lực ly tâm - Lực mặt: lực tác dụng lên chất lỏng tỷ lệ với diện tích mặt tiếp xúc như: áp lực nội lực ma sát - Khái niệm áp suất thủy tĩnh: Là ứng suất nội chất lỏng gây chịu tác dụng lực khối lực mặt - Tính chất: + Tính chất 1: Áp suất ln tác dụng thẳng góc vào mặt tiếp xúc + Tính chất 2: Áp suất thủy tĩnh không phụ thuộc vào hướng đặt diện tích chịu lực NHĨM SỐ Câu 3: Trình bày thí nghiệm Newton với chất lỏng thực, viết cơng thức tính ứng suất tiếp, lực ma sát lớp chất lỏng chuyển động Trả lời TN Newton: Newton thực thí nghiệm với chất lỏng thực cho chuyển động tương đưa giả thiết: Lực ma sát chất lỏng thực chuyển động tương đối tỉ lệ với diện tích tiếp xúc lớp chất lỏng ấy, khơng phụ thuộc vào áp lực mà phụ thuộc vào Gradient vận tốc có chiều thẳng góc với phương di chuyển phụ thuộc vào loại chất lỏng Công thức: + Fms = S + Ứng suất tiếp: = Trong đó: + Fms : lực ma sát + ứng suất tiếp + hệ số nhớt động lực chất lỏng + U: vận tốc trượt + S: diện tích ván + n: chiều dày lớp chất lỏng +gradient vận tốc theo phương y vng góc với dịng chảy Câu 4: Thiết lập phương trình thủy tĩnh, ý nghĩa phương trình Trả lời - Thiết lập + p= const + PT mặt đẳng áp: Xdx + Ydy + Zdz = + Xét trường hợp lực khối có trọng lực trục z hướng lên: X=0, Y=0, Z=-g + Xuất phát từ PT: dp = (Xdx + Ydy + Zdz) -gdz = dp Lấy tích phân vế ta được: Z + p/Y = C - Ý nghĩa - Ý nghĩa hình học: Trong môi trường chất lỏng cân bằng, cột áp thủy tĩnh điểm số - Ý nghĩa lượng: Trong môi trường Câu 5: Nêu định nghĩa viết phương trình mặt phẳng đẳng áp Trình bày tính chất mặt phẳng đẳng áp Trả lời Mặt đẳng áp mặt phẳng có áp suất điểm PT Xdx + Ydy + Zdz = Tính chất: NHĨM SỐ T/c1: Hai mặt đẳng áp cắt (trái t/c áp suất: áp điểm theo phương nhau) T/c2: Áp lực tác dụng thẳng góc vào mặt đẳng áp Câu 6: Trình bày loại áp suất Biểu đồ phân bố dụng cụ đo áp suất Trả lời Các loại áp suất: - Áp suất tuyệt đối: pt = po + pd - Áp suất dư:pd = pt - po = - Áp suất chân không: pck = po - pt Biều đồ áp suất đồ thị hàm số pt = po + pd biểu diễn hệ tọa độ pt, h Phương trình hàm số p t = po + pd có đồ thị dạng đường thẳng Với h độ sâu chất lỏng Các dụng cụ đo áp: gọi áp kế: + Ống đo áp + Áp kế thủy ngân + Chân không kế thủy ngân + Áp suất kế đo chênh Câu 7: Trình bày định luật Acsimet, điều kiện cân vật ngập hay chìm phần chất lỏng Trả lời Định luật Ác si mét: Một vật rắn ngập chất lỏng chịu lực đẩy thẳng đứng hướng lên bề mặt chất lỏng, lực có trị số trọng lượng khối chất lỏng bị vật rắn chiếm chỗ Phương trình cân bằng: + = ( P: trọng lượng vật Fa : lực ác si mét) Câu 8: Trình bày nội dung hai phương pháp nghiên cứu chuyển động chất lỏng Ưu nhược điểm phương pháp Trả lời Hai phương pháp nghiên cứu