Tải bản đầy đủ

Bài giảng thủy lực trong xây dựng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THỒNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG THỦY LỰC

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

PowerPoint Template
Giảng viên: Đặng Thu Thủy
Bộ môn Thủy lực- Thủy văn


NỘI DUNG CHƯƠNG I

1
22

3

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC


TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHẤT LỎNG

PHÂN LOẠI CHẤT LỎNG VÀ CÁC LOẠI LỰC TÁC DỤNG

Bài giảng Thủy lực

2


I.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC

Thủy lực là một môn khoa học nghiên cứu các quy luật cân bằng và
chuyển động của chất lỏng, chất khí...
-Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp nghiên cứu
lý thuyết với thực nghiệm và thực đo..
- Ứng dụng:
+ Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mặt và nước ngầm.
+ Tính toán thủy lực đường ống.
+ Định ra được quy mô kích thước công trình.
+ Định ra được đặc trưng thiết kế: Lưu lượng thiết kế QTK, mực nước thiết
kế dọc tuyến HTK, mực nước thiết kế cầu (lớn, trung, nhỏ), tốc độ dòng
chảy.
Bài giảng Thủy lực

3


I.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHẤT LỎNG
1.2.1. Tính chảy.
Chất lỏng không có hình dạng ban đầu mà hình dạng của nó phụ thuộc vào bình
chứa hoặc vật chứa nó.

1.2.2. Tính liên tục.
Chất lỏng được coi là môi trường liên tục các đặc trưng của nó: vận tốc (v), áp
suất (p),.. là các hàm liên tục và khả vi.
1.2.3. Tính có khối lượng.
Đặc trưng bởi khối lượng riêng là:  ( kg/m3)
Với chất lỏng đồng chất:

 tb 



M
V

Với chất lỏng không đồng chất:

M
V  0  V

  lim

Ví dụ: nước = 1000 kg/m3
nước biển = 10201030 kg/m3
Bài giảng Thủy lực

4


I.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHẤT LỎNG
1.2.4. Tính có trọng lượng.
Đặc trưng bởi trọng lượng riêng là  (N/m3, T/m3):  =.g
1.2.5. Tính chịu nén của chất lỏng.
Thường coi chất lỏng có tính không chịu nén ( = const), còn chất khí là chất lỏng
chịu nén được ( ≠ const). Tuy nhiên trong điều kiện áp suất, nhiệt độ bình
thường và không thay đổi và với chuyển động có vận tốc bé so với vận tốc truyền
âm thì có thể xem chất khí là chất lỏng không chịu nén.
1.2.6. Tính nhớt của chất lỏng.
Sự làm nảy sinh ra ứng suất tiếp, giữa các lớp chất lỏng chuyển động với nhau
gọi là tính nhớt. Theo Niutơn ứng suất tiếp sinh ra khi có sự chuyển động tương
đối giữa các lớp chất lỏng chuyển động với nhau, giữa các lớp chất lỏng với bề
mặt vật rắn tỉ lệ với đạo hàm của vận tốc theo phương vuông góc với hướng dòng
chảy và phụ thuộc vào từng loại chất lỏng.

Bài giảng Thủy lực

5


I.3. CÁC LOẠI LỰC- PHÂN LOẠI CHẤT LỎNG
1.3.1. Lực khối: Là lọai lực thể tích tác động lên tất cả các phần tử
chất lỏng nằm trong khối chất lỏng mà ta xét.
Ví dụ: trọng lực, lực quán tính, lực điện..
1.3.2. Lực mặt: Là ngoại lực tác dụng lên bề mặt của thể tích chất lỏng
ta xét hoặc tác dụng lên bề mặt nằm trong khối chất lỏng ta xét.
Ví dụ: Áp lực nước, lực ma sát,...
1.3.3. Phân loại chất lỏng:
-Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng không nhớt, có hệ số nhớt động lực  = 0.
- Chất lỏng thực là chất lỏng nhớt, có hệ số nhớt động lực   0.

Bài giảng Thủy lực

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THỒNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG THỦY LỰC

CHƯƠNG II THỦY TĨNH HỌC

PowerPoint Template
Giảng viên: Đặng Thu Thủy
Bộ môn Thủy lực- Thủy văn


NỘI DUNG CHƯƠNG II

1
22
3

ÁP LỰC – ÁP SUẤT THỦY TĨNH

PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG CỦA CHẤT
LỎNG Ở TRẠNG THÁI TĨNH- ĐK CÂN BẰNG

PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THỦY TĨNH

4

TÍNH ÁP LỰC TÁC DỤNG LÊN THÀNH PHẲNGTHÀNH CONG

5

CHẤT LỎNG Ở TRẠNG THÁI TĨNH TƯƠNG ĐỐI
Bài giảng Thủy lực

2


II.1. ÁP LỰC – ÁP SUẤT THỦY TĨNH
* ÁP SUẤT VÀ ÁP LỰC THỦY TĨNH



P
p  lim
 0 
Vậy áp suất thủy tĩnh tại một điểm là
ứng suất của lực mặt.
* TÍNH CHẤT CỦA ÁP SUẤT THỦY TĨNH
- Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng
vào diện tích ấy.
- Áp suất thủy tĩnh tại mọi điểm bất kì trong chất lỏng bằng nhau theo
mọi phương.
Bài giảng Thủy lực

3


II.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG ƠLE
Xét một phân tố chất lỏng hình hộp chữ nhật có các cạnh x,y,z.
M là trọng tâm của hình hộp, áp suất tại M là p.

