Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu này gồm những câu hỏi ôn tập thủy lực đại cương có lời giải dành cho sinh viên khối chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. Được tổng hợp từ tất cả bài giảng của môn thủy lực giúp sinh viên tiếp cận ôn tập và giành điểm cao nhất trong kì thi hết học phần
GỢI Ý ƠN TẬP THỦY LỰC CƠNG TRÌNH (30 TIẾT) PHẦN 1: THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Câu hỏi 1: Nêu tính chất vật lý chất lỏng? so sánh chất lỏng thực chất lỏng lý tưởng? - Các tính chất vật lý chất lỏng: (1) Đặc tính thứ chất lỏng có khối lượng, biểu thị khối lượng đơn vị (khối lượng riêng) Khối lượng đơn vị tỷ số khối lượng M với thể tích W: ρ= M ; đơn vị ρ kg/m3 W Đối với nước: lấy khối lượng đơn vị thể tích nước cất nhiệt độ ρ +4 C; = 1000kg/m3 (2).Đặc tính thứ hai chất lỏng: có trọng lượng; biểu thị trọng lượng đơn vị trọng lượng riêng, tích số khối lượng đơn vị với gia tốc rơi tự g (g = 9,81m/s2): γ= G m ×g = = ρ ×g ; đơn vị γ N/m3 W W Đối với nước: γ n= 9.81 ×103 N/m3 Đối với thủy ngân: γ tn = 134 ì103 N/m3 T trng: = = ; γ n ρn Đối với thủy ngân: δ Hg = 13.6 (3) Đặc tính thứ ba chất lỏng tính thay đổi thể tích áp suất nhiệt độ thay đổi - Hệ số co thể tích áp suất thay đổi: dW βp = − × W: Thể tích ban đầu W dp dW: Sự biến đổi thể tích dp: Sự biến đổi áp suất Khi t= ÷ 20 C ; p= ÷ 500 atm β p = ×10−5 cm2/N ≈ Do chất lỏng không chịu nén áp suất thay đổi - Hệ số dãn nở nhiệt nhiệt độ thay đổi: dW βt = × dT: Sự biến đổi nhiệt độ W dT Ở điều kiện áp suất khí t= 4-10 oC; β p = 1,5.10-4 (1/oC) ≈ Do chất lỏng khơng dãn nở nhiệt độ thay đổi (4) Đặc tính thứ tư chất lỏng có sức căng mặt ngồi Do sức căng mặt ngồi mà giọt nước có dạng hình cầu Sức căng mặt đặc trưng hệ số sức căng mặt , biểu thị sức kéo tính đơn vị dài đường tiếp xúc Sức căng mặt nhỏ nên phần lớn tính tốn thuỷ lực người ta thường bỏ qua (5) Đặc tính thứ năm chất lỏng có tính nhớt Tính chất làm nảy sinh sức ma sát lớp chất lỏng chuyển động, nguyên nhân sinh tổn thất lượng chất lỏng chuyển động Định luật ma sát Niutơn viết di biu thc: du Fms= ìS ì F: Lực ma sát nhớt dn µ : Hệ số nhớt động lực S: Diện tích tiếp xúc u= f(n): Quy luật phân bố vận tốc theo phương vng góc với dòng chảy Tính nhớt đặc trưng bởi: υ = µ (Hệ số nhớt động học) ρ - So sánh chất lỏng thực chất lỏng lý tưởng: Chất lỏng thực: có tất tính chất (5 tích chất) Chất lỏng lý tưởng: bao gồm tính chất sau: - Khơng có tính nhớt: µ = - Di động tuyệt đối - Không chống lực kéo cắt - Không nén - Chất lỏng trạng thái tĩnh gần với chất lỏng lý tưởng CÂU Câu hỏi: Áp suất thuỷ tĩnh tính chất (chứng minh)? Xây dựng phương trình thuỷ tĩnh học? - Khái niệm áp suất thuỷ tĩnh: Trong khối chất lỏng trạng thái cân ta tách thể tích W bao quanh diện tích S Ta tưởng tượng chia thể tích W làm hai phần mặt phẳng tuỳ ý Giao tuyến mặt phẳng thể tích W diện tích ω Vứt bỏ phần muốn phần cân ta phải thay tác dụng phần phần hệ lực tương đương Áp suất thủy tĩnh p ứng suất tác dụng lên phân tố diện tích lấy nội mơi trường chất lỏng xét ∆P Áp suất thủy tĩnh trung bình: p = ∆ω Áp suất thủy tĩnh điểm: ∆lim ω →0 ∆P ∆ω - Hai tính chất ASTT, chứng minh: Tính chất 1: (Tính