chuyển động chất lỏng: - Phương pháp Lagrange: phương pháp nghiên cứu chuyển động phần tử chất lỏng nhiều thời điểm khác nhau, thu thập thông tin số liệu vận tốc, lưu tốc, gia tốc sau sử dụng phương trình Lagrange để xác định tọa độ khơng gian, viết phương trình từ xác định quỹ đọa chuyển động phần tử chất lỏng Tuy nhiên phương pháp gây khó khăn tính tốn nên sử dụng - Phương pháp Ealer: Là phương pháp nghiên cứu yếu tố thủy lực như: bán kính thủy lực, mặt cắt ướt, lưu lượng, phần tử chất lỏng thời NHÓM SỐ điểm cố định dịng chảy từ xác định quỹ đọa chuyển động Phương pháp có lợi cho tính tốn nên sử dụng nhiều Câu 9: Trình bày yếu tố thủy lực chất lỏng, cho ví dụ minh họa Trả lời Các yếu tố thủy lực chất lỏng: - Mặt cắt ướt: phần diện tích vng góc với tất đường dòng (m2) vd: Cho ống nước AB, dùng mặt cắt vng góc ống AB điểm thuộc ống AB ta thu mặt cắt ướt có tiết diện tiết diện ống - Chu vi ướt: chiều dài tiếp xúc chất lỏng thành ống vd: đoạn ống AB trên, chu vi ướt phần diện tich chất lỏng tiếp xúc với thành cong ống - Bán kính thủy lực: tỉ lệ mặt cắt ướt chia chu vi ướt (m) vd: ống AB trên, bán kính thủy lực 1/2 bán kính đường ống - Lưu lượng: thể tích chất lỏng chảy qua mặt cắt đơn vị thời gian (l/s, m3/s) vd: đoạn ống trên: lưu lượng số lít nước chảy qua mặt cắt 1s - Vận tốc trung bình: tỉ lệ lưu lượng chia mặt cắt ướt vd: đoạn ống trên: lấy lưu lượng chia mặt cắt ướt vận tốc trung bình Câu 10: Thế đường dòng, dòng nguyên tố chất lỏng Viết phương trình liên tục dạng tổng quát Trả lời - Quỹ đạo: đặc trưng cho biến thiên vị trí phần tử chất lỏng theo thời gian - Đường dòng: đường cong (tưởng tượng) thời điểm cho trước, qua phần tử chất lỏng có vecto vận tốc tiếp tuyến với đường cong điểm - Dịng ngun tố: lấy vi phân diện tích dS, tất đường dịng qua dS tạo thành mặt có dạng ống gọi dòng nguyên tố PT liên tục dạng tổng quát: Tổng lưu lượng chất lỏng vào = Tổng lưu lượng chất lỏng = Câu 11: Phát biểu định luật Pascal ứng dụng định luật NHÓM SỐ Trả lời Định luật Pascal - Độ biến thiên áp suất thủy tĩnh mặt giới hạn thể tích chất lỏng cho trước truyền nguyên vẹn đến tất điểm thể tích chất lỏng - PT áp suất điểm A có độ sâu h so với mặt thoáng chất lỏng p t = po + h Trong pt áp suất tuyệt đối, po áp suât mặt thoáng, trọng lượng riêng chất lỏng - Ứng dụng: ứng dụng rộng rãi đời sống: + Chế tạo đội oto + Máy nén thủy lực + Bơm thủy lực + Pit tong Câu 12: Thế tổn thất đường dài, tổn thất cục bộ, cho ví dụ minh họa Nêu phương pháp xác định tổn thất Trả lời Trong chuyển động phần tử chất lỏng va chạm nhau, va chạm với thành ống có ma sát phần tử chất lỏng, xảy tượng tổn thất lượng trình chuyển động - Tổn thất đường dài: tổn thất lượng đoạn dòng chảy