Giáo trình Thủy lực cơ sở (Phần 1)

Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 1 Bµi më ®Çu §Þnh nghÜa khoa häc thñy lùc Ph¹m vi øng dông vµ lÜnh vùc nghiªn cøu cña khoa häc thñy lùc Thñy lùc lµ mét khoa häc øng dông vµ nghiªn cøu nh÷ng qui luËt c©n b»ng vµ chuyÓn ®éng cña chÊt lángvµ nh÷ng biÖn ph¸p ¸p dông nh÷ng qui luËt nµy. Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu cña m«n thuû lùc hiÖn ®¹i la sù kÕt hîp chÆt chÏ sù ph©n tÝch lý luËn víi sù ph©n tÝch tµi liÖu thÝ nghiÖm, thùc ®o, nh»m ®¹t tíi nh÷ng kÕt qu¶ cô thÓ ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò thùc tÕ trong kü thuËt: nh÷ng kÕt qu¶ cña m«n nghiªn cøu thñy lùc cã thÓ cã tÝnh chÊt lý luËn hoÆc nöa lý luËn nöa thùc nghiÖm, hoÆc hoµn toµn thùc nghiÖm. C¬ së cña m«n thñy lùc lµ c¬ häc chÊt láng lý thuyÕt: m«n nµy còng nghiªn cøu nh÷ng qui luËt c©n b»ng vµ chuyÓn ®éng cña chÊt láng, nh­ng ph­¬ng ph¸p chñ yÕu cña viÖc nghiªn cøu lµ sö dông c«ng cô to¸n häc phøc t¹p; v× vËy m«n thñy lùc cßn th­êng ®­îc gäi la m«n c¬ häc chÊt láng øng dông hoÆc c¬ häc chÊt láng kü thuËt. KiÕn thøc vÒ khoa häc thñy lùc rÊt cÇn cho ng­êi c¸n bé kü thuËt ë nhiÒu nghµnh s¶n xuÊt v× th­êng ph¶i gi¶i quyÕt nhiÒu vÊn ®Ò kü thuËt cã liªn quan ®Õn sù c©n b»ng vµ chuyÓn ®éng cña chÊt láng, ®Æc biÖt lµ n­íc. Nh÷ng nghµnh thñy lîi, giao th«ng ®­êng thñy, cÊp tho¸t n­íc cÇn nhiÒu ¸p dông nhÊt vÒ khoa häc thñy lùc, thÝ dô ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng c«ng tr×nh ®Ëp, ®ª, kªnh, cèng nhµ m¸y thñy ®iÖn, tuèc bin, c¸c c«ng tr×nh ®­êng thñy, chØnh trÞ dßng s«ng, c¸c hÖ thèng th¸o dÉn n­íc v.v... Trong khoa häc thñy lùc hiÖn ®¹i ®· h×nh thµnh nhiÒu lÜnh vùc nghiªn cøu chuyªn m«n nh­ thñy lùc ®­êng èng, thñy lùc kªnh hë, thñy lùc c«ng tr×nh, thñy lùc s«ng ngßi, thñy lùc dßng thÊm v.v Tuy nhiªn, tÊt c¶ nh÷ng lÜnh vùc nghiªn cøu ®ã ®Òu ph¸t triÓn trªn qui luËt thñy lùc chung nhÊt mµ ng­êi ta th­êng tr×nh bµy trong phÇn gäi la thñy lùc ®¹i c­¬ng. V× thÕ ®èi víi ng­êi kü s­, ng­êi lµm c«ng t¸c nghiªn cøu, tr­íc hÕt cÇn n¾m v÷ng thñy lùc ®¹i c­¬ng lµm c¬ së tr­íc khi ®i s©u vµo thñy lùc chuyªn m«n. Tr­íc khi nghiªn cøu nh÷ng qui luËt chung nhÊt vÒ sù c©n b»ng vµ chuyÓn ®éng cña chÊt láng, cÇn n¾m v÷ng nh÷ng ®Æc tÝnh co häc chñ yÕu cña chÊt láng. Khi nghiªn cøu nh÷ng ®Æc tÝnh chñ yÕu cña chÊt láng, nh÷ng ®Æc tÝnh vµ nh÷ng qui luËt chuyÓn ®éng vµ c©n b»ng, cÇn ph¶i dïng ®Õn mét hÖ ®o l­êng nhÊt ®Þnh. Cho ®Õn nay th­êng dïng hÖ ®o l­êng vËt lý (CGS) vµ hÖ ®o l­êng kü thuËt (MKS). Theo nghÞ ®Þnh cña Héi ®ång ChÝnh phñ ngµy 26-12-1964 , tõ ngµy 1-1-1677 b¾t ®Çu cã hiÖu lùc “B¶ng ®¬n vÞ ®o l­êng hîp ph¸p cña n­íc ViÖt Nam d©n chñ céng hßa”. Trong hÖ ®o l­êng hîp ph¸p ®ã, vÒ ®¬n vÞ nh÷ng ®¬n vÞ c¬ b¶n ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: ®¬n vÞ ®é dµi la mÐt (m), ®¬n vÞ khèi l­îng lµ lil«gam (kg), ®¬n vÞ thêi gian la gi©y(s). Trong gi¸o tr×nh nµy chóng ta còng dïng ®¬n vÞ míi; nh­ng ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc chuyÓn dÇn ®¬n vÞ cò sang ®¬n vÞ míi, chóng ta còng nªu ®¬n vÞ cò. Sau ®©y lµ mét vµi hÖ thøc gi÷a nh÷ng ®¬n vÞ th­êng gÆp trong gi¸o tr×nh: §¬n vÞ lùc la Niut¬n (N): 1N = 1kg × 1m/s2 = 1mkgs-2. Trong hÖ thèng ®¬n vÞ cò, ®¬n vÞ lùc lµ kil«gam lùc, chóng ta dïng ký hiÖu kG ®Ó biÓu thÞ ®¬n vÞ nµy: 1kG = 9,807 N hoÆc1N =0,102kG. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 2 §¬n vÞ c«ng lµ Jun (J) : 1J = 1N × 1m = 1m2kgs-2 §¬n vÞ c«ng suÊt la o¸t (W) : 1W = 1J/s = 1m2kgs-3 §1.2 S¬ l­îc lÞch sö ph¸t triÓn cña khoa häc thñy lùc 1. Thêi kú cæ ®¹i Loµi ng­êi sèng vµ s¶n xuÊt cã mèi quan hÖ mËt thiÕt víi n­íc. §Õn nay cßn nhiÒu di tÝch vÒ c¸c c«ng tr×nh thñy lîi nh­ m­¬ng, ®Ëp, ®ª, giÕng v..v tõ ba bèn ngh×n n¨m tr­íc c«ng nguyªn ë Ai CËp, Mª®epotami, Ên ®é, Trung Quèc vµ nhiÒu n¬i kh¸c. Nh÷ng kinh nghiÖm gi¶i quyÕt nhu cÇu cuat con ng­êi vÒ n­ícchèng thñy tai, lµm thñy lîi ®­îc truyÒn miÖng tõ ®êi nµy sang ®êi kh¸c, thñy lùc tõ thêi cæ ®¹i ch­a cã c¬ së khoa häc nµo, con ng­êi thùc hiÖn c¸c c«ng tr×nh thñy lîi mét c¸ch mß mÉm, tiÕp cËn dÇn ®Õn môc ®Ých. 2. Thêi kú cæ Hy L¹p ë Hy l¹p trong nh÷ng n¨m tr­íc c«ng nguyªn ®· xuÊt hiÖn mét sè luËn v¨n cã ý ®Þnh tæng kÕt vµ ph¸t triÓn mét vµi vÊn ®Ò thñy lùc. Nhµ to¸n häc ¸csimÐt (287-212 tr­íc c«ng nguyªn) ®· ®Ó l¹i luËn v¨n vÒ thñy tÜnh häc vµ vÒ vËt næi, trong ®ã cã sô lý luËn vÒ sù æn ®Þnh cña vËt næi mµ 20 thÕ kû sau ng­êi ta còng kh«ng cã bæ sung g× ®¸ng kÓ. Cïng mét tr­êng ph¸i AlÐcd¨ng®êri víi ¸csimÐt, cã Stªdibibèt ph¸t minh m¸y b¬m ch÷a ch¸y, ®ång hå n­íc, ®µn n­íc v.v Philen®êBi®ax¬ ph¸t triÓn lý thuyÕt siph«n, Heron AlÐcd¨ng®êri miªu t¶ nhiÒu c¬ cÊu thñy lùc v.v 3. Thêi kú cæ La m· Ng­êi La m· m­în rÊt nhiÒu v¨n minh cña Hy l¹p, vµ tËp trung søc vµo chiÕn chinh va cai trÞ. Hä x©y dùng nhiÒu cÇu dÉn n­íc, phÇn lín cã mÆ c¾t ch÷ nhËt réng tõ 0,60 ®Õn 0,80, cao tõ 1,5 ®Õn 2,4 m, ®Æt nhiÒu hÖ thèng cÊp n­íc b»ng ch× hoÆc ®Êt nung, cã khi b»ng ®ång hoÆc b»ng ®¸.