p

p  x
x 2

p

Bài giảng Thủy lực

p  x
x 2

4


II.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG ƠLE
Lực mặt tác động lên các mặt ABCD và A’B’C’D’

p x
PABCD  ( p 
) y.z
x 2
p x
PA'B 'C 'D '  ( p 
) y.z
x 2

p

p  x
x 2

p

p  x
x 2

Lực khối : Fx . .x.y.z
Xét cân bằng theo phương ox:
p x
p x
1 p
(p
) y.z  ( p 
)y.z  Fx . .x.y.z  0  Fx 
0
x 2
x 2
 x
Tương tự g theo phương oy,oz


1 p
ta có kết quả như sau:
 Fx   x  0 




1 p
F


0
 y



y
Đây là phương trình vi phân




1 p
cân bằng Ơ le (PT Ơ le tĩnh)
 0
 Fz 
 z


Bài giảng Thủy lực

5


II.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG ƠLE

1
 Fx  


1
F

 y



1
F

 z




p
 0
x


p
 0
y


p
 0
z



U 
 Fx  x 


U 

F

 y
 (*)
y 


U 
 Fz 

z 


Nhân lần lượt hệ PT Ơ le với dx,dy,dz rồi lấy tổng

1  p
p
p 
Fx dx  Fy dy  Fz dz   dx  dy  dz   0
  x
y
z 

1
Fx dx  Fy dy  Fz dz  dp  0

1
Fx dx  Fy dy  Fz dz  dp  dU ; U  U ( x, y, z )

Lực khối thỏa mãn ĐK (*) gọi là lực khối có thế
Kết luận: Chất lỏng tĩnh ở trạng thái cân bằng khi
lực khối là lực khối có thế
Bài giảng Thủy lực

6


II.3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THỦY TĨNH
Điều kiện cân bằng Ơle :

Fx dx  Fy dy  Fz dz 

1
dp


Xét lực khối là trọng lực

Fx  Fy  0 ; Fz   g
Thay vào phương trình trên ta có:

 gdz
dz 

1
dp


1
dp  0


Tích phân hai vế phương trình ta có:

z

p
 C(C là hằng số tích phân )


Đây là phương trình cơ bản thuỷ tĩnh dạng 1.
Bài giảng Thủy lực

7


II.3. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THỦY TĨNH
Ý nghĩa phương trình:
Đại lượng

z

p


Đơn vị

Ý nghĩa hình học

Ý nghĩa năng lượng

m

Độ cao vị trí

Vị năng đơn vị

m

Độ cao áp suất

Áp năng đơn vị

m

Cột nước thủy tĩnh

Thế năng đơn vị

p
z

Tổng độ cao vị trí và độ cao áp suất là không thay đổi
Tổng vị năng đơn vị và áp năng đơn vị là không thay đổi
Bài giảng Thủy lực

8


II.3.1. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THỦY TĨNH
Xét 2 điểm M, N nằm
trong khối chất lỏng:

pN
pM
zM 
z N 


pM  p N   ( z N  z M )
N trùng với mặt thoáng,(zN - zM) = h, pN = p0 ta có: pM = p0 + h
Tổng quát:

p = p0 + h

Đây là phương trình cơ bản thuỷ tĩnh dạng 2.
(CT tính áp suất tuyệt đối tại một điểm nằm trong chất lỏng)
Bài giảng Thủy lực

9


II.3.2.PHÂN LOẠI ÁP SUẤT
ÁP SUẤT TUYỆT ĐỐI:

ÁP SUẤT

pt= po+ h

ÁP SUẤT TƯƠNG ĐỐI (DƯ):
khi pt > pa suy ra pd= pt - pa= po+ h - pa

ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG:
khi pt < pa suy ra pck= pa - pt= pa-(po+ h)

Bài giảng Thủy lực

10


II.3.2.BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT

2 TÍNH CHẤT CỦA ÁP SUẤT
THỦY TĨNH
CƠ SỞ VẼ
BIỂU ĐỒ
PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THỦY
TĨNH ( DẠNG 2): p = p0 + h

Bài giảng Thủy lực

11


II.3.2.BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT

Bài giảng Thủy lực

12


II.3.2.BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT

Bài giảng Thủy lực

13


II.3.2.BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT

Bài giảng Thủy lực

14


II.3.2.BIỂU ĐỒ ÁP LỰC

Bài giảng Thủy lực

15


II.4.1. ÁP LỰC CHẤT LỎNG LÊN THÀNH PHẲNG

NỘI DUNG TÍNH ÁP LỰC
ÁP LỰC

1

2

ĐỘ LỚN

PHƯƠNG,

GIÁ TRỊ LỰC

CHIỀU CỦA
LỰC

Bài giảng Thủy lực

3
ĐIỂM ĐẶT
LỰC

16


II.4.1. ÁP LỰC CHẤT LỎNG LÊN THÀNH PHẲNG

Bài giảng Thủy lực

17


II.4.1.1. ĐỘ LỚN ÁP LỰC (GIÁ TRỊ LỰC)
Áp lực tổng hợp P của chất lỏng lên diện tích  là:

P   dP.d   p.d    .h .d    . sin  . y d   . sin   y.d


Trong đó:





 yd





Là mô men tĩnh của diện tích  đối với trục ox



P   sin   y.d   sin  . yc .


P   .hc .  pc .
Bài giảng Thủy lực

18


II.4.1.2. ĐIỂM ĐẶT ÁP LỰC (TÂM ÁP LỰC)
Gọi D là điểm đặt áp lực. Xác định D (xD, yD)
Tính yD: Áp dụng dịnh lý Varinhông lấy mômen với trục Ox:

P. y D   y.dP


 .hc .. yD   y. .h.d   . sin  y 2 d




 . sin . yc .. yD   . sin .J x   . sin .( J c  yc2 .)

Jc
y D  yc 
yc .
Bài giảng Thủy lực

19


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×