không thay đổi dần - Tổn thất cục bộ: tổn thất lượng vị trí đặc biệt thay đổi đường kính ống, thay đổi hướng chảy đột ngột VD: Cho đoạn ống ABC, đoạn AB vng góc BC: tổn thất đường dài tổn thất toàn đoạn ABC, tổn thấy cục tổn thất xảy B nơi đổi hướng chảy đột ngột Cách xác định tổn thất hw = + Trong - Tổn thất cục là: dhc = ξ (mH2O) - Tổn thất đường dài: + Theo Mainming: dhd = λ (mH2O) + Theo Hazen William: dhd = (mH2O) Trong đó: ξ là hệ số tổn thất cục λ= 64/Re hệ số sức cản dọc đường Re = Ud/v (U vận tốc, d đường kính ống, v vận tốc nhớt) Chw = 90 140 hệ phụ thuộc tình trạng ống NHĨM SỐ Câu 13: Trình bày thí nghiệm Reynolds rút kết luận Trả lời Thí nghiệm Reynolds: Cách tiến hành: điều chỉnh khóa để nước màu đỏ chảy thành sợi đỏ căng xuyên suốt ống thủy tinh, nghĩa lớp chất lỏng không trộn lẫn vào sau tan, chảy thành dịng chảy tầng Đó trạng thái chảy tầng Tăng vận tốc dòng chảy, dòng đỏ đứt đoạn (chảy độ) sau chảy hỗn loạn chảy vào nước gọi chảy rối Như trạng thái chảy phụ thuộc vào vận tốc U, độ nhớt v đường kính ống D Số Reynolds: Re = Ud/v Trị số trung bình Re giới hạn tương ứng với trạng thái chảy + Re < 2320: chảy tầng + Re = 2320: chảy độ + Re > 2320: chảy rối Câu 14: Trình bày ứng dụng phương trình Becnuli Trả lời Ứng dụng phương trình Becnuli: - Ứng dụng + Ống pito: dùng để đo lưu tốc điểm, gồm ống nhỏ có đường kính vài mm, ống thẳng, ống bị bẻ cong 90 Muốn đo lưu tốc điểm ta đặt miệng ống nhỏ gần vào điểm đọc độ chênh mực chất lỏng H ống từ tính lưu tốc theo công thức sau: U= + Ống Venturi: dùng để đo lưu lượng, gồm ống nhỏ có đường kính khác Muốn đo lưu lượng đâu đặt ống vào chỗ đó, tính tốn ta lưu lượng Q= với = Câu 15: Trình bày điều kiện để sử dụng phương trình Becnuli, viết phương trình becnuli cho tồn dịng chảy chất lỏng thực Trả lời Trình bày tượng xâm thực: Ở nhiệt độ đấy, áp suất chất lỏng áp suất hơi, khiến chất lỏng bay tạo thành bọt khí Những bọt khí bị dịng chảy vào NHĨM SỐ nơi có áp suất cao hơn, bị tích tụ thành giọt chất lỏng tích nhỏ bọt khí làm cho dịng chảy tồn vùng không gian trống hút phần tử chất lỏng vào, làm áp suất tăng đột ngột, gây phá hủy thành ống, làm trầy xước bề mặt kim loại Từ làm hỏng chi tiết máy, gây cản trở cho trình truyền dẫn chất lỏng Câu 16: Dựa vào thí nghiệm Reynolds trình bày tiêu chí để phân loại trạng thái dịng chảy Trả lời Từ kết thí nghiệm Reynold đưa đại lượng không thứ đặc trưng cho chế độ chảy gọi số Reynold - Re: Re = = = Ứng với Vkd có Rekd với Vktr có Rektr Re ⁓ Gọi l chiều dài đặc trưng (là đường kính ống đối dịng chảy ống, bán kính thủy lực dịng chảy hở), t thời gian, chiều dài diện tích, tốc độ gia tốc biểu diễn qua l t: - Thể tích: k1l3 Lực quán tính/khối lượng - Khối lượng: k1l3 - Tốc độ phần tử: k2 - Gia tốc phần tử: k3 Câu 17: Nêu khái niệm tổn thất cục bộ, cách xác định số công thức phổ biến để xác định tổn thất cục Trả lời Tổn thất cột nước đặc biệt lớn nơi dòng chảy thay đổi đột ngột phương hướng, hình dạng mặt cắt ướt, nơi có vật chướng ngại gọi tổn thất cục bộ, sức cản loại gọi sức cản hình dạng Ở nơi xảy tổn thất cục thường xuất tăng cường mạch động lưu tốc áp lực, phân bố lại lưu tốc áp lực mặt cắt, hình thành khu nước xốy, tách dịng khỏi thành rắn , phải nói dịng chảy nơi dịng chảy khơng đều, có tăng tốc hay giảm tốc dòng chảy thay đổi không gian véc tơ lưu tốc tác động thay đổi áp lực Mặt phân chia dịng khu nước xoáy nơi tập trung xảy tổn thất lượng Dịng phải cung cấp lượng để trì dịng xốy tiêu tán lượng thành nhiệt trao đổi động lượng mặt phân chia dòng chảy nen tọa ứng suất tiếp rối lớn Nếu gọi: = hệ số tổn thất lượng = f (khích thước dịng chảy Re), song phần lớn nơi hình thành dịng khu nước xốy, phụ thuộc kích thước hình học, trừ trường hợp dòng chảy gần chảy tầng NHĨM SỐ Cơng thức tính: = Trong đó: = với: Cc = 0,62 + 0,38 hay = 0,5 = 0,5 d < 0,5D hay theo Altshul d>0,5D NHÓM SỐ PHẦN II: BÀI TẬP Bài Một thùng đựng nước tích nước 2000 (m 3) điều kiện nhiệt độ 50C Phần thể tích nước tăng lên sau tăng nhiệt độ lên 15 0C? Biết hệ số giãn nở nước βt = 0,000015 (1/0C) Trả lời Tóm tắt v = 2000 m3 ; t0 = 50C ; t1 = 150C ; βt = 0,000015 (1/0C) Nhiệt độ thay đổi là: mà Bài Đường ống thép có đường kính d= 0.4 m chiều dài L = km lắp đặt áp suất P=2.106 Pa nhiệt độ �1=100� Xác định áp suất nước ống tăng nhiệt độ lên �2=150� nung nóng bên ngồi Cho biết � =5∗10−10 ��−1; �=155∗10−6 oC-1 Trả lời Tóm tắt d=0,4m ; L=1000m ; P=2.106 Pa ; t1=10C ; t2=15C ; w=5.1010 (Pa-1) ; -6 -1 t=155.10 (C ) Ta có: t = t t.(t2- t1) = 155.10-6.40(15-10) = 0,097(m3) Mà: w = === -1550000(Pa) = P2- P1 P2 =+ P1 = 450000(Pa) Bài Xác định thay đổi mật độ nước đun sôi từ t =7 oC đến t2 =97oC, biêt βp = 400*10-6 oC-1 Trả lời Tóm tắt t1=7 ; t2=97 ; =400.(C-1) =-6 = =0,036 => Số lượng phân tử khơng thay đổi có V thay đổi => Mật độ sau < mật độ trước Bài Xác định thể tích nước cần đổ thêm vào đường ống có đường kính d =500mm dài 1000m để tăng áp suất lên lượng Δp=5*10 Pa ( bỏ qua biến dạng đường ống) Biết hệ số nén nước βp=12∗10-9 ��−1 Trả lời 10 NHÓM SỐ c =? P1=P2+Pnước=5000+.δ.H1 =5000+ 10000.1,5 =20000 Lại có h1===2(m) h2=H1 = 1,5+0,685=2,215(m) Bài Một thùng có ngăn chứa nước thủy ngân (tỉ trọng δ = 13,6) hình vẽ Ngăn thư kín ngăn thứ thơng với khí trời Biết H1 =3 m, H2 = 2,9 m H3 = 0,8 m a, Xác định áp suất khí Po ngăn thứ b, Muốn cho mực nước thủy ngân ngang áp suất P o phải Trả lời Tóm tắt δ = 13,6 ; H1 =3 m ; H2 = 2,9 m ; H3 = 0,8 m Ta có: PA= H2.