ë ®Çu nguån , lµ nh÷ng ®Ëp d©ng n­íc. Hä ®µo nhiÒu giÕng, biÕt dïng nh÷ng bÓ l¾ng v.v Kü s­ x©y dùng ng­êi La m· Phêr«ntin, cuèi thÓ kû thø 1 sau c«ng nguyªn, ®· miªu t¶ ph­¬ng ph¸p ®o l­u l­îng b»ng vßi. 4. Thêi kú trung cæ Sau sù sôp ®æ cña ®Õ chÕ La m·, lµ mét thêi kú dµi kho¶ng ngh×n n¨m, s¶n xuÊt, v¨n ho¸, khoa häc ®Òu ngõng trÖ, m«n thñy lùc còng kh«ng ph¸t triÓn ®­îc. 5. Thêi kú Phôc h­ng - Sù xuÊt hiÖn ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm Trong nöa sau thÕ kû thø XV vµ c¶ thÕ kû thø XVI, b¾t ®Çu ph¸t triÓn nh÷ng nghiªn cøu thùc nghiÖm. Thêi kú nµy xuÊt hiÖn nhµ b¸c häc lçi l¹c ý Lª«na®¬Vanhxi (1425-1592), xuÊt s¾c trªn lÜnh vùc héi häa, ®iªu kh¾c, ©m nh¹c, vËt lý, gi¶i phÉu, thùc vËt, ®Þa chÊt, c¬ häc, x©y dùng, kiÕn tróc. VÒ mÆt thñy lùc häc, mét mÆt «ng thiÕt ke vµ ®iÒu khiÓn x©y dùng nh÷ng c«ng tr×nh tho¸t n­íc vµ c«ng tr×nh c¶ng ë miÒn Trung n­íc ý mÆt kh¸c «ng ®· nghiªn cøu nguyªn t¾c lµm viÖc cña m¸y nÐn thñy lùc, khÝ ®éng häc cña vËt bay, sù ph©n bè cña vËn tèc trong nh÷ng xo¸y n­íc, sù ph¶n x¹ vµ giao thoa Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 3 cña sãng, dßng ch¶y qua læ vµ ®Ëp v.v; «ng ph¸t minh m¸y b¬m ly t©m, dï, c¸i ®o giã. Nh÷ng c«ng tr×nh cña «ng viÕt trong 7 ngh×n trang b¶n th¶o cßn ®­îc l­u l¹i ë nhiÒu th­ viÖn nh­ Lu©n®«n, Pari, Milan, Turin v.vDo ®ã, cã thÓ coi Lª«na®¬Vanhxi nh­ lµ ng­êi s¸ng lËp ra khoa häc thñy lùc. Trong thêi kú Phôc h­ng, cÇn ph¶i kÓ ®Õn nh÷ng c«ng tr×nh cña nhµ to¸n häc- kü s­ Hµ lan Sim«n Stªvin (1548-1620) ph¸t triÓn thñy tÜnh häc, ®Æc biÖt ®· ph©n tÝch ®óng ®¾n lùc t¸c dông bëi mét chÊt láng lªn mét diÖn tÝch ph¼ng vµ ®· gi¶i thÝch “nghÞch lý thñy tÜnh häc”. Nhµ vËt lý, c¬ häc, thiªn v¨n häc ý Galilª (1564-1642) ®ac chØ ra r»ng søc c¶n thñy lùc t¨ng theo sù gia t¨ng vËn tèc vµ sù gia t¨ng mËt ®é cña m«Þ tr­êng láng; «ng cßn ph©n tÝch vÊn ®Ò ch©n kh«ng. 6. Thñy lùc häc sau thêi kú Phôc h­ng, ë thÕ kû XVII vµ ®Çu thÕ kû XVIII TiÕp theo Lª«na®¬Vanhxi, trêng ph¸i thñy lùc ý vÉn næ bËt trong nh÷ng thÕ kû XVI vµ XVII. Casteli (1517-1644) tr×nh bµy d­íi d¹ng s¸ng sña cña nguyªn t¾c vµ tÝnh liªn tôc. T«rixªli (1608-1647) lµm s¸ng tá nguyªn t¾c dßng ch¶y qua læ vµ s¸ng chÕ ¸p kÕ thñy ng©n. Tr­êng ph¸i thñy lùc Ph¸p b¾t ®Çu xuÊt hiÖn tõ thÕ kû XVII vãi Marièt (1620-1684), t¸c gi¶ cuèn s¸ch “ luËn vÒ chuyÓn ®éng cña n­íc vµ chÊt láng kh¸c”, Pascan (1623-1662) x¸c lËp tÝnh chÊt kh«ng phô thuéc cña trÞ sè ¸p lùc thñy tÜnh ®èi víi h­íng ®Æt cña diÖn tÝch chÞu lùc, gi¶i thÝch triÖt ®Ó vÊn ®Ò ch©n kh«ng, chØ ra nguyªn t¾c cña m¸y nÐn thñy lùc, nªu lªn nguyªn t¾c Pascan vÒ sù truyÒn ¸p suÊt thñy tÜnh C¸c vÊn ®Ò thñy lùc cho ®Õn luc nµy ®­îc nghiªn cøu mét c¸ch riªng rÏ ch­a liªn hÖ ®­îc víi nhau thµnh mét hÖ c¬ ®Çy ®ñ tÝnh khoa häc; ph¶i ®îi sù ph¸t triÓn cña to¸n häc vµc¬ häc, míi cã c¬ së ®Ó ®­a thñy lùc häc thùc sù trë thµnh mét khoa häc hiÖn ®¹i ChÝnh thêi kú nµy to¸n häc vµ c¬ häc ®· cã nh÷ng tiÕn bé lín, do ®ã ®· gãp phÇn chuÈn bÞ cho sù ph¸t triÓn míi cña thñy lùc häc. CÇn kÓ ®Õn nh÷ng nhµ to¸n häc Ph¸p nh­ §ªc¸ct¬ (1598-1650), Pascan (1623-1662), nhµ to¸n häc, vËt lý, thiªn v¨n häc Hµ lan Huyghen (1629-1695), nh÷ng nhµ to¸n häc, co häc Anh Hócc¬ ( 1635-1703), Niut¬n (1643-1727), nhµ to¸n häc §øc LÐpnÝtd¬ (1646-1716) v.v 7. Thêi kú gi÷a vµ cuèi thÕ kû XVIII a) Sù h×nh thµnh nh÷ng c¬ sá lý thuyÕt cña c¬ häc chÊt láng hiÖn ®¹i Nhê sù ph¸t triÓn cña to¸n häc va c¬ häc, nh÷ng c¬ së cña c¬ häc chÊt láng hiÖn ®¹i ®­îc h×nh thµnh nhanh chãng; ®ã lµ c«ng lao tr­íc hÕt cña ba nhµ b¸c häc cña thÕ kû XVIII: §anien BÐcnuiy, ¥le vµ §at¨mbe. §anien BÐcnuiy (1700-1782) nhµ vËt lý vµ to¸n häc xuÊt s¾c, sinh ë G¬rooninhghe (Hµ lan); tõ 1725-1733 sèng á PªtÐcbua (Nga) lµ gi¸o s­ vµ viÖn sÜ viÖn Hµn l©m PªtÐcbua; ë ®©y «ng ®· viÕt c«ng tr×nh næi tiÕng “Thñy ®éng lùc häc” (n¨m 1738), trong ®ã «ng ®ac ®­a ra c¬ sá lý luËn cña ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng æn ®Þnh cña chÊt láng lý t­ëng mang tªn «ng, mµ «ng lËp lu©n cho mét dßng Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 4 nguyªn tè, theo nguyªn t¾c b¶o toµn ®éng n¨ng. Lª«na ¥le (1707-1783), nhµ to¸n häc, co häc vµ vËt lý vÜ ®¹i- sinh ra ë Bal¬ (Thôy sÜ), sèng o PªtÐcbua tõ 1727 ®Õn 1741, råi tõ 1766 ®Õn hÕt ®êi; «ng la viÖn sÜ viÖn Hµn l©m PªtÐcbua. ¤ng næi tiÕng víi ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu c¸c yÕu tè thñy lùc t¹i mét ®iÓm cè ®Þnh, gäi la ph­¬ng ph¸p ¥le, víi nh÷ng ph­¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng cña chÊt láng lý t­ëng mang tªn «ng, lµm c¬ së cho thñy ®éng lùc häc; «ng ®ac kh¸i qu¸t ch­¬ng tr×nh vi ph©n liªn tôc cña §al¨mbe thµnh d¹ng chung dïng cho c¶ chÊt khÝ, «ng ®ac suy tõ nh÷ng ph­¬ng tr×nh vi ph©n nãi trªn ra ph­¬ng trinh BÐcnuiy. ¤ng còng nghiªn cøu nh÷ng m¸y thñy lùc vµ lµ ng­êi ®Çu tiªn nªu lªn c«ng thøc c¬ b¶n cña nh÷ng m¸y tuècbin. §al¨mbe(1717-1783), nhµ to¸n häc vµ triÕt häc; viÖn sÜ viªn Hµn l©m khoa hoc Ph¸p vµ nhiÒu n­¬c kh¸c, kÓ ca viªn Hµn l©m PªtÐcbua (tõ n¨m 1764). ¤ng cã nh÷ng luËn v¨n vÒ sù chuyÓn ®éng vµ c©n b»ng chÊt láng Trong thêi gian nay, hai nhµ to¸n häc Ph¸p cã nhiÒu cèng hiÕn cho c¬ häc chÊt láng lµ: Lag¬r¨ngggi¬ (1736-1813), ph¸t triÓn c¸c c«ng tr×nh cña ¥le, ®­a vµo ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu mét phÇn tö nhÊt ®Þnh cña chÊt láng chuyÓn ®éng gäi la ph­¬ng ph¸p Lag¬r¨ngggi¬; «ng ®Ò ra kh¸i niÖm vÒ thÕ lùc tècvµ hµm sè dßng lµm c¬ së cho viÖc nghiªn cøu chuyÓn ®äng thÕ, viÕt cho nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ sãng di ®éng cã ®ä cao v« cïng nhá trong kªnh cã ®ä s©u h÷u h¹n; vµ Laplax¬ (1749-1824) s¸ng t¹o lý thuyªt ®éc ®¸o vÒ sãng trªn mÆt chÊt láng vµ lý thuyÕt vÒ tÝnh mao dÉn; «ng s¸ng t¹o ra to¸n häc Laplax¬ ®­îc dïng trong thñy ®éng häc. Nh÷ng kÕt qña nghiªn cøu cña c¸c nhµ to¸n häc nãi trªn t¹o nªn c¬ sá lý thuyÕt cho c¬ häc chÊt láng hiÖn ®¹i, tuy vËy nh÷ng kÕt qu¶ ®ã ch­a ph¶i lµ ®ac ®­¬c sö dông trùc tiÕp vµo thñy lùc nªn cã mét thêi ky c¬ häc chÊt láng ph¸t triÓn nh­ mét nghµnh to¸n häc víi nh÷ng lêi gi¶i ®Ñp vµ thñy lùc ph¸t triÓn nh­ mét ngµnh kü thuËt víi nh÷ng øng dông phong phó. b) Sù xuÊt hiÖn ph­¬ng h­íng øng dông cña c¬ häc chÊt láng (ph­¬ng h­íng thñy lùc Bªn c¹nh ph­¬ng h­íng lý thuyÕt nãi trªn cña c¬ häc chÊt láng, xuÊt hiÖn theo ph­¬ng h­íng øng dông hoÆc kü thuËt tøc la ph­¬ng h­íng thñy lùc, chñ yÕu do tr­êng ph¸i Ph¸p x©y dùng nªn . Nh÷ng ®¹i diÖn suÊt s¾c cña tr­êng ph¸i nµy lµ: Pit« (1695-1771) - Kü s­ thñy c«ng ViÖn sÜ ViÖn Hµn l©m khoa häc Pari, s¸ng