chất xác định phương chiều) Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực hướng vào diện tích CM:? Giả sử áp suất thủy tĩnh p khơng hướng theo phương vng góc mà xiên góc đó: p = pn + pt Vì pt = chất lỏng tĩnh nên p = pn Tính chất 2: ( Tính chất xác định trị số) Trị số áp suất thủy tĩnh đ iểm không phụ thuộc hướng đặt diện tích chịu lực điểm Lấy phân tố diện tích ds có tâm I hình trụ vơ nhỏ có tiết diện thẳng ds Theo định nghĩa, ta có trị số áp lực dF dF’: dF=p.dS; dF’=p’.dS’ dF-dF’.cos α =0 p.dS= p’.cos α ; dS=dS’.cos α nên ta rút ra: p=p’ Vậy áp suất thủy tĩnh điểm I đại lượng vơ hướng p, phụ thuộc vào vị trí I - (Phương trình vi phân chất lỏng cân bằng) Từ phương trình le 1: Hệ phương trình (1.1) viết dạng vi phân toàn phần cách nhân pt hệ với dx, dy, dz, sau cộng vế pt lại ta có: ∂p ⇒ ∂p ∂p (Fx dx+ Fy dy + Fz dz) – ρ ( ∂x dx + ∂y dy + ∂z dz) = dp = ρ(Fx dx+ Fy dy + Fz dz) -Xét CL mà lực khối trọng lực (CL trọng lực) -gdz = dp ( Fx = Fy = 0; Fz = -g) dp = - dz p = - z + C Tại z = zo p = po C = po + zo p = - z + zo + po >>> p = po + (zo – z) PTCB thủy tĩnh học : p = po + h CÂU Câu Thiết lập phương trình vi phân chất lỏng cân bằng? Khái niệm, phương trình tính chất mặt đẳng áp? Xét khối chất lỏng hình hộp vơ nhỏ ABCDEFGH có cạnh δ x, δ y, δ z, đứng, cân Điều kiện cân tổng số hình chiếu trục lực mặt lực thể tích tác dụng lên khối không Gọi p áp suất trọng tâm M hình hộp áp suất trọng tâm mặt ∂p δ x ADHE p − × , trọng tâm ∂x ∂p δ x mặt BCGF p + × ∂x Gọi Fx thành phần trục Ox lực thể tích F tác dụng lên lên đơn vị khối lượng chất lỏng, ta viết điều kiện cân hình hộp theo phương x sau: Tương tự hình chiếu lực Oy,Oz, ta có: Nhân phương trình hệ riêng biệt với dx, dy, dz cộng vế đối vế, ta có: Khái niệm mặt đẳng áp: Mặt mà áp suất thủy tĩnh khơng đổi (p = const) Phương trình mặt đẳng áp: Do p=const nên dp=0 Thay vào (2-6) ta có phương trình mặt đẳng áp: Fx.dx+Fy.dy+Fz.dz=0 Tính chất mặt đẳng áp: - Hai mặt đẳng áp khác khơng thể cắt cắt giao điểm có trị số áp suất thủy tĩnh (trái với tính chất ASTT) - Mặt đẳng áp mặt đẳng - Lực ur thể r tích tác dụng lên mặt đẳng áp vng góc với mặt đẳng áp: F ×d s = CÂU Câu hỏi: Trình bày loại áp suất? Cách đo loại áp suất? Vẽ đồ phân bố áp suất dư nước lên thành bình chưa nước hình cầu có R =3m, biết chiều cao cột nước bình h =5m? Các loại áp suất: -Áp suất tuyệt đối pt áp suất toàn phần: pt = p0 + γ h Với điều kiện giá trị po, h, , đo trị số tuyệt đối -Áp suất dư pd áp suất chênh lệch pt pa ( áp suất khí quyển): pd = pt – pa=γ h -Áp suất chân không pck, gọi tắt chân không: hiệu số pa pt pck=pa –pt=- pd pdư Vc = hck= H [( ; theo tính tốn lưu tốc vòi Ventury ta có V 24 )( + ξc) – 1] = => Chọn = 0,82 ; Khi = H => Vc = = 0,64 ; ξc = 0,06 => hck= 0,75H = 7m H 9m Nếu H > 9m xảy tượng xâm thực vòi - Câu Câu hỏi: Phương trình tính tốn dòng chảy khơng ổn định qua lỗ thành mỏng? Xác định thời gian tháo cạn hồ chứa nước có độ sâu H , biết diện tích mặt cắt ngang hồ Ω = const ? Trị số chân khơng vòi? - Phương trình tính tốn dòng chảy khơng ổn định qua lỗ thành mỏng - Xác định thời gian tháo cạn hồ chứa nước có độ sâu H, biết diện tích mặt cắt ngang hồ Ω = const : H ìdh