δthủy ngân+H3 δnước+P0 PB=H1 δthủy ngân Có PA= PB 1,9.13,6.104+0,8.104+P0=13,6.104.3 P0=56000 b) Giả sử = “h” P0+ δnước.H3+(h-H3).δthủy ngân= δthủy ngân-h P0=-104.0,8+0,8.13,6.104=108800 Pa1,11 atm Bài Một ống chữ U thơng với khí trời chứa nước chất lỏng lý tưởng có tỷ trọng δ hình vẽ a, Nếu chất lỏng có δ = 0,8 chiều cao H =50 cm xác định độ chênh h mặt thoáng nước chất lỏng b, Nếu tăng tỷ trọng chất lỏng lên độ chênh h tăng hay giảm, ? 12 NHĨM SỐ Trả lời Tóm tắt ; H=50 cm a, Ta có : δ = = 0,8 => = 0,8 Lại có: Mà = => h= = = 40 (cm) b, Có : δ = => = δ => Nếu δ tăng => = giảm tăng => ( - ) giảm => h Vậy tăng tỷ trọng chất lỏng lên độ chênh h giảm Bài Có hệ thống gồm hai ống hình trụ; ống lớn bên trái kín, áp suất điểm B P B = 155500 N /m2; ống nhỏ bên phải có tiết diện S =600cm2 với pittông di chuyển bên Trong hệ thống chứa hai loại chất lỏng khác có ρ = const, thông với với độ cao h h1 = 1,2 m; chịu lực F = 350KN đứng cân (như hình vẽ) Nếu tăng lực F lên 25KN mà thể tích khối khí bình khơng đổi, hệ thống cân bằng, tính áp suất điểm A Trả lời Tóm tắt ; ; ;; 13 NHÓM SỐ Ở cột chất lỏng Ta có: δ = => = Mặt khác có: = + => = 155500 - 1,2 = 143500 ( N/) Khi pittông tăng lực nén lên ∆F = 25KN = 25 (N) khơng tăng: Ta có: Áp suất gia tăng mặt pittông ∆P = = = 416666,7 ( N/) Áp dụng nguyên lí Pascal: ∆ = = 416666,7 ( N/) Áp suất A là: = + ∆ = 143500 + 416666,7 = 560166,7 ( N/) Vậy Nếu tăng lực F lên 25KN mà thể tích khối khí bình khơng đổi, hệ thống cân bằng, áp suất điểm A 560166,7 ( N/ ) Bài 10 Cho sơ đồ hình vẽ với số liệu sau: H = m, a = 0,5 m, h1 = 0,2 m, γHg = 13,6γH20 Tính: Tính giá trị po dư? Xác định giá trị áp lực nước tác dụng lên phẳng AB có chiều rộng b=1m Trả lời Tóm tắt H=2m ; a =0,5m; ; Ta có: = H + = + = = 13,6 0,2 Mặt khác ta có: = => = -1 + 13,6 0,2 = 7200 ( N/) 14 NHÓM SỐ Áp lực tác dụng lên phẳng AB xác định: = ρ.g = = 31250 (N) Vậy giá trị áp lực nước tác dụng lên phẳng AB 31250 (N) Bài 11 Cho sơ đồ hình vẽ với giữ liệu sau: h 1= 40 cm; γd=7800 N/m3; h2 = 50 cm, γH20 = 9810 N/m3; h3 = 10 cm; γHg = 13,6γH20 Tính giá trị po dư? Trả lời Tóm tắt ; ; ; ;; Ta có : = + + = 0,5.9810 + 0,4.7800 + = 8025 + = = = 13,6.9810.0,1 = 13341,6 (N/) Mặt khác có: = => = 13341,6 – 8025 = 5316.6 (N/) Bài 12 Xác định độ chênh áp suất hai tâm ống A B cho biết độ chênh theo phương thẳng đứng hai tâm h=20cm, mực nước ngăn cách nước dầu ống đo chữ U biểu diễn hình vẽ, tỷ trọng dầu 0,9 Trả lời Tóm tắt δ = = 0,9 ; h=20cm Ta có = 0,35 + 0,1 + = 0,65 + => ∆P = - = 0,3 + 0,1 15 NHÓM SỐ Mà δ = = 0,9 => = 0,9 = 0,9 => ∆P = 0,3 + 0,9 = 12000 (N/) Vậy độ chênh áp suất hai tâm ống A B 12000 (N/) Bài 13 Một van hình chữ nhật giữ nước ABEF có đáy BE nằm ngang vng góc với trang giấy quay quanh trục nằm ngang AF hình vẽ Chiều cao cột nước h =4m Cho AB =2m; BE =3m Góc α = 300; van có trọng lượng G =20 kgf đặt trọng tâm C Tìm áp suất (dư) A, B Tìm áp lực nước Fn tác dụng lên van vị trí điểm đặt lực D Để mở van, cần tác dụng lực F (vng góc với AB) bao nhiêu? Trả lời Tóm tắt h =4m ; AB =2m ; BE =3m ; α = 300 ; G =20 kgf 1, Áp suất (dư) A, B là: = ρ.g = ρ.g.( ) = () = 3.(N/) = ρ.g = ρ.g = = (N/) 2, Áp lực nước Fn tác dụng lên van là: = = = ρ.g = ρ.g.( ) = = 42 (N) Vị trí điểm đặt lực (vị trí điểm đặt lực D) Cách A khoảng = h = = (m) 4, Để mở van < ( quay quanh AF) = + G F.AB < 42 + 20.9,81 F.2 < F > 280085 (N) 16 NHÓM SỐ Vậy tác dụng lực F lớn 280085 (N) van mở Bài 14 Van chữ nhật đặt bên hơng bình chứa hai chất lỏng có tỷ trọng δ1 =0,8 δ2 = hình vẽ Áp suất mặt thống áp suất khí trời h o = h1 = 1m Gọi F1 F2 áp lực chất lỏng chất lỏng tác dụng lên van Để F1 = F2 h2 phải bẳng bao nhiêu? Hình vẽ B F C A E Trả lời Tóm tắt δ1 =0,8 δ2 = ho = h1 = 1m F1 = F2 Giả sử phẳng ABC hình vẽ Gọi E,F trọng tâm AC,BC Ta có áp lực chất lỏng lên AB Lực tác dụng lên BC Ta có Bài 15 Một cửa van hình chữ nhật có bề rộng (thẳng góc với trang giấy ) b = m, dài L =4 m nghiêng góc α = 30o hình vẽ, lấy g = 10 m/s2 ρnước = 1000 kg/m3 Vẽ biều đồ phân bố áp suất nước tác dụng lên mặt van 17 NHÓM SỐ 2 Xác định áp lực nước tác động lên van Xác định vị trí điểm đặt áp lực nước lên van Nếu van quay quanh O trọng lượng van đặt trọng tâm van (L/2) để cân van cần có trọng lượng ? Trả lời PAB = PI SAB = ρ.g L.b = 104 120000 (N) Vị trí điểm đặt lực cách mặt thoáng khoảng là: a=h= = Để tâm van quay = = G - = G = 184752 (N) Bài 16 Xác định tổng áp lực chất lỏng tác dụng lên thành chắn OA có chiều cao 12m, rộng 6m, chiều cao chất lỏng bên thượng lưu h = 10m, hạ lưu h/2 Môi trường bên bên thành chắn (hình 16) Biết khối lượng riêng chất lỏng 1000 (kg/m3), g = 9,81 (m/s2) Trả lời Áp lực tác dụng từ phía thượng lưu lên chân OA là: Áp lực tác dụng từ phía hạ lưu lên chắn OA là: Tổng áp lực là: 18 NHÓM SỐ Bài 17 Cánh cửa OA quay quanh lề O có kích thước h = 3m; b = 80cm ngăn nước Xác định lực P cho cánh cửa thẳng đứng hình 2.10 Biết trọng lượng riêng nước 9810 (N/m3) Trả lời Áp lực nước tác dụng lên cánh cửa OA là: Điểm đặt áp lực cách A khoảng là: AD= Có Bài 18 Trả lời Phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 2-2 ta có: Z1 + + = Z2 + + Z1 = Z2 = Lấy: = = Ta + - = (1) = = = V1 = = = 26,5 (m/s) = = = V2 = = = 11,8 (m/s) Thay vào (1) ta + - = P2 = 1312,3 (N) Nước chảy ống rẽ hình vẽ Đoạn AB có đường kính d1=50mm, đoạn BC có d2=75mm; vận tốc trung bình Bài 19 19 NHĨM SỐ V2=2m/s Đoạn ống CD có V3=1,5m/s