chÕ ra “èng Pit«” ®Ó ®o vËn tèc dßng ch¶y; Sedi (1718-1798) - Gi¸m ®èc tr­êng CÇu ®­êng, lËp ra c«ng thøc mang tªn «ng, khi nghiªn cøu dßng ch¶y trong kªnh víi môc ®Ých t×m ra søc c¶n do thµnh r¾n vµ ®¸y kªnh g©y ra; Boãc®a(1733-1794) - Kü s­, nghiªn cøu dßng ch¶y ra khái lç vµ t×m ra “tæn thÊt Boãc®a” khi lßng dÉn më ®ét ngét; B«tsuy (1730-1814) lµm nhiÒu thÝ nghiÖm m« h×nh ®Ó x¸c ®Þnh søc c¶n gi÷a dßng ch¶y vµ nh÷ng vËt ngËp cã h×nh d¹ng khac nhau; §uyboa (1734-1809) næi tiÕng víi c«ng tr×nh “nh÷ng nguyªn lý cña thñy lùc häc” vµ ®­îc coi lµ ng­êi s¸ng t¹o ra kü thuËt thùc nghiÖm cña tr­êng ph¸i thñy lùc Ph¸p, «ng tiÕn hµnh nhiÒu thÝ nghiÖm nh»m t×m ra nh÷ng gi¶i ph¸p thùc tÕ; «ng ph©n tÝch nhiÒu vÒ dßng ch¶y,®Òu dùa trªn sù c©n b»ng gi÷a gia tèc do träng lùc g©y ra va søc c¶n cña thµnh r¾n; «ng ®I ®Õn c«ng thøc t­¬ng Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 5 tù nh­ Sedi trong ®ã «ng ®­a ra kh¸i niÖm vÒ b¸n kÝnh thñy lùc;nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu cuat §uyboa cã nhiÒu ¶nh h­ëng ë ¢u ch©u vµo cuèi thÕ kû XVIII vµ ®Çu thÕ kû XIX. Hai nhµ thñy lùc thùc nghiÖm n÷a còng th­êng ®­îc kÓ ®Õn lµ: gi¸o su ng­êi ý Venturi (1764-1822) lµm nhiÒu thÝ nghiÖm vÒ dßng n­íc ch¶y qua vßi vµ nh÷ng thiÕt bÞ d¹ng héi tô vµ khuÕch t¸n mang tªn «ng vµ kü s­ ng­êi §øc V«nman (1757-1837) ®· nghiªn cøu l­u tèc kÕ ®o l­u l­îng ë s«ng. Nhê nh÷ng ho¹t ®éng nghiªn cøu cña c¸c nhµ b¸c häc, kü s­ theo h­íng tùc nghiÖm vµ kü thuËt nãi trªn, m«n thñy lùc ®¹t ®­îc nhiÒu tiÕn bé vÒ mét sè mÆt chñ yÕu la: cã nhiÒu s¸ng chÕ vÒ dông cô ®o l­êng nh­ èng ®o ¸p, èng Pit«, l­u tèc kÕ V«nman, l­u th­îng kÕ Venturi v.v; sö dông m« h×nh ®Ó nghiªn cøu nh÷ng hiÖn t­îng thñy lùc hoÆc thiÕt kÕ nh÷ng c«ng tr×nh ; x©y dùng nh÷ng c«ng tøc tÝnh to¸n lý thuyÕt hÕt hîp víi nh÷ng hÖ sè ®iÒu chØnh, x¸c ®inh bëi nh÷ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm. 8. Sù ph¸t triÓn cña thñy lùc häc ë thÕ kû thø XIX a) C¬ häc chÊt láng øng dông trùc tiÕp ph¸t triÓn nhanh chãng ë Ph¸p vµ ë nhiÒu n­íc kh¸c. Hai nhµ b¸c häc Haghen (§øc) vµ R©yn«n (Anh) cã c«ng lao ph©n biÖt hai tr¹ng th¸i ch¶y: ch¶y tÇng vµ ch¶y rèi, víi nh÷ng qui luËt kh¸c nhau vÒ søc c¶n. NhiÒu nhµ khoa häc ®· nghiªn cøu søc c¶n thñy lùc nh­ Cul«ng, Poad¬i, Haghen,§¸cxy, VÐtsb¸t, Sanhv¬n¨ng v.v Dßng chÈy trong kªnh hë ®­îc chó träng nghiªn cøu. VÒ dßng ®Òu, nhiÒu thÝ nghiÖm ®­îc tiÕn hµnh nh»m x¸c ®Þnh nh÷ng th«ng sè trong c«ng thøc Se®i nh­ c¸c c«ng tr×nh thÝ nghiÖm cña Badanh,G¨ngghilª, CèttaManinh. VÒ dßng æn ®Þnh kh«ng ®Òu, ®æi dÇn nh÷ng nghiªn cøu vÒ ®­ênh mÆt n­íc, ®é s©u ph©n giíi, n­íc ch¶y, hÖ sè söa ch÷a ®éng n¨ng, hÖ sè söa ch÷a ®éng l­îng cña c¸c nhµ khoa häc nh­ Bªl¨nggiª, Brex¬, Bi®«n C«ri«lÝt,V«chiª, BuxinÐttc¬, §uypuy Bu®anh, Sanhv¬n¨ng VÒ dßng kh«ng æn ®Þnh, vÒ sang Rótsen, Ba®anh, Sanh-v¬n¨ng, BuxinÐttc¬, §uypuyBªl¨nggiª, Ba®anh, Boãc®a, BuxinÐttc¬, VÐtsb¸t ®· nghiªn cøu vÒ dßng ch¶y qua læ vµ®Ëp trµn.B¾t ®Çu cã nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ dßng cã h¹t l¬ löng t¶i vËt r¾n cña §uypuy,§¸cxy, F¸cg¬, §uyboa. Dßng thÊm ®­îc nghiªn cøu bëi §¸cxy, §uypuy, BuxinÐttc¬. Cuèi thªt kû thø 19 trong lÜnh vùc nghiªn cøu b»ng thÝ nghiÖm m« h×nh ph¸t triÓn thªm ba h­íng míi: nghiªn cøu m« h×nh trong èng khÝ ®éng häc, trong bÓ thö tµu, m« h×nh s«ng cã ®¸y di déng. Nh÷ng nguyªn t¾c vÒ t­¬ng tù thñy ®éng lùc häc vag nh÷ng tiªu chu VÒ m¸y thñy lùc, cã Buèc®in, Fuècn©yr«n, Pelt«n nghiªn cøu nh÷ng tuèc bin thñy lùc: Stªven, Smit, Erichs¬n, nghiªn cøu nh÷ng m¸y ®Èy c¸nh qu¹t dïng cho c¸c tÇu thñy. Riªng ë n­íc Nga, h­íng øng dông cña c¬ häc chÊt láng, nÈy sinh tõ nh÷ng c«ng tr×nh cña L«m«n«xèp, ®­îc b¾t ®Çu ph¸t triÓn tõ thÕ kû thø XIX víi nh÷ng c«ng tr×nh cña c¸c b¸c häc, gi¸o s­ tr­êng kü s­ giao th«ng PªtÐcbua nh­ Melnic«p, Clukhèp X«c«lèp, CètliaxÐpxki, M¾cximenc«, MÐcsinhg¬ v.v b) C¬ häc chÊt láng cæ ®iÓn ë thÕ kû 19 tiÕp tôc ph¸t triÓn theo h­íng to¸n häc vµ gãpphÇn vµo sù tiÕn bé cña thñy lùc. Naviª råi Stèc hoµn thµnh hÖ thèng ph­¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 6 cña chÊt láng nhít, lµm c¬ së cho ®éng lùc häc chÊtt láng nhít. Hai nhµ vËt lý §øc lµ Hemh«n vµ KiÕcsèp vËn dông phÐp biÕn ®æi b¶o gi¸c (Do Lag¬r¨nggi¬ vµ C«sy s¸ng t¹o vµ Riªman, Csitt«-fen vµ Sv¸cx¬ ph¸t triÓn) ®Ó nghiªn cøu chuyÓn ®éng thÕ ph¼ng. BuxinÐtxc¬ víi c«ng tr×nh lín “VÒ lý thuyÕt dßng s«ng” (1872) ®­îc coi nh­ lµ ®ãng vai trß quan träng trong sù ph¸t triÓn cña thñy ®éng lùc häc, vµ thñy lùc R©yn«n ®Ó l¹i c«ng tr×nh lín cho thñy ®éng lùc häc. Nhøng nghiªn cøu cøu cña Kelvin (dßng kh«ng xo¸y chuyÓn ®çng xo¸y, triÒu, sãng), mµ R©ylai (x©m thùc, t­¬ng tù ®éng lùc häc) ®· gãp phÇn thóc ®Èy thñy ®éng lùc häc. ë Nga nhµ b¸c häc Pªt¬rèp nghiªn cøu vÒ qui luËt néi ma s¸t khi b«i tr¬n, Giucèpxki- s¸ng t¹o ra lý thuyÕt vÒ søc n©ng thñy ®éng lùc, vÒ n­íc vµ G¬r«mªc« ®Æt c¬ së cho lý thuyÕt dßng xo¾n, nghiªn cøu lý thuÕt vÒ hiÖn t­îng mao dÉn. 9. Nh÷ng khuynh h­íng ph¸t triÓn cña thñy lùc häc trong lÜnh vùc x©y dùng c«ng tr×nh ë ®Çu thÕ kû 20 Sang ®Çu thÕ kû 20, do ph¶i gi¶i quyÕt nhiÒu vÊn ®Ò cña thùc tiÔn s¶n xuÊt, khoa häc thñy lùc ®· chia thµnh nhiÒu nghanh chuyªn s©u, øng víi nh÷ng kü thuËt kh¸c nhau: thÝ dô thñy lùc c¸c c«ng tr×nh x©y dùng, thñy lùc cña c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y, thñy lùc cña c«ng nghÖ ®ãng tµu, thñy lùc cña c«ng nghÖ ho¸ häc v.v Nãi riªng trong lÜnh vùc x©y dùng c¬ b¶n, khoa häc thñy lùc còng l¹i ph©n thµnh nh÷ng bé phËn riªng nghiªn cøu kh¸ s©u nh­: thñy lùc kªnh hë; thñy lùch¹ l­u c«ng tr×nh d©ng n­íc; thñy lùc cña dßng cã cét n­íc cao; thñy lùc h¹ l­u nhµ m¸y thñy ®iÖn, thñy lùc®­êng èng; thñy lùc vÒ dßng thÊm, vÒ n­íc ngÇm; dßng kh«ng æn ®Þnh; lý thuyÕt sãng;dßng thø cÊp; dßng