T= ; q=0, Q= ì 2gh ⇒ q −Q H Ω ×dh Ω T=∫ = ì g ì gh H ∫ 25 dh 2Ω = h µ ×ω g H - Trị số chân khơng vòi? Câu Câu hỏi: Khái niệm ống dài, ống ngắn, cơng thức chung để tính tốn ống dài, ống ngắn? Tính tốn dòng chảy có áp ống dài mắc nối tiếp song song? - Khái niệm ống dài, cơng thức chung để tính tốn ống dài: có tổn thất dọc đường chủ yếu, tổn thất cục nhỏ bỏ qua l v2 Cơng thức: hd = λ × × d 2g - Khái niệm ống ngắn, cơng thức chung để tính tốn ống ngắn: ống có tổn thất cột nước tổn thất cục có vai trò v2 l v2 Cơng thức: hc = ξc × ; hd = λ × × 2g d 2g n li h = Q - Tính tốn dòng chảy có áp ống dài mắc nối tiếp: d ∑ i =1 K i - Tính tốn dòng chảy có áp ống dài mắc song song: H A − HB = Q12 Q22 Qn2 l = l = = ln K12 K 22 K n2 n Q = ∑ Qi i =1 26 Câu hỏi 7: Kn đường ống tháo nước liên tục? Xđ cột nước H để tháo lưu lượng Q đường ống tháo nước liên tục So sánh cột nước cần thiết để tháo lưu lượng đường ống tháo nước liên tục đơn giản? - Khái niệm đường ống tháo nước liên tục: loại ống có lưu lưu lượng dọc theo đường ống tháo dần cách liên tục 27 - Phương trình tính tổn thất dọc đường đường ống tháo nước liên tục Qv: lưu lượng điểm A điểm vào Qth: tổng lưu lượng tháo dọc đường AB Qm: lưu lượng điểm B điểm cuối đường AB (lưu lượng mang đi) - H lt = 3H dg Câu Câu hỏi: Khái niệm mạng đường ống nhánh mạng đường ống đóng 28 kín? Xác định cột áp cần thiết H mạng lưới đường ống phân nhánh, biết sơ đồ mặt lưu lượng đoạn ống? - Khái niệm mạng đường ống nhánh: mạng đường ống gồm đg ống đường ống nhánh - Khái niệm mạng đường ống đóng kín: đg ống gồm nhiều vòng kín - Xác định cột áp cần thiết H mạng lưới đường ống phân nhánh, biết sơ đồ mặt lưu lượng đoạn ống? Câu Câu hỏi: Khái niệm mạng đường ống nhánh mạng đường ống đóng kín? Xác định đường kính ống mạng lưới đường ống phân nhánh, biết cột áp cần thiết H, sơ đồ mặt lưu lượng đoạn ống? Các giả thiết tính tốn mạng lưới đường ống đóng kín? - Khái niệm mạng đường ống nhánh : mạng đường ống gồm đg ống đường ống nhánh - Khái niệm mạng đường ống đóng kín: đg ống gồm nhiều vòng kín - Xác định đường kính ống mạng lưới đường ống phân nhánh, biết cột áp cần thiết H, sơ đồ mặt lưu lượng đoạn ống: - Xác định d thường xuất phát từ lưu tốc kinh tế (sao cho chi phí xây dựng nhỏ 29 - Các giả thiết tính tốn mạng lưới đường ống đóng kín: • Tại điểm vòng kín: Qv=Qr • Tổng tổn thất cột nước vòng kín không Câu 10 Câu hỏi: Đặc điểm ống hút máy bơm ly tâm? Thiết lập công thức tinh toán ống hút máy bơm ly tâm? Công suất máy bơm ly tâm? Chiều cao cho phép đặt máy bơm ly tâm? - Đặc điểm ống hút máy bơm ly tâm: • Áp suất nước ống hút máy bơm nhỏ áp suất khơng khí • Tại nơi nối sống hút vào máy bơm, áp suất đạt giá trị chân không lớn - Thiết lập cơng thức tính tốn ống hút máy bơm ly tâm: - Công suất máy bơm ly tâm: 30 - Chiều cao cho phép đặt máy bơm ly tâm: Câu 11 Câu hỏi: Đk để h/thành dòng chảy khơng áp? pt để tính tốn thủy lực dòng chảy kênh?lưu ý mặt cắt ướt độ sâu nước kênh? 31 - Điều kiện để hình thành dòng chảy khơng áp kênh • Lưu lượng khơng đổi dọc theo dòng chảy thời gian • Mặt cắt ướt khơng đổi hình dạng diện tích • Độ dốc đáy i=const, độ nhám n=const - Các phương trình để tính tốn thủy lực dòng chảy kênh Cơng thức Sedi: v = C R ×J với dòng chảy khơng áp kênh độ dốc thủy lực J độ dốc đáy kênh i v = C Ri Q = ωC Ri - Các lưu ý mặt cắt ướt độ sâu nước kênh: độ dốc đáy i nhỏ nên coi mặt cắt ướt mặt thẳng đứng, độ sâu mực nước kênh khoảng cách từ đáy kênh lên mặt thoáng Câu 12 Câu hỏi: Nêu loại mặt cắt kênh thường dùng? khái niệm cách xác định mặt cắt có lợi thuỷ lực? Với mặt cắt hình thang quan hệ b, h, m để mặt cắt có lợi thủy lực? + Các loại mặt cắt kênh thường dùng Tùy theo tính chất vật liệu xây dựng kênh mặt cắt kênh thường có hình dạng sau: - Vật liệu rắn đá, bê tơng, gạch,… thường chọn mặt cắt kênh dạng chữ nhật, hình thang có mái dốc tương đối thẳng đứng nhằm tiết kiệm VL - Vật liệu yếu đất mặt cắt kênh dạng hình thang có mái dốc thoải Parabol để đảm bảo bờ kênh ổn định - Trường hợp xây dựng kênh ngầm long đất, núi, mặt cắt kênh có dạng khép kín: hình tròn Hình chữ nhật, hình trứng, long máng,… Khái niệm cách xác định mặt cắt có lợi thuỷ lực: Khái niệm: - Với diện tích mặt cắt ướt kênh chuyển lưu lượng lớn mặt cắt ướt lợi mặt thủy lực - Với lưu lượng chuyển mặt cắt có diện tích nhỏ mặt cắt lợi mặt thủy lực Cách xác định mặt cắt lợi thủy lực Đối với mặt cắt ướt hình thang đối xứng: b : bề rộng đáy kênh m h : độ sâu mực nước kênh 32 h m : hệ số mái dốc kênh, m = cotg = b B : bề rộng mặt thoáng, B = b + 2x = b + 2mh : diện tích mặt cắt ướt, = (B+b) = (b+ mh)h : chu vi ướt, χ = b + = b + 2h : bán kính thủy lực, R = Ta có: = (b+ mh)h => b = χ = b + 2h = Ta có diện tích mặt cắt ướt => R = Rmax Mà (m) = => = = (b+ mh)h => =2 - mh - mh + 2h = const => Q = Qmax = - - 2m => = => - +2 C -m +2 =0 - 2m = : điều kiện để kênh hình thang lợi mặt thủy lực * Xét mặt cắt hình chữ nhật, đó: m = ; B = b ; = b +2h ; = bh => Để kênh có mặt cắt hình chữ nhật có lợi mặt thủy lực = =2 33 Câu 13 Câu hỏi: Các toán dòng chảy kênh hở hình chữ nhật, cách giải tốn đó? - Bài tốn tính tốn kênh biết (bài tốn kiểm tra): • Tìm Q biết b, h, m, n, i: tính ω , R, c, thay vào Q = ω ×c R ×i Q2 Tìm i biết Q, h, b, m, n: tính ω , R, c, thay vào i = 2 ωcR • tìm h biết Q, b, m, n, i: phương pháp thử dần - Bài toán thiết kế kênh mới: Độ dốc đáy i phụ thuộc vào địa hình Độ nhám phụ thuộc vào vật liệu lm kờnh Q = ìc R ìi 34 Câu 14 Câu hỏi: Cơng thức tính yếu tố thuỷ lực mặt cắt ướt kênh có mặt cắt hình thang cân Trình bày điều kiện làm việc bình thường kênh - Cơng thức tính yếu tố thuỷ lực mặt cắt ướt kênh có mặt cắt hình thang cân - Trình bày điều kiện làm việc bình thường kênh Để kênh khơng xói lở, khơng bị bồi lấp: [ v ] kl < v < [ v ] kx 35 ... Nguyên lý hoạt động máy ép thủy lực: Máy ép thủy lực làm việc theo p1 định luật Patscan: p2 = ω2 × ω1 Nếu coi p1, ω1 không đổi, muốn tăng p2 phải tăng ω2 CÂU Câu hỏi: Xây dựng cơng thức tính áp lực. .. chất) Chất lỏng lý tưởng: bao gồm tính chất sau: - Khơng có tính nhớt: µ = - Di động tuyệt đối - Không chống lực kéo cắt - Không nén - Chất lỏng trạng thái tĩnh gần với chất lỏng lý tưởng CÂU Câu... dz) -Xét CL mà lực khối trọng lực (CL trọng lực) -gdz = dp ( Fx = Fy = 0; Fz = -g) dp = - dz p = - z + C Tại z = zo p = po C = po + zo p = - z + zo + po >>> p = po + (zo – z) PTCB thủy tĩnh học