Đoạn ống CE có d4=30mm Biết lưu lượng chảy đoạn CD lần lưu lượng chảy đoạn CE Bỏ qua tổn thất cột nước, xác định lưu lượng vận tốc trung bình đoạn ống đường kính d3 đoạn ống CD SAB Trả lời = = = 1,96.10-3 (m2) SBC = = = 4,41.10-3 (m2) QAB = V1 SAB = V2 SBC V1 = = = 4,5 (m/s) QAB = 4,5.1,96.10-3 = 8,82.10-3 (m3/s) QAB = QCD + QCE = 3QCE QCE = = 2,94.10-3 (m3/s) V4 = = = 4,15 (m/s) QCD = 2.QCE = 2.2,94.10-3 = 5,88.10-3 (m3/s) QCD = V3 SCD 5,88.10-3 = 1,5 d3 = = 0,07 (m) = 70 (mm) Bài 20 Cho đường ống tròn rẽ nhánh với thơng số hình vẽ phía dưới, xác định vận tốc nước V3 Cho biết ρnước =1000 kg/m3 Trả lời Ta có Q1 = V1.S1 = = (m3/s) Q2 = V2.S2 = = (m3/s) Q3 = V3.S3 = V3 (m3/s) Mà Q1 = Q2 + Q3 + V3 V3 = 28 (m/s) 20 NHÓM SỐ Bài 21 Cho sơ đồ dịng chảy hình vẽ, cho biết Q=12 l/s Tính V1, V2 Bỏ qua năng, tính P1 giá trị lực Fx dịng chảy tác động lên thành ống Hình 21 Bài 22 Xác định lực F dòng chảy tác dụng lên vịi uốn cong 900, với thơng số cho hình vẽ, cho biết ρ nước = 1000 kg/m3 Hình 22 Trả lời Trên phương x: S.Q (.) = Chọn = =S.Q () > Trên phương y: S.Q (.) = Ry + F1 Ry = S.Q () - F1 < Từ ta suy ra: hướng tới trước Ry hướng xuống Như lực dòng chảy tác dụng lên với hướng sau 21 NHÓM SỐ Ry hướng lên Thế số vào ta được: Fx = 4709 (N) Fy = 11109 (N) F= Thay số vào ta được: F = 12065 (N) Bài 23 Một đoạn cong vuốt nhỏ dần từ đường kính d =500 mm đến d2=250 mm cong mặt phẳng ngang góc α=450 Nếu ống dầu ρ = 850 kg/m 3, áp suất mặt cắt nhỏ 23KN/m2, áp suất mặt cắt lớn 40 KN/m 2, lưu lượng dầu 0,45m3/s Tính áp lực dầu lên đoạn ống Hình 23 Trả lời V1 = = 2,3 (m/s) V2 = 9,17 (m/s) Ta có: phương trình động lượng phương Ox Rx + F1 - F2.cos45 = - S.Q.V1 + S.Q.V2.cos45 Rx = F2.cos45 - F1 - S.Q.V1 + S.Q.V2.cos45 Trên Oy: Ry + F2.cos45 = S.Q.V2.cos45 Ry = S.Q.V2.cos45 - F2.cos45 F = Bài 24 Cho sơ đồ dịng chảy hình vẽ có D =1,2m, d =0,85m, Q2 =Q3 =Q1/2; Q1 =6 m3/s; P1 =5MPa Bỏ qua Xác định lực nằm ngang tác dụng lên chạc ba 22 NHÓM SỐ Trả lời V1 = = 5,305 (m/s) ; V2 = V3 = 5,287 (m/s) Chọn hệ trục tọa độ hình vẽ Theo Ox: (S.Q2.V2 + S.Q3.V3 cos45) - S.Q1.V1 = Rx + F1 - F2 - F3.cos45 Theo Oy: -S.Q3.V3 sin45 = Ry + F3.sin45 Phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 2-2: = + P2 = P1 + = 5000097 Pa P3 = P2 Ta có lực tác dụng: F1 = P1.A1 = 5654867 (N) F3 = F2 = P2.A2 = 2837306 (N) Rx = (S.Q2.V2 + S.Q3.V3 cos45) - S.Q1.V1 - F1 + F2 + F3.cos45 = -816,038 KN Ry = -S.Q3.V3 sin45 - F3.sin45 = -2017,493 KN Mà R = = 2176,281 KN Bài 25 Một thiết bị ngưng tụ tuapin nhà máy nhiệt điện lắp từ ống làm lạnh có đường kính d=0,025m Trong điều kiện bình thường người ta cho qua thiết bị ngưng tụ lượng nước tuần hồn nhiệt độ 12,5÷ 13600 Vậy nước ống có chuyển động trạng thái chảy rối khơng? 23 NHĨM SỐ Trả lời Ta có = => Bài 26 Tại hai điểm mặt cắt ướt ống vận chuyển nước đo vận tốc u=2,3m/s khoảng cách thành ống y=0,11m trục ống Xác định tổn thất cột nước ma sát cho mét dài đường ống Trả lời Xác định hệ số ma sát thủy lực theo công thức (4-12) Lấy logarit ta có: = 0,9 Do đó: = = = 0,0286 Vận tốc trung bình xác định biểu thức (4-15) = + 1,3 = 1+ 1,35 = 1,228 V = = 2,11 (m/s) Tổn thất cột nước ma sát: = = = 0,013 m 1m dài ống Bài 27 Một ống thép có đường kính d1=0,1m sử dụng làm thiết bị đốt nóng cho hệ thống cấp nhiệt Ống đứng dẫn nước nóng, ống nối có đường kính d2=0,025m Xác định tổn thất áp suất chỗ mở rộng đột ngột, vận tốc chuyển động nước nóng ống dẫn Cịn nhiệt độ nước (như hình bên) Trả lời Độ nhớt động học mật độ nước ống dẫn V = 0,37.10-6 m2/s Số Reynolds ống dẫn Re = = = 20000 24 NHÓM SỐ Tổn thất áp suất: = = = Bài 28 Nước, dầu khơng khí nhiệt độ t = 20 0C chuyển qua ba ống riêng biệt có đường kính d = 150mm, độ nhám =0,1mm, với lưu lượng G73,75 kN/h Xác định trạng thái chuyển động nước, dầu khơng khí, dầu = 0,2cm2/s, dầu = 8440N/m3; nước = 0,0101cm2/s, dầu = 9800N/m3; kk = 0,157cm2/s, kk = 11,77N/m3 Trả lời Chọn mặt cắt 1-1 mặt thống có độ cao 12 (m), mặt căt 2-2 vị trí có đọ cao 16 (m) Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 2-2 : Có mặt cắt chuẩn 1-1 : =0 Có mặt cắt chuẩn 2-2 : => Q = 44,5 (lit/s) Bài 29 Nước nhiệt độ t = 20 0C chảy ống tròn d = 50mm với lưu lượng Q = 2,22 l/s Nếu ống đó, ta chuyển dầu dầu = 0,6cm2/s với lưu lượng trạng thái chảy lúc ống thay đổi nào? Trả lời Chọn mặt cắt 1-1 vị trí vịi nước, mặt căt 2-2 vi trí mặt thống Viết phương trình Becnuli mặt cắt 1-1 2-2 : Có mặt cắt chuẩn 1-1 : Có mặt cắt chuẩn 2-2 : => => => Lực tác dụng lên nửa van cầu C : Trong đó: 25 NHĨM SỐ Bài 30 Để làm thí nghiệm đo độ dốc thủy lực J ta cho chất lỏng có độ nhớt poiseuille có trọng lượng riêng (8338,5 N/) chuyển động ống trịn có đường kính d = 75 mm Vận tốc đo trục ống v0 = 1,5 m/s Xác định độ dốc thủy lực J (theo trạng thái dịng chảy) Trả lời Ta có cột nước đạt độ cao : h= 150 26 NHÓM SỐ ... suất thủy tĩnh Trả lời Các lực tác dụng lên chất lỏng: - Lực khối: lực tác dụng lên chất lỏng tỷ lệ với khối lượng trọng lực, lực quán tính, lực ly tâm - Lực mặt: lực tác dụng lên chất lỏng tỷ... lỏng tỷ lệ với diện tích mặt tiếp xúc như: áp lực nội lực ma sát - Khái niệm áp suất thủy tĩnh: Là ứng suất nội chất lỏng gây chịu tác dụng lực khối lực mặt - Tính chất: + Tính chất 1: Áp suất... Trong thủy lực, chất lỏng xem môi trường liên tục tức phần tử chất lỏng chiếm đầy không gian mà khơng có chỗ trống rỗng Câu 2: Trình bày lực tác động lên chất lỏng Khái niệm tính chất áp suất thủy