mang bïn c¸t v.v Ngoµi ®Æc ®iÓm lµ ph©n ngµnh s©u nh­ võa nãi trªn, khoa häc thñy lùc sang thÕ kû20 ngµy cµng g¾n bã víi c¬ häc chÊt láng, ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu thÝ nghiÖm vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu lý luËn cµng ngµy cµng kÕt hîp chÆt chÏ vãi nhau. §ßng thêi còng h×nh thµnh mét hÖ thèng ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ò thñy lùc nh­: ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu b»ng c¸c phÇn tö chÊt láng; ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu b»ng c¸c trÞ sè trung b×nh; ph­¬ng ph¸p t­¬ng tù ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch thø nguyªn; ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm v.v Tr­íc hÕt cÇn nªu nh÷ng thµnh tùu chÝnh cña c¬ häc chÊt láng, cã thóc ®Èy viÖc nghiªn cøu b»ng ph­¬ng ph¸p thñy lùc. §ã lµ: lý thuyÕt nöa thùc nghiÖm vÒ rèi víi P¬ranl¬, Taylo, C¸cman v.v lý thuyÕt vÒ líp biªn cña P¬rant¬ (1875-1953); c«ng tr×nh t­ g s«ng lín ë ®ång b»ng B¾c bé, nhiÒu kªnh ngßi ®­îc ®µo thªm hoÆc n¹o vÐt l¹i.cña Bladiót (sinh 1837), lÇn ®Çu tiªn nªu r»ng ®èi víi “èng tr¬n”, hÖ sè c¶n chØ phô thuéc sè R©yn«n; sù ph©n bè vËn tèc vµ søc c¶n cña dßng rèi trong èng cña C¸cman (1881-1963),ngoµi nh÷ng nhµ nghiªn cøu trªn thuéc tr­êng ph¸i P¬rant¬, cßn nh÷ng nhµ nghiªn cøu kh¸c cïng tr­êng ph¸i, víi nh÷ng ®ãng gãp næi tiÕng nh­: T«lmiªn, Sile (søc c¶n trong èng), Slie-ting( líp biªn), Nicur¸ts¬ ( tæn thÊt cét n­íc trong èng) v.v høong nghiªn cøu bµng ph©n tÝch thø nguyªn ®­îc ®Ò ra bëi BócKinhgam (1887-1940), B¬rÝt-man (1882) v.v.. Vªbe (1871-1951) ®­a ra nh÷ng h×nh thøc hiÖn ®¹i cña nguyªn t¾c t­¬ng tù cña thñy ®éng lùc VÒ mÆt thñy lùc, thêi gian ®Çu thÕ kûe 20, ®· xuÊt hiÖn nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu lín nh­ cña Foãccc¬r©yme (1852-1933), nghiªn cøu vÒ søc c¶n Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 7 thñy lùc, vÒ sãng di ®«ng, vÒ thÊm v.v.. Bakh¬mªchiÐp (1880-1951), víi ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n ph­¬ng tr×nh vi ph©n vÒ chuyÓn ®éng kh«ng ®Òu trong kªnh l¨ng trô; ¡ngghen (1854-1945), Rªbèc (1864-1950) chñ tr× nh÷ng phßng thÝ nghiÖm lín ë §¬rÐts®¬, ë C¸cl¬ruhe (§øc); Tim«nèp (1862-1936) ë Pªt¬r«gr¸t, S¸p-fern¸c (1839-1951), ë Viªn, Maiyer Pªter (1883), ë DuyrÝch, Gibson (1878) ë M¸nester ë Ph¸p nh÷ng nhµ thñy lùc næi tiÕng nh­ Caminsen (1871-1966), Ðt scan®¬ chñ tr× phßng thÝ nghiÖm thñy lùc Tulu®¬ kh¸ lín ë Mü ®· tiÕn hµnh nhiÒu thÝ nghiÖm trªn s©n m« h×nh hoÆc ngoµi thùc ®Þa, nhÊt lµ vÒ thñy n«ng, nh­ Sc«b©y nghiªn cøu søc c¶n cña kªnh t­íi. Y¸cnen nghiªn cøu dßng ch¶y trong èng t­íi, P¸csan (1881-1951) trong èng Venturi Sù th¾ng lîi cña c¸ch m¹ng x· héi chñ nghÜa th¸ng 10 Nga vÜ ®¹i ®· gi¶i phãng søc s¶n xuÊt vµ ®Èy m¹nh c«ng cuéc x©y dùng kinh tÕ ë Liªn X«, lµm cho khoa häc ký thuËt Liªn X« cã nh÷ng b­íc tiÕn v­ît bËc. Khoa häc thñy lùc Liªn X« ®· ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ nhiÒu mÆt ®· ®øng hµng ®Çu trªn thÕ giíi. ViÖn sÜ Pav¬lèpski (1884-1937) ®· cã nh÷ng cèng hiÕn ®Ó x©y dùng vµ ph¸t triÓn khoa häc thñy lùc x« viÕt, víi nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ nhiÒu lÜnh vùc thñy lùc kh¸c nhau nh­ s¸ng t¹o lý luËn chuyÓn ®éng kh«ng ®Óutong m«i tr­êng thÊm, ph­¬ng ph¸p “t­¬ng tù” “®iÖn thñy”, søc c¶n thñy lùcv.v ViÖn sÜ Vªlican«p (1879-1964) x©y dùng lý thuyÕt träng lùc cña sù chuyÓn ®éng bïn c¸t vµ diÔn biÕn lßng s«ng, ®Ò xuÊt lý thuyÕt träng lùc cña sù chuyÓn ®éng bïn c¸t l¬ löng. N.M. BÐcn¸tski (1817-1935) ®Ò nghÞ m« h×nh vÒ “chuyÓn ®éng b×nh diÖn”. NhiÒu ngµnh thñy lùc chuyªn m«n ®· ph¸t triÓn m¹nh ë Liªn X« nh­ thñy lùc vÒ èng cã ¸p (nh­ A.D. Ansun, N.Z. F¬renken, F. A. SªvªlÐp v.v), thñy lùc kªnh hë (nh­ I. I. Ag¬rètskin, M. §. SÐct«uxèp, S. A. C¬ritschian«vich v.v), thñy lùc c«ng tr×nh (A. N. Akhuchin, E. A. Damarin, I. I. Lªvi, A. N. Rakh¬man«p, D. I. Cumin v.v), thñy lùc dßng thÊm (V. I.Aravin, S. N. Numªr«p, R. R. SugaÐp v.v) v.v ë c¸c n­íc x· héi chñ nghÜa kh¸c, khoa häc thñy lùc còng ph¸t triÓn nhanh.cña Bladiót (sinh 1837), lÇn ®Çu tiªn nªu r»ng ®èi víi “èng tr¬n”, hÖ sè c¶n chØ phô thuéc sè R©yn«n; sù ph©n bè vËn tèc vµ søc c¶n cña dßng rèi trong èng cña C¸cman (1881-1963),ngoµi nh÷ng nhµ nghiªn cøu trªn thuéc tr­êng ph¸i P¬rant¬, cßn nh÷ng nhµ nghiªn cøu kh¸c cïng tr­êng ph¸i, víi nh÷ng ®ãng gãp næi tiÕng nh­: T«lmiªn, Sile (søc c¶n trong èng), Slie-ting( líp biªn), Nicur¸ts¬ ( tæn thÊt cét n­íc trong èng) v.v høong nghiªn cøu bµng ph©n tÝch thø nguyªn ®­îc ®Ò ra bëi BócKinhgam (1887- 1940), B¬rÝt-man (1882) v.v.. Vªbe (1871-1951) ®­a ra nh÷ng h×nh thøc hiÖn ®¹i cña nguyªn t¾c t­¬ng tù cña thñy ®éng lùc VÒ mÆt thñy lùc, thêi gian ®Çu thÕ kû 20, ®· xuÊt hiÖn nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu lín nh­ cña Foãccc¬r©yme (1852-1933), nghiªn cøu vÒ søc c¶n thñy lùc, vÒ sãng di ®«ng, vÒ thÊm v.v.. Bakh¬mªchiÐp (1880-1951), víi ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n ph­¬ng tr×nh vi ph©n vÒ chuyÓn ®éng kh«ng ®Òu trong kªnh l¨ng trô; ¡ngghen (1854-1945), Rªbèc (1864-1950) chñ tr× nh÷ng phßng thÝ nghiÖm lín ë §¬rÐts®¬, ë C¸cl¬ruhe (§øc); Tim«nèp (1862-1936) ë Pªt¬r«gr¸t, S¸p-fern¸c (1839-1951), ë Viªn, Maiyer Pªter (1883), ë DuyrÝch, Gibson (1878) ë M¸nester ë Ph¸p nh÷ng nhµ thñy lùc næi tiÕng nh­ Caminsen (1871-1966), Ðt scan®¬ chñ tr× phßng thÝ nghiÖm thñy lùc Tulu®¬ kh¸ lín ë Mü ®· tiÕn hµnh nhiÒu thÝ nghiÖm trªn s©n m« h×nh hoÆc ngoµi thùc ®Þa, nhÊt lµ vÒ thñy n«ng, nh­ Sc«b©y nghiªn cøu søc c¶n cña Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 8 kªnh t­íi. Y¸cnen nghiªn cøu dßng ch¶y trong èng t­íi, P¸csan (1881-1951) trong èng Venturi Sù th¾ng lîi cña c¸ch m¹ng x· héi chñ nghÜa th¸ng 10 Nga vÜ ®¹i ®· gi¶i phãng søc s¶n xuÊt vµ ®Èy m¹nh c«ng cuéc x©y dùng kinh tÕ ë Liªn X«, lµm cho khoa häc ký thuËt Liªn X« cã nh÷ng b­íc tiÕn v­ît bËc. Khoa häc thñy lùc Liªn X« ®· ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ nhiÒu mÆt ®· ®øng hµng ®Çu trªn thÕ giíi. ViÖn sÜ Pav¬lèpski (1884-1937) ®· cã nh÷ng cèng hiÕn ®Ó x©y dùng vµ ph¸t triÓn khoa häc thñy lùc x« viÕt, víi nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ nhiÒu lÜnh vùc thñy lùc kh¸c nhau nh­ s¸ng t¹o lý luËn chuyÓn ®éng kh«ng ®Óutong m«i tr­êng thÊm, ph­¬ng ph¸p “t­¬ng tù” “®iÖn thñy”, søc c¶n thñy lùcv.v ViÖn sÜ Vªlican«p (1879-1964) x©y dùng lý thuyÕt träng lùc cña sù chuyÓn ®éng bïn c¸t vµ diÔn biÕn lßng s«ng, ®Ò xuÊt lý thuyÕt träng lùc cña sù chuyÓn ®éng bïn c¸t l¬ löng. N.M. BÐcn¸tski (1817-1935) ®Ò nghÞ m« h×nh vÒ “chuyÓn ®éng b×nh diÖn”. NhiÒu ngµnh thñy lùc chuyªn m«n ®· ph¸t triÓn m¹nh ë Liªn X« nh­ thñy lùc vÒ èng cã ¸p (nh­ A.D. Ansun, N.Z. F¬renken, F. A. SªvªlÐp v.v), thñy lùc kªnh hë (nh­ I. I. Ag¬rètskin, M. §. SÐct«uxèp, S. A. C¬ritschian«vich v.v), thñy lùc c«ng tr×nh (A. N. Akhuchin, E. A. Damarin, I. I. Lªvi, A. N. Rakh¬man«p, D. I. Cumin v.v), thñy lùc dßng thÊm (V. I.Aravin, S. N. Numªr«p, R. R. SugaÐp v.v) v.v ë c¸c n­íc x· héi chñ nghÜa kh¸c, khoa häc thñy lùc còng ph¸t triÓn nhanh. 10. Thñy lîi vµ khoa häc thñy lùc ë ViÖt Nam ë ViÖt Nam «ng cha ta ®· biÕt lîi dông n­íc ®Ó phôc vô n«ng nghiÖp kÓ tõ c¸c thêi kú ®å ®¸ cò (30 v¹n n¨m vÒ tr­íc), ®å ®¸ gi÷a (1 v¹n n¨m), ®å ®¸ míi (5.000 n¨m), råi ®Õn thêi ®¹i ®å ®ång (4.000 n¨m - Hïng V­¬ng dùng n­íc). Tõ ®Çu c«ng nguyªn trë ®i (thêi kú ®å s¾t ph¸t ®¹t) c«ng tr×nh thñy lîi vÉn tiÕp tôc ph¸t triÓn, hÖ thèng ®ª ®iÒu ®· dÇn d©n h×nh thµnh däc nh÷n Theo “C­¬ng môc chÝnh biªn”, n¨m 938 thêi Lª Hoµn, ®· ®µo s«ng tõ nói §ång Cæ (Yªn §Þnh Thanh Ho¸) ®Õn s«ng Bµ Hoµ (TÜnh Gia Thanh Ho¸) thuyÒn bÌ ®i l¹i tiÖn lîi. VÒ ®êi Lý (thÕ kû XI), nhiÒu ®o¹n ®ª quan träng däc theo nh÷ng s«ng ngßi lín ë c¸c vïng ®ång b»ng ®· ®­îc ®¾p, trong ®ã quan träng nhÊt lµ ®ª C¬ x¸ (®ª s«ng Hång, vïng Th¨ng long) ®­îc ®¾p vµo mïa xu©n n¨m 1168. Mét sè kªnh ngßi nhÊt la vïng Thanh Ho¸, ®­îc tiÕp tôc ®µo vµ kh¬i s©u thªm. NÒn n«ng nghiÖp n­íc ta ë vïng ®ång b»ng th­êng bÞ ngËp lôt vµ h¹n h¸n ®e däa; nh÷ng c«ng tr×nh thñy lîi trªn ®· t¹o ra nh÷ng ®iÒu kiÖn quan träng ®Ó ph¸t triÓn n«ng nghiÖp Sang ®êi TrÇn (tõ thÕ kû XIII) c«ng viÖc ®¾p ®ª phßng lò ®­îc tiÕn hµnh h»ng n¨m víi qui m« lín. N¨m 1248, thêi TrÇn Th¸i T«n ®· ®¾p ®ª tõ ®Çu nguån ®Õn bê biÓn gäi lµ ®ª Quai V¹c. HÖ thèng ®ª ®iÒu däc c¸c s«ng lín ë ®ång b»ng B¾c Bé ®Õn thêi TrÇn vÒ c¬ b¶n ®· x©y dùng vµ h»ng n¨m tu bæ; vÊn ®Ò x©y dùng vµ b¶o vÖ ®ª ®iÒu trë thµnh mét chøc n¨ng quan träng cña chÝnh quyÒn vµ lµ nhiÖm vô cña toµn d©n §Õn ®êi Lª (thÕ kû XV), rÊt coi träng viÖc tu bæ, kiÓm tra ®ª ®iÒu. Thêi Lª s¬, ®· kh«i phôc nhiÒu c«ng tr×nh, n¨m 1428 kh¬i l¹i kªnh ë Tr­êng An, Thanh Hãa,NghÖ TÜnh n¨m 1445. Nh©n t«ng kh¬i s«ng B×nh Lç (huyÖn Kim Anh,VÜnh Phó), th«ng suèt ®Õn B×nh Than. N¨m 1467, c¸c ®ª ng¨n n­íc mÆn vïng Nam S¸ch, Th¸i B×nh ®­îc båi ®¾p l¹i, ngoµi ra ®· ®µo nhiÒu Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 9 kªnh m­¬ng ®Ó t­íi ruéng vµ vËn t¶i tiÖn lîi. Di tÝch nh÷ng ®o¹n ®ª n­íc mÆn vÉn cßn ®Õn nay, nh©n d©n th­êng gäi lµ “®ª Hång §øc” ( niªn hiÖu Lª Th¸nh T«ng). ë Thanh Ho¸ nhiÒu s«ng ®µo ®· ®­îc khai th¸c tõ thÕ kû XV, ®Õn nay cßn mang tªn la “s«ng nhµ Lª”. Tõ thÕ kû XVI, chÕ ®é qu©n chñ chuyªn chÕ vµ nh÷ng hËu qu¶ do nã g©y ra- c¸t cø vµ néi chiÕn - ®· c¶n trë sù ph¸t triÓn cña søc s¶n xuÊt. Tuy nhiªn nh©n d©n kh«ng ngõng ®Êu tranh ®Ó b¶o vÖ lµng xãm quª h­¬ng, b¶o vÖ cuéc sèng cña m×nh. Sang thÕ kû XVIII giai cÊp phong kiÕn b­íc vµo giai ®o¹n khñng ho¶ng s©u s¾c vµ toµn diÖn; n«ng nghiÖp ®×nh ®èn ë c¶ ®»ng ngoµi vµ ®»ng trong. Døoi triÒu NguyÔn (thÕ kû XIX) kinh tÕ n«ng nghiÖp còng ngµy cµng sa sót, triÒu NguyÔn bÊt lùc trong viÖc ch¨m lo, b¶o vÖ ®ª ®iÒu vµ c¸c c«ng tr×nh thñy lîi nªn n¹n ®ª vì, lôt l«ik x¶y ra liªn tiÕp. Riªng ®ª s«ng Hång á Kho¸i Ch©u (H¶i H­ng) ®êi Tù §øc bÞ vì “10 n¨m liÒn” d©n nghÌo ph¶i bá lµng, phiªu b¹t xø së. T×nh h×nh n«ng nghiÖp ®· buéc nhµ NguyÔn ph¶i ®Ò ra chÝnh s¸ch khÈn hoang, b¾ ®Çu tõ triÒu NguyÔn vµ ®Èy m¹nh d­íi triÒu Minh MÖnh. Trong kho¶ng 1828-1829, víi c­¬ng vÞ doanh ®iÒn sø, NguyÔn C«ng Trø ®· ®Ò ra h×nh s¸ch doanh ®iÒn, thùc hiÖn khÈn hoanh, theo lèi di d©n, lËp Êp, ®· lËp thµnh 2 huyÖn Kim S¬n Hµ Nam Ninh vµ TiÒn H¶i (Th¸i B×nh); «ng ®· lîi dông ®Þa h×nh ®Ó ®¾p ®ª vµ më mang hÖ thèng thñy n«ng mét c¸ch hîp lý, khoa häc. Do nh÷ng kÕt qu¶ ®ã, chÝnh s¸ch doanh ®iÒn ®­îc ¸p dông ë nhiÒu n¬i nhÊt la Nam Kú. Song thêi kú Ph¸p thuéc, trong nh÷ng n¨m ®« hé, thùc d©n Ph¸p ®· lµm mét sè Ýt c«ng tr×nh thñy lîi ®Ó phôc vô chÝnh s¸ch bãc lét thuéc ®Þa cña chóng, c¨n b¶n kh«ng cã biÖn ph¸p hiÖu qu¶ ®Ó chèng h¹n, óng, lôt, xãi mßn ®Ó ®¶m b¶o s¶n l­îng ruéng ®Êt ®­îc æn ®Þnh vµ ®êi sèng nh©n d©n ®­îc an toµn. Sau khi c¸ch m¹nh th¸ng T¸m n¨m 1945 thµnh c«ng, nhÊt lµ sau khi cuéc kh¸ng chiÕn chèng thùc d©n Ph¸p th¾ng lîi, miÖn B¾c ®­îc gi¶i phãng hoµn toµn, sù nghiÖp thñy lîi ®­îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ. C«ng t¸c thñy lîi lµ biÖn ph¸p hµng ®Çu ®¶m b¶o cho viÖc ph¸t triÓn nhanh vµ v÷ng ch¾c cña n«ng nghiÖp. §· x©y dùng ®­îc ë miÒn B¾c mét m¹ng l­íi thñy n«ng, gåm h¬n 60 hÖ thèng thñy n«ng lo¹i lín vµ lo¹i võa cã kh¶ n¨ng t­íi n­íc cho 1 triÖu ha vµ tiªu cho 1,1 triÖu ha ruéng ®Êt canh t¸c. C«ng t¸c cñng cè b¶o vÖ ®ª, hé ®ª, ph©n lò, lµm chËm lò®· b¶o vÖ ®­îc s¶n xuÊt vµ an toµn cho nh©n d©n. C«ng tr×nh thñy ®iÖn Th¸c Bµ víi c«ng suÊt 108.000 kW vµ mét lo¹t c«ng tr×nh thñy ®iÖn nhá nh­ Bµn Th¹ch, Nahan, suèi Cñn, CÊm S¬n v.v §· ®­îc x©y dùng mét ®éi ngò c¸n bé khoa häc kü thuËt thñy lîi cã kh¶ n¨ng thiÕt kÕ, qu¶n lý vµ thi c«ng nh÷ng c«ng tr×nh t­¬ng ®èi lín vµ mét hÖ thèng c¸c tr­êng ®¹i häc vµ viÖn nghiªn cøu, viÖn thiÕt kÕ phôc vô yªu cÇu cña sù nghiÖp thñy lîi. Sau khi miÒn Nam ®­îc hoµn toµn gi¶i phãng, c«ng t¸c thñy lîi ë miÒn Nam ®­îc triÓn khai manh mÏ phôc vô yªu cÇu ph¸t triÓn n«ng nghiÖp vµ c¸c yªu cÇu c¶i t¹o vµ x©y dùng kinh tÕ vµ ®· ®¹t ®­îc nhiÒu thµnh tÝch to lín. VÒ mÆt khoa häc thñy lùc, m«n thñy lùc ®· ®­îc gi¶ng d¹y thµnh m«n c¬ së kü thuËt trong c¸c tr­êng kü thuËt ë n­íc ta, ®· h×nh thµnh mèt sè phßng thÝ nghiÖm thñy lùc, ®· nghiªn cøu gi¶i quyÕt mét sè vÊn ®Ò vÒ thñy lùc, nh­ nh÷ng vÊn ®Ò tÝnh to¸n dßng kh«ng æn ®Þnh trong viÖc tÝnh lò, triÒu, Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 10 nh÷ng vÊn ®Ò vÒ thñy lùc c«ng tr×nh, vÒ chuyÓn ®éng cña bïn c¸t, vÒ dßng thÊm, vÒ c¸c m¸y thñy lùc v.v Trong giai ®o¹n míi, nhiÖm vô khai th¸c vµ chØnh trÞ c¸c dßng s«ng, lîi dông c¸c nguån n­íc ®Ó phôc vô c¸c nghµnh c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp, giao th«ng vËn t¶i vµ c¸c nhu cÇu kh¸c rÊt to lín, nã ®ßi hái khoa häc thñy lùc ë n­íc ta ph¶i ph¸t triÓn m¹nh mÏ, nhanh chong tiÕp thu thµnh tùu hiÖn ®¹i cña thÕ giíi, vËn dông s¸ng t¹o vµo ®iÒu kiÖn n­íc ta, ®i s©u nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ò riªng cña n­íc ta ®Ó cã ®ñ kh¶ n¨ng gi¶i quyÕt nhiÒu vÊn ®Ò thñy lùc míi vµ phøc t¹p, tiÕn lªn ®uæi kÞp tr×nh ®é c¸c n­íc tiªn tiÕn, x©y dùng Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 11 Ch­¬ng 1: Kh¸i niÖm chung 1.kh¸i niÖm vÒ thuû lùc häc Thuû lùc lµ mét m«n khoa häc nghiªn cøu c¸c qui luËt c©n b»ng vµ chuyÓn ®éng cña chÊt láng,®Æc biÖt lµ n­íc vµ ph­¬ng ph¸p øng dông c¸c qui luËt ®ã trong thùc tÕ s¶n xuÊt vµ ®êi sèng x· héi. M«n thuû lùc cã hai phÇn chÝnh: thuû tÜnh häc vµ thuû ®éng lùc häc. PhÇn thuû tÜnh nghiªn cøu c¸c qui luËt cña chÊt láng ë tr¹ng th¸i tÜnh nh­ ¸p suÊt vµ ¸p lùc chÊt láng t¸c dông vµo mÆt tiÕp xóc,sù æn ®Þnh cña vËt r¾n trong chÊt láng. PhÇn thuû ®éng lùc nghiªn cøu c¸c qui luËt cña chÊt láng chuyÓn ®éng vµ vËn dông c¸c qui luËt ®ã ®Ó nghiªn cøu vÒ dßng chÊt láng ch¶y trong èng,trong kªnh,trong s«ng, dßng ch¶y qua c«ng tr×nh,dßng thÊm V× vËy thuû lùc lµ mét häc c¬ së cho c¸c m«n häc kh¸c cã liªn quan ®Õn n­íc nh­ c¸c m«n: Thuû v¨n,§Þa chÊt,Thuû n«ng,Thuû c«ng, Tr¹m b¬m, Thuû lùc kh«ng nh÷ng lµ m«n häc cÇn thiÕt ®èi víi c¸c ngµnh thuû lîi mµ cßn rÊt cÇn thiÕt víi c¸c ngµnh kh¸c nh­: Giao th«ng, kiÕn tróc,khai th¸c quÆng má, ®ãng tµu, chÕ t¹o c¬ khÝ, 1.2.Nh÷ng ®¬n vÞ th­êng dïng trong tÝnh to¸n thuû lùc 1.3.øng dông vµo thùc tÕ s¶n xuÊt vµ ®êi sèng x· héi 2. C¸c ®Æc ®iÓm vµ tÝnh chÊt vËt lý cña chÊt láng 2.1 C¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña chÊt láng Mét cèc chøa ®Çy chÊt láng (vÝ dô: n­íc), ta dÔ dµng rãt chÊt láng vµo mét chai nhá vµ tõ chai nhá rãt sang mét ®Üa. Nh­ vËy ta cã thÓ nhËn xÐt r»ngchÊt láng cã tÝnh dÔ l­u ®éng, nã kh«ng cã h×nh d¸ng riªng nh­ chÊt r¾n mµ thay ®æi h×nh d¸ng theo b×nh ®ùng. Quan s¸t cèc chÊt láng nãi trªn, thÊy n­íc chøa ®Çy kh«ng gian cña cèc.NÕu bá vµo cèc chÊt láng mét hßn bi, chÊt láng trong cèc sÏ d©ng lªn cao.Khi lÊy hßn bi ra chÊt láng trong cèc h¹ xuèng cho¸n kÝn chç cña hßn bi kh«ng ®Ó l¹i mét kho¶ng trèng nµo.Nh­ vËy cã thÓ xem chÊt láng lµ mét m«I tr­êng liªn tôc.Gi¶ thiÕt vËy cho phÕp ta nghiªn cøu vÒ chÊt láng cã thÓ ding lµm hµm sè liªn tôc lµm c«ng cô ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n. 2.2.C¸c tÝnh chÊt vËt lý chñ yÕu cña chÊt láng Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 12 CH¦¥NG 2 : THUû TÜNH häc. 1. Kh¸I niÖm vÒ ¸p lùc thñy tÜnh vµ ¸p suÊt thñy tÜnh 1.1.¸p lùc thñy tÜnh: Thñy tÜnh häc lµ mét bé phËn cña thñy lùc häc, nghiªn cøu c¸c quy luËt cña chÊt láng ë tr¹ng th¸i tÜnh vµ t¸c dông cña nã víi vËt r¾n. §Ó cã kh¸i niÖm vÒ ¸p lùc thñy tÜnh ta xÐt vÝ dô sau: Mét khèi chÊt láng ë tr¹ng th¸i tÜnh ( h×nh 1-1) . T­ëng t­îng c¾t khèi chÊt láng ®ã b»ng mét mÆt ph¼ng AB tïy ý råi bá phÇn chÊt láng bªn ph¶i ( P.II ) . Muèn gi÷ cho phÇn cßn l¹i ( P. I ) ®­îc c©n b»ng, ta ph¶i thay t¸c dông cña phÇn II b»ng lùc P . Lùc P ®ã gäi lµ ¸p lùc thñy tÜnh trªn mÆt chÞu t¸c dông  . VËy ta cã kh¸i niÖm sau: ¸p lùc thñy tÜnh lµ ¸p lùc t­¬ng hç gi÷a c¸c phÇn cña chÊt láng tÜnh hoÆc chÊt láng víi vËt r¾n P( N , KN). 1.2. ¸p suÊt thñy tÜnh: Mét mÆt cã diÖn tÝch lµ , chÞu ¸p lùc thñy tÜnh P t¸c dông th× tØ sè  P gäi lµ ¸p suÊt thñy tÜnh trung b×nh.   P Ptb ( 1-1) Giíi h¹n cña tØ sè trªn gi¶m diÖn tÝch cña  ®Õn 0 gäi lµ ¸p suÊt thñy tÜnh t¹i mét ®iÓm.    P limP 0 (1-2) §¬n vÞ: N/cm2 , KN/cm2 , at , KG/cm2 §æi ®¬n vÞ: 1at = 9.81N/ cm2 = 98.1 KN/m2 = 1KG/cm2 2.TÝNH CHÊT vµ ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ¸p suÊt thñy tÜnh 2.1.HAI TÝNH CHÊT C¥ B¶N CñA ¸P SUÊT THUû TÜNH 2.1.1. TÝnh chÊt thø nhÊt; Mét khèi chÊt láng ë tr¹ng th¸i tÜnh ( h×nh 1-2) . T­ëng t­îng c¾t khèi chÊt láng ®ã b»ng mét mÆt ph¼ng AB tïy ý råi bá phÇn chÊt láng bªn ph¶i ( P.II ) . T¹i ®iÓm K cã lùc P t¸c dông, ta ph©n tÝch lùc P thµnh hai thµnh phÇn lùc A B I II   I Hình 1-1 Sô ñoà minh hoaï aùp löïc thuyû tænh Hình 1-2 Sô ñoà chöùng minh tính chaát thöù nhaát cuûa aùp suaát thuyû tónh B A K K A B pn p  Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 13 - Lùc pn h­íng vu«ng gãc víi mÆt ph©n chia - Lùc  n»m trong mÆt ph©n chia: Lùc P ®ã gäi lµ ¸p lùc thñy tÜnh trªn mÆt chÞu t¸c dông  . Thµnh phÇn lùc  kh«ng tån t¹i ®­îc nªn t¹i ®iÓm K chØ cßn thµnh phÇn lùcPn vu«ng gãc víi mÆt chÞu t¸c dông. VËy ta cã thÓ ph¸t biÓu nh­ sau: ¸p suÊt thñy tÜnh t¹i mét ®iÓm trªn mÆt chÞu t¸c dông lu«n vu«ng gãc víi mÆt chÞu t¸c dông vµ h­íng vµo mÆt ®ã. 2.1.2. TÝnh chÊt thø hai VÝ dô: Cho bÓ chøa n­íc ë h×nh (1- 3), xÐt ®iÓm A ë gãc ®¸y bÓ chøa n­íc. §iÓm A thuéc gãc ®¸y bÓ vµ hai thµnh bÓ. ¸p suÊt thñy tÜnh t¹i ®iÓm A t¸c dông lªn ®¸y bÓ vµ hai mÆt thµnh bÓ theo ba h­íng kh¸c nhau nh­ng cã cïng mét trÞ sè . PA( ABCD)=PA( ADE F)=P(ABGE) ¸p suÊt thñy tÜnh t¹i mét ®iÓm bÊt kú trong chÊt láng tÜnh cã trÞ sè b»ng nhau theo mäi ph­¬ng. 2.2.PH¦¥NG TR×NH c¬ b¶n cña ¸p suÊt thñy tÜnh: i- c«ng thøc c¬ b¶N : XÐt mét khèi chÊt láng nhá h×nh trô n»m trong b×nh chøa A cã chiÒu cao lµ h, ®¸y cã diÖn tÝch dw, c¸c lùc t¸c dông lªn khèi chÊt láng ®ang xÐt P = Po +  h (1-3) Trong ®ã: P : ¸p suÊt thñy tÜnh t¹i mét ®iÓm n»m trong chÊt láng  : Träng l­îng riªng cña chÊt láng h : ChiÒu s©u ®iÓm ®ang xÐt Po : ¸p suÊt mÆt tho¸ng VÝ dô: T×m ¸p suÊt t¹i ®iÓm A trªn t­êng ch¾n n­íc (h×nh 1-4) . BiÕt ®iÓm A ë ®é s©u 10 m so víi mÆt n­íc, träng l­îng riªng cña n­íc lµ  = 9,81KN/m3, ¸p suÊt trªn mÆt n­íc lµ Po = 98,1 (KN /m 2). Gi¶i: ¸p suÊt n­íc t¹i ®iÓm A tÝnh theo c«ng thøc (1-3) p = po+ .h Thay c¸c sè liÖu ®· cho vµo c«ng thøc ta cã P = 98,1 + 9,81 . 10 = 196,2 KN/m2 3. C¸C LO¹I ¸P SUÊT THUû TÜNH 3.1.C¸C LO¹I ¸p suÊt : 1-¸p suÊt khÝ trêi : H C E D A B G F Hình 1-3 Sô ñoà minh hoaï tính chaát thöù nhaát cuûa aùp suaát thuyû tónh h a Hình 1-4 Sô ñoà töôøng chaén nöôùc Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 14 Träng l­îng cña cét kh«ng khÝ t¸c dông lªn 1®¬n vÞ diÖn tÝch (1m2) mÆt ®Êt gäi lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn , kÝ hiÖu pa. Trong thùc tiÔn kü thuËt qui ­íc pa = 98100 N/m 2 (hoÆc pa = 1kG/cm 2) 2- ¸p suÊt tuyÖt ®èi: ¸p suÊt tuyÖt ®èi (hay ¸p suÊt toµn phÇn ) t¹i mét ®iÓm trong chÊt láng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc : ptuyÖt = p0 + .h (1 - 11) Trong ®ã : .h- ¸p suÊt do b¶n th©n chÊt láng . p0 -¸p suÊt trªn bÒ mÆt chÊt láng . VÝ dô 1: T×m ¸p suÊt tuyÖt ®èi ë ®¸y b×nh ¸p lùc , trong b×nh chøa n­íc (h×nh bªn) . BiÕt ®¸y b×nh ë chiÒu s©u h = 1,20m : ¸p suÊt trªn mÆt n­íc lµ p0 = 196200 N/m 2 ; träng l­îng riªng cña n­íc lµ  =9,81 N/m3 . Gi¶i: ¸p suÊt tuyÖt ®èi ë ®¸y b×nh ¸p lùc tÝnh theo c«ng thøc (1-11 ) ptuyÖt = p0 + .h =196200+9810.1,2 =207972 N/m 2 =208,0 KN/m2 . 3- ¸p suÊt d­ : ¸p suÊt d­ (hay ¸p suÊt kÕ , ¸p suÊt t­¬ng ®èi) b»ng ¸p suÊt tuyÖt ®èi trõ ®i ¸p suÊt khÝ trêi pa . pd­ = ptuyÖt - pa . (1 - 12) hoÆc pd­ = p0 + .h - pa (1 - 13) Trong b×nh hë vµ c¸c c«ng tr×nh thuû lîi ¸p suÊt trªn mÆt chÊt láng lµ ¸p suÊt khÝ trêi (nghÜa lµ p0=pa) nªn ¸p suÊt d­ lµ ¸p suÊt do b¶n th©n chÊt láng : pd­ = p0 + .h - pa = .h. (1 -14) VÝ dô 2: T×m ¸p suÊt d­ ë ®¸y b×nh ¸p lùc , trong b×nh chøa n­íc (h×nh bªn) . BiÕt ®¸y b×nh ë chiÒu s©u h = 1,20m ; ¸p suÊt trªn mÆt n­íc lµ p0 = 196200 N/m 2 ;¸p suÊt khÝ trêi lµ pa = 98100 N/m2 ; träng l­îng riªng cña n­íc lµ  =9,81 N/m3 . Gi¶i: ¸p suÊt d­ ë ®¸y b×nh ¸p lùc tÝnh theo c«ng thøc (1-13 ) pd­ = p0 + .h- p0 =196200+9810.1,2-98100 =109872 N/m 2 =110,0 KN/m2 . 4- ¸p suÊt ch©n kh«ng : ë mét n¬i nµo ®ã, nÕu cã ¸p suÊt tuyÖt ®èi nhá h¬n ¸p suÊt khÝ trêi ,th× ë ®ã cã hiÖn t­îng ch©n kh«ng . TrÞ sè ¸p suÊt ch©n kh«ng tÝnh b»ng hiÖu sè ¸p suÊt khÝ trêi vµ ¸p suÊt tuyÖt ®èi : Pck = pa - ptuyÖt . (1 -15) Tõ c«ng thøc (1 - 15) thÊy r»ng ¸p suÊt ch©n kh«ng lu«n lu«n nhá h¬n 1at , chØ tr­êng hîp ch©n kh«ng tuyÖt ®èi th× ¸p suÊt ch©n kh«ng míi b»ng 1at. VÝ dô 3: h a p0 ptuyeät Hình 1-5 Bình aùp löïc Hình 1-5' Bình hôû chöùa nöôùc p0=pa a h Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 15 T¹i mÆt c¾t èng hót n­íc tr­íc khi vµo m¸y b¬m cã ¸p suÊt tuyÖt ®èi lµ ptuyÖt=29430 N/m 2 . X¸c ®Þnh ¸p suÊt ch©n kh«ng t¹i mÆt c¾t ®ã. Gi¶i: ¸p suÊt ch©n kh«ng ë mÆt c¾t èng tr­íc khi vµo m¸y b¬m tÝnh theo c«ng thøc (1-15): pck = pa - ptuyÖt pck = 98100 - 29430 = 68670 N/m 2 = 68,7 KN/m2 pck Hình 1-6' Sô ñoà maùy bôm vaø oáng huùt Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 16 3.2.CHIÒU CAO §O ¸P: ¸p suÊt cã thÓ biÓu thÞ b»ng chiÒu cao cña mét cét chÊt láng .   P h (1 - 16) h -chiÒu cao ®o ¸p  - träng l­îng riªng cña chÊt láng cã chiÒu cao ®o ¸p h. Tõ (1 - 16) ta cã thÓ biÓu thÞ nh­ sau : 1-ChiÒu cao ®o ¸p khÝ quyÓn ha: m10 9810 98100p h kk a a   2-ChiÒu cao ®o ¸p tuyÖt ®èi htuyÖt: h phpp h o0tuyÖt tuyÖt       (1 - 17) 3-ChiÒu cao ®o ¸p t­¬ng ®èi hd­: h ppphpp h aoa0­d ­d         (1 - 18) 2-ChiÒu cao ®o ¸p tuyÖt ®èi hck:  ck ck p h  (1 - 19) VÝ dô 4: TÝnh ¸p suÊt tuyÖt ®èi vµ ¸p suÊt d­ ë ®¸y b×nh ¸p lùc b»ng chiÒu cao cét n­íc biÕt ®¸y b×nh ë chiÒu s©u h=1,2m , ¸p suÊt trªn mÆt n­íc lµ p0=196200N/m 2 ; träng l­îng riªng cña n­íc lµ :  =9810N/m2 . Gi¶i: ¸p suÊt ë ®¸y b×nh ¸p lùc tÝnh theo c«ng thøc (1-11 )& (1 - 13) ptuyÖt = p0 + .h =196200+9810.1,2 =207972 N/m 2=208,0 KN/m2 . pd­ = p0 + .h - pa =196200+9810.1,2-98100=109872 N/m 2=110,0 KN/m2 . Hình 1-6 Sô ñoà minh hoaï thí nghieäm Torixeli h pa Hg h=76cm Hg A p tu ye ätA /   h tu ye ätA h d ö = p d öA /  p0 Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 17 Dïng c¸c c«ng thøc (1-17)&(1-18): 2,21h phpp h o0tuyÖt tuyÖt       m cét n­íc 2,11h ppphpp h aoa0­d ­d         m cét n­íc 3.3. THÕ N¡NG §¥N VÞ CHÊT LáNG 3.3.1.CéT N¦íc thuû tÜnh : XÐt mét khèi chÊt láng tÜnh . LÊy mét mÆt ph¼ng 0 -0 nµo ®ã lµm mÆt chuÈn . Kho¶ng c¸ch th¼ng ®øng tõ mÆt chuÈn ®Õn mét ®iÓm trong khèi chÊt láng gäi lµ chiÒu cao vÞ trÝ cña ®iÓm ®ang xÐt , vµ ký hiÖu lµ Z. T¹i mét vÞ trÝ bÊt kú ( vÝ dô lµ ®iÓm A) , cã mét khèi chÊt láng G . NÕu ë ®iÓm A c¾m mét èng ®o ¸p th× d­íi t¸c dông cña ¸p suÊt tÜnh t¹i ®iÓm ®ã , chÊt láng sÏ d©ng lªn trong èng mét chiÒu cao   p h so víi ®iÓm A .So víi mÆt chuÈn 0 - 0 th× khèi chÊt láng ®· ®­îc d©ng lªn ®Õn chiÒu cao   p z . Nh­ vËy khèi chÊt láng ®ã cã mét thÕ n¨ng lµ :         p ZGE gäi et lµ thÕ n¨ng ®¬n vÞ träng l­îng chÊt láng th× :            p Z c p ZG G E e tt   