Download Giáo trình thủy lực miễn phí



CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
§1.1 – Định nghĩa môn học . .1
§1.2 – Lịch sử phát triển . .1
§1.3 – Khái niệm chất lỏng trong thủy lực . .2
§1.4 – Những tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng . .3
§1.5 – Lực tác dụng . .6
§1.6 – Ứng suất tại một điểm . .6
§1.7 – Chất lỏng lý tưởng và chất lỏng thực . 8
CHƯƠNG 2: THỦY TĨNH HỌC
§2.1 – Áp suất thủy tĩnh – Áp lực . .9
§2.2 – Hai tính chất cơ bản của áp suất thủy tĩnh . . .9
§2.3 – Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng cân bằng 11
§2.4 – Mặt đẳng áp . . .12
§2.5 – Sự cân bằng của chất lỏng trọng lực . .12
§2.6 – Sự cân bằng của chất lỏng trong bình chứa chuyển động .18
§2.7 – Áp lực của chất lỏng lên thành phẳng có hình dạng bất kỳ .21
§2.8 – Áp lực chất lỏng lên thành phẳng hình chữ nhật
có đáy nằm ngang . . .23
§2.9 – Áp lực chất lỏng lên thành cong . 25
§2.10 – Định luật Ácsimét, sự cân bằng của vật rắn ngập hoàn
toàn và nổi trên mặt tự do của chất lỏng . . 29
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CHẤT LỎNG
§3.1 – Những khái niệm chung . .32
§3.2 – Các định nghĩa liên quan đến dòng chảy và các yếu tố
thủy lực cơ bản của dòng chảy . .32
§3.3 – Phương trình liên tục của chất lỏng chuyển động ổn định 35
§3.4 – Phương trình Bécnuly của dòng nguyên tố chất lỏng
lý tưởng chảy ổn định . . 36
MỤC LỤC ThS LÊ MINH LƯU
§3.5 – Phương trình Bécnuly của dòng nguyên tố chất lỏng thực
chảy ổn định .38
§3.6 – Ý nghĩa năng lượng và thủy lực của phương trình Bécnuly
viết cho dòng nguyên tố chảy ổn định . . 39
§3.7 – Độ dốc thủy lực và độ dốc đo áp của dòng nguyên tố 40
§3.8 – Phương trình Bécnuly của toàn dòng (có kích thước
hữu hạn) chất lỏng thực, chảy ổn định .42
§3.9 – Ứng dụng của phương trình Bécnuly trong việc đo
lưu tốc và lưu lượng . . 46
§3.10 – Phương trình động lượng của toàn dòng chảy ổn định. .47
§3.11 – Phân loại dòng chảy 51
CHƯƠNG 4: TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY
§4.1 – Những dạng tổn thất cột nước . 52
§4.2 – Phương trình cơ bản của dòng chất lỏng chảy đều . . .52
§4.3 – Hai trạng thái chuyển động của chất lỏng . . .54
§4.4 – Trạng thái chảy tầng trong ống . . 57
§4.5 – Trạng thái chảy rối trong ống . . .60
§4.6 – Công thức tổng quát Đácxy tính tổn thất cột nước hd trong
dòng chảy đều. Hệ số tổn thất dọc đường λ. Thí nghiệm
Nicurátsơ . . .63
§4.7 – Công thức Sedi. Công thức xác định những hệ số λ và C
để tính tổn thất cột nước dọc đường của dòng chảy đều
trong các ống và kênh hở . .65
§4.8 – Tổn thất cột nước cục bộ. Những đặc điểm chung . . .69
CHƯƠNG 5: DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÀ VÒI – DÒNG TIA
A – DÒNG CHẢY RA KHỎI LỖ VÀ VÒI
§5.1 – Khái niệm chung . . 74
§5.2 – Dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng. . .75
§5.3 – Dòng chảy ngập, ổn định qua lỗ thành mỏng . .78
§5.4 – Dòng chảy tự do, ổn định qua lỗ to thành mỏng . 79
§5.5 – Dòng chảy nửa ngập, ổn định qua lỗ to thành mỏng. . .81
MỤC LỤC ThS LÊ MINH LƯU
§5.6 – Dòng chảy không ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng . . 82
§5.7 – Dòng chảy qua vòi. . .86
B – DÒNG TIA
§5.8 – Phân loại, tính chất dòng tia . . 91
§5.9 – Những đặc tính động lực của dòng tia. . . .93
CHƯƠNG 6: DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG ỐNG CÓ ÁP
§6.1 – Khái niệm cơ bản về đường ống – Những công thức
tính toán cơ bản .97
§6.2 – Tính toán thủy lực về ống dài . .100
§6.3 – Tính toán thủy lực về ống ngắn. Tính thủy lực
về đường ống của máy bơm ly tâm .109
CHƯƠNG 7: DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH
§7.1 – Những khái niệm cơ bản về dòng chảy đều không áp
trong kênh. .117
§7.2 – Những yếu tố thủy lực của mặt cắt ướt của dòng chảy
trong kênh 118
§7.3 – Mặt cắt có lợi nhất về thủy lực . . . 119
§7.4 – Những bài toán cơ bản về dòng chảy đều trong kênh hở
hình thang . 120
§7.5 – Tính toán kênh có điều kiện thủy lực phức tạp.123
§7.6 – Tính toán thủy lực dòng chảy đều không áp trong ống . 126
§7.7 – Lưu tốc cho phép không xói và không lắng 128
PHỤ LỤC .129
TÀI LIỆU THAM KHẢO. .139




Link Download
Tóm tắt nội dung:MỞ ĐẦU ThS LÊ MINH LƯU
_ 1 _
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
§1.1 – Định nghĩa môn học.
Thủy lực học còn được gọi là Cơ học chất lỏng ứng dụng, là một môn khoa học
ứng dụng.
Thủy lực nghiên cứu:
− Các quy luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng
− Các biện pháp ứng dụng các quy luật đó vào thực tiễn
Thuỷ lực học được chia thành hai nội dung lớn:
− Thuỷ lực đại cương: hình thành trên cơ sở các quy luật chung (phần nội
dung này của môn học có trong tất cả các chương trình đào tạo của tất cả các
chuyên ngành kỹ thuật có liên quan đến chất lỏng).
− Thuỷ lực chuyên môn như: Thủy lực đường ống; Thuỷ lực lòng dẫn hở:
Thuỷ lực công trình; Thuỷ lực sông ngòi; Thủy lực dòng thấm. ...v ...v..
Hệ đo lường dùng trong Thuỷ lực là: hệ kỹ thuật MkGS (m, kG, sec) và SI (hệ
đo lường quốc tế) – m, kg, sec.
Quan hệ giữa các đơn vị:
− Lực: đo bằng Niutơn, ký hiệu N và cũng được đo bằng kilogam lực, ký
hiệu bằng kG hoặc đo bằng đyn.
1 N = 1 kg.1m/s2 = 1mkgs-2;
1 kG = 9,807 N;
1 N = 0,102 kG;
1 dyn = 10-5 N = 1,02.10-6 kG
− Áp suất: đo bằng Pascal (Pa); đyn/cm2; kg/cm2 (atm); atm tuyệt đối; mm
Hg.
1 Pa = 1 N/m2 = 10 dyn/cm2 = 1,02.10-5 kG/cm2 = 9,87.10-6
atm tuyệt đối = 7,50.10-3 mmHg.
− Khối lượng: đo bằng kilogram khối lượng (kg); gam khối lượng (g);
kGs2/m4.
1 kg = 103g = 0,102 kGs2/m4.
§1.2 – Lịch sử phát triển.
Cơ học chất lỏng ứng dụng - thủy lực – có một quá trình phát triển lâu đời. Một
số nguyên lý về thủy tĩnh (lý thuyết cân bằng của chất lỏng) đã được Asimed xác
lập trong tác phẩm nỗi tiếng từ năm 250 trước công nguyên và sau đó là Xtevin
(1548 – 1620), Galile (1564 – 1642) và Pascal (1623 – 1662) phát triển.
MỞ ĐẦU ThS LÊ MINH LƯU
_ 2 _
Giữa thế kỷ XV Leonar de Vanhxi (1452 – 1519) đặt nền móng cho thực
nghiệm thủy lực. Ống đã tiến hành nghiên cứu trong phòng thí nghiệm một số vấn
đề về chuyển động của nước trong kênh, qua lỗ vòi và đập tràn. Torixeli (1608 –
1647) đã đề xuất công thức nổi tiếng về vận tốc của chất lỏng chảy qua lỗ, còn
Niutơn (1642 – 1724) đã phát biểu quy luật cơ bản về ma sát trong của chuyển
động của chất lỏng.
Trong thế kỷ XVIII Danhin Becnui (1700 – 1782) và Leona Ơle (1707 – 1783)
đã đề xuất phương trình tổng quát về chuyển động của chất lỏng lý tưởng và có thể
coi các ông là những người đặt nền móng cho cơ học chất lỏng lý thuyết.
Cuối thế kỷ XVIII nhiều bác học và kỹ sư (Sêdi, Đacxi, Badanh, Vâyxbắc)
trong các trường hợp cụ thể khác nhau và họ đã nhận được một số lượng lớn các
công thức kinh nghiệm. Sự hình thành thủy lực "thực dụng" cứ như vậy càng ngày
càng rời xa cơ học chất lỏng lý thuyết.
Thế kỷ XX với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật hàng không, thủy lợi, nhiệt
năng, máy thủy lực đã phát triển như vũ bão của cơ học chất lỏng kỹ thuật được
dựa trên các tiền đề lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
§1.3 – Khái niệm chất lỏng trong thủy lực.
Việc nghiên cứu môn thủy lực dựa vào khái niệm phần tử chất lỏng. Phần tử
chất lỏng được coi là vô cùng nhỏ, tuy nhiên kích thước nó cũng còn vượt rất xa
kích thước của phần tử. Giả thiết phần tử chất lỏng là đồng chất, đẳng hướng và
liên tục và không xem xét đến cấu trúc phân tử, chuyển động phân tử ở nội bộ.