p Zet (1 -20) VËy thÕ n¨ng ®¬n vÞ trong l­îng chÊt láng b»ng tæng chiÒu cao vÞ trÝ cña ®iÓm ®ang xÐt vµ chiÒu cao ®o ¸p ë ®iÓm ®ã. Ta cã thÓ ph¸t biÓu c¸ch kh¸c nh­ sau : "Trong chÊt láng tÜnh , thÕ n¨ng ®¬n vÞ chÊt láng ë mäi ®iÓm ®Òu b»ng nhau "   p Zet lµ mét h»ng sè. Zc pc/ po ZD pD/ ZB pB/ ZA pA/ ZB ZA ZA pdö B`/ po pA/ pdöA/ ptuyeätA/ptuyeätB/  Hình 1-14 Sô ñoà xaùc ñònh theá naêng cuûa chaát loûng Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 18 4. ¸p lùc thñy tÜnh t¸c dông vµo mÆt tiÕp xóc ph¼ng Cã H×NH D¹NG BÊT Kú. I - TRÞ Sè ¸p lùc thuû tÜnh XÐt mÆt ph¼ng ch¾n n­íc ABA'B' (h×nh ch÷ nhËt ) nghiªng víi mÆt ph¼ng n»m ngang mét gãc  . MÆt ABA'B' chÞu t¸c dông cña n­íc tõ bªn tr¸i (h×nh sau ) . §Ó dÔ quan s¸t , ta quay mÆt ph¼ng ABA'B' quanh trôc OY mét gãc 90o, trôc OX chÝnh lµ giao tuyÕn cña mÆt ABA'B' víi mÆt n­íc . Muèn tÝnh ¸p lùc thuû tÜnh lªn mÆt ABA'B' , tr­íc hÕt ta chia mÆt ABA'B' ra nh÷ng d¶i v« cïng nhá , cã diÖn tÝch  , vµ x¸c ®Þnh ¸p lùc thuû tÜnh P trªn mçi d¶i ®ã .Gi¶ thiÕt r»ng chiÒu cao cña mçi d¶i y v« cïng nhá, nh­ thÕ cã thÓ coi mäi ®iÓm trong d¶i ®Òu cã cïng chiÒu s©u vµ do ®ã ¸p suÊt thuû tÜnh ë mäi ®iÓm trong d¶i ®Òu b»ng nhau .Nh­ vËy , ¸p lùc thuû tÜnh trªn mçi d¶i sÏ lµ : P = p.  trong ®ã : p= p0 + .h HoÆc nÕu chØ xÐt ®Õn ¸p suÊt do n­íc g©y ra th× : p = .h h -chiÒu s©u cña d¶i . tÝnh tõ trôc d¶i ®Õn mÆt n­íc Tõ kÕt qu¶ trªn ta cã thÓ viÕt : D B' A' px C A B py 60 °  A B py Cpy DB' A' px Hình 2-17 Sô ñoà phaân löïc cuûa a ùp löïc thuyû tónh a) b) Y Y X X' B B' A' A y0 yc h0 hc y y CD X A B   Hình 2-1 Sô ñoà maët phaúng chaén nöôùc Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 19 P = .h. . (2 - 1) Trong ®ã : h= y .sin Thay vµo ( 2 - 1) ta ®­îc P = y sin. . (2 - 3) ¸p lùc trªn mÆt ABA'B' : P = P = y sin.  = sin. y.  ( 2- 3) y. -lµ m«men tÜnh cña diÖn tÝch  ®èi víi trôc X. Trong c¬ häc lý thuyÕt th× ta ®· biÕt :m«men tÜnh cña mét diÖn tÝch ®èi víi mét trôc bÊt kú th× b»ng tÝch sè cña diÖn tÝch ®ã víi kho¶ng c¸ch tõ träng t©m cña diÖn tÝch ®Õn trôc ta xÐt : y.  = .yc yc - lµ to¹ ®é träng t©m diÖn tÝch . thay vµo c«ng thøc (2 - 3) ta ®­îc : P = sin.yc . = .yc. sin. (2 - 4) Trong ®ã : yc. sin = hc Thay vµo ( 2 - 4) ta ®­îc : P = .hc. (2- 5) TrÞ sè .hc chÝnh lµ ¸p suÊt thuû tÜnh ë träng t©m diÖn tÝch mÆt tiÕp xóc  : DiÖn tÝch mÆt tiÕp xóc Do ®ã cã thÓ ph¸t biÓu nh­ sau: ¸p lùc thñy tÜnh cña chÊt láng trªn mét diÖn tÝch ph¼ng cã h×nh d¹ng bÊt kú b»ng tÝch cña diÖn tÝch Êy víi ¸p suÊt ë träng t©m cña nã. II - ®iÓm §ÆT CñA ¸P LùC THUû TÜNH : §iÓm ®Æt cña ¸p lùc thuû tÜnh trªn mÆt chÞu ¸p lùc gäi lµ t©m ¸p lùc hay t©m ®Èy. Trong thùc tÕ th­êng ph¶i x¸c ®Þnh ¸p lùc thuû tÜnh cña chÊt láng trªn h×nh ®èi xøng , trong nh÷ng tr­êng hîp ®ã t©m ®Èy ë ngay trªn trôc ®èi xøng cña h×nh , vµ ®Ó x¸c ®Þnh t©m ®Èy , chØ cÇn mét to¹ ®é trong mét h×nh ®èi xøng lµ t×m to¹ ®é y0. Theo c¬ häc lý thuyÕt : M«men cña lùc tæng hîp cña mét hÖ lùc ®èi víi trôc bÊt kú b»ng tæng M«men c¸c lùc thµnh phÇn ®èi víi trôc Êy . Tr­êng hîp ta ®ang xÐt , ¸p lùc thuû tÜnh P lµ lùc tæng hîp .D lµ t©m ®Èy trªn diÖn tÝch  , P lµ lùc thµnh phÇn trªn diÖn tÝch   . ViÕt ph­¬ng tr×nh m«men cña lùc t¸c dông ®èi víi trôc X: P.yd = P. y Trong ®ã : yd - to¹ ®é t©m ®Èy trªn diÖn tÝch  y - to¹ ®é t©m ®Èy trªn diÖn tÝch  tõ ®ã rót ra : y y.P yd   (2 - 6) thay (2 - 2) vµ (2 - 4) vµo (2 - 6) ta ®­îc : Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 20 c 2 c d y..sin. y..sin. .sin.y. sin.y. y        c 2 d y. y. y     BiÓu thøc .y2 trong c¬ häc lý thuyÕt gäi lµ m«men qu¸n tÝnh Ix cña diÖn tÝch  víi trôc X , do ®ã : c Ü y. I y   (2 - 7) Nh­ ®· biÕt trong c¬ häc lý thuyÕt , cã thÓ biÓu thÞ m«men qu¸n tÝnh cña diÖn tÝch ®èi víi trôc X (Ix) b»ng m«men qu¸n tÝnh cña diÖn tÝch Êy ®èi víi trôc X' song song víi trôc X vµ ®i qua träng t©m C cña diÖn tÝch theo quan hÖ sau : Ix = Io + yc 2 (2 - 8) §em thay (2 - 8) vµo c«ng thøc ( 2- 7) ta ®­îc : c 2 co d y. y.I y    ­íc l­îc ta ®­îc c o cd y. I yy   (2 - 9) Trong ®ã : Io lµ m«men qu¸n tÝnh cña diÖn tÝch ®èi víi trôc X' song song víi trôc X vµ ®i qua träng t©m C cña diÖn tÝch ®ã . Tõ c«ng thøc (2 - 9) suy ra chiÒu s©u t©m ®Èy : c o cDD y. sin.I sin.ysin.yh    (2-10) C«ng thøc (2 - 9) chøng tá r»ng ®iÓm ®Æt ¸p lùc thuû tÜnh trªn mét mÆt ph¼ng ë thÊp h¬n träng t©m cña mÆt ph¼ng ®ã .Trõ tr­êng hîp mÆt ph¼ng n»m ngang chÞu ¸p lùc n»m ngang. 4.1. ¸ p lùc thñy tÜnh t¸ c dông vµo mÆt tiÕp xóc ph¼ng h×nh ch÷ nhËt: 4.1.1.MÆt chÞu ¸ p lùc kh«ng ngËp hoµn toµn trong chÊt láng : 1- Tr­êng hîp mÆt chÞu ¸p lùc th¼ng ®øng: Mét t­êng ch¾n chÞu t¸c dông cña chÊt láng (h×nh) . T­êng cã chiÒu réng b , ngËp trong chÊt láng cã chiÒu s©u h, gãc =90o. VËn dông c«ng thøc (2- 5) vµ (2- 10 ) ®Ó tÝnh ¸p lùc chÊt láng t¸c dông vµo t­êng vµ täa ®é t©m ®Èy. Muèn tÝnh p theo (2-5 ) cÇn ph¶i tÝnh hc vµ  . MÆt chÞu ¸p lùc lµ h×nh ch÷ nhËt nªn:  = b .h 2 h hc  C D h b C D hc hD Hình 2-2 Sô ñoà töôøng phaúng hình chöõ nhaät Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 21 2 h.b. P 2  (2-11) Muèn tÝnh hd theo (2-10) ph¶i tÝnh yc , Io ,sin , . MÆt chÞu ¸p lùc lµ h×nh ch÷ nhËt ®Æt th¼ng ®øng nªn: yc = hc , sin = 1 , hd = yd 12 h.b I 3 o  (2 -12) Trong ®ã: b : chiÒu réng mÆt chÞu ¸p lùc cã c¹nh song song víi trôc lÊy m« men h : chiÒu s©u ngËp n­íc Yc xsin.I xsin.yh cd  6 h 2 h 2/h.h.b 12/h.b 2 h h 3 d  h 3 2 yh dd  (2 - 13) 2- Tr­êng hîp mÆt chÞu ¸p lùc n»m nghiªng: §èi víi tr­êng hîp mÆt chÞu ¸p lùc n»m nghiªng mét gãc  so víi mÆt n»m ngang, kh«ng ngËp hoµn toµn trong chÊt láng ( h×nh bªn), b»ng c¸ch chøng minh t­¬ng tù ta t×m ®­îc:    sin2 h.b. P 2 (2- 14) h 3 2 hd    sin h y dd (2-15) VÝ dô 1: Mét t­êng ph¼ng th¼ng ®øng ch¾n n­íc (h×nh), t­êng cã chiÒu réng b = 3m, ngËp s©u trong n­íc h =2m. T×m ¸