Chất lỏng và chất khí khác chất rắn ở chổ mối liên kết cơ học giữa các phần tử
chất lỏng và chất khí rất yếu nên chất lỏng và chất khí có tính di động dễ chảy
hoặc nói cách khác có tính chảy.
Chất lỏng khác chất khí ở chổ khoảng cách giữa các phần tử trong chất lỏng so
với chất khí rất nhỏ nên sinh ra sức dính phân tử rất lớn; tác dụng của sức dính
phân tử này làm cho chất lỏng giữ được thể tích hầu như không thay đổi dẫu có
thay đổi về áp lực, nhiệt độ, chất lỏng chống lại được sức nén, không co lại, trong
khi chất khí dễ dàng co lại khi bị nén. Vì thế chất lỏng là chất chảy không nén
được và chất khí là chất chảy nén được. Tính không nén được của chất lỏng cũng
là tính không giãn ra của nó, nếu chất lỏng bị kéo thì khối liên tục của chất lỏng bị
phá hoại, trái lại chất khí có thể giản ra chiếm hết thể tích của bình chứa nó.
Tại mặt tiếp xúc giữa chất lỏng và chất khí hoặc với chất rắn hoặc với một chất
lỏng khác, do lực hút đẩy các phần tử sinh ra sức căng mặt ngoài, nhờ có sức căng
mặt ngoài một thể tích nhỏ của chất lỏng đặt ở trường trọng lực sẽ có dạng từng
hạt. Vì vậy chất lỏng còn được gọi là chất chảy dạng hạt, tính chất này không có ở
chất khí.
Trong thuỷ lực, chất lỏng được coi như môi trường liên tục, tức là những phần
tử chất lỏng chiếm đầy không gian mà không có chổ nào trống rỗng. Với giả thiết
này ta có thể coi những đặc trưng cơ bản của chất lỏng như vận tốc, mật độ, áp
suất..v...v..là hàm số của toạ độ điểm và thời gian và trong đa số trường hợp hàm
số đó được coi là liên tục và khả vi.
MỞ ĐẦU ThS LÊ MINH LƯU
_ 3 _
§1.4 – Những tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng.
(1). Đặc tính thứ nhất của chất lỏng, cũng như mọi vật thể là có khối lượng,
được biểu thị bằng khối lượng đơn vị (khối lượng riêng) ρ. Đối với chất lỏng đồng
chất, khối lượng đơn vị ρ bằng tỷ số khối lượng M với thể tích W; tức là:
W
M=ρ (1 – 1)
Thứ nguyên của khối lượng đơn vị là: 3L
M
W
M ==ρ
Đơn vị của ρ là kg/m3 hoặc 4
2
m
Ns . Theo hệ MKS, đơn vị của ρ là 4
2
m
kGs
Đối với nước đơn vị khối lượng của nước lấy bằng khối lượng của đơn vị
thể tích nước cất ở nhiệt độ +40C; ρ = 1000kg/m3.
(2). Hệ quả của đặc tính thứ nhất là đặc tính thứ hai của chất lỏng, có trọng
lượng; biểu thị bằng trọng lượng đơn vị hoặc trọng lượng riêng. Đối với chất lỏng
đồng chất, trọng lượng đơn vị bằng tích số của khối lượng đơn vị với gia tốc rơi tự
do g (g = 9,81m/s2):
W
gMg .. == ργ (1 – 2)
Thứ nguyên của trọng lượng đơn vị là: 3L
F
W
Mg ==γ
Đơn vị của γ là 22 sm
kg hoặc 3m
N . Theo hệ MKS, đơn vị của γ là 3m
kG
Đối với nước ở nhiệt độ +40C; 33 10009810 m
kG
m
N ==γ ; với thủy ngân
33 13600134000 m
kG
m
N ==γ
(3). Đặc tính thứ ba của chất lỏng là tính thay đổi thể tích vì thay đổi áp lực
hoặc vì thay đổi nhiệt độ.
Trong trường hợp thay đổi áp lực, ta dùng hệ số co thể tích βw để biểu thị sự
giảm tương đối của thể tích chất lỏng W ứng với sự tăng áp suất p lên một đơn vị
áp suất; hệ số βw biểu thị bằng công thức sau:
dp
dW
Ww
.1−=β m2/N (1 – 3)
Thí nghiệm chứng tỏ trong phạm vi áp suất từ 1 đến 500 a1tt-mốt-phe và nhiệt
độ từ 0 đến 200C thì hệ số co thể tích của nước β = 0,00005cm2/kG ≈ 0. Như vậy
trong thủy lực, chất lỏng thường coi như không nén được. Số đảo của hệ số co thể
tích βw gọi là mô-đuyn đàn hồi K:
dW
dpWK
w
.1 −== β N/m
2 (1 – 4)
MỞ ĐẦU ThS LÊ MINH LƯU
_ 4 _
Trong trường hợp thay đổi nhiệt độ, ta dùng hệ số giãn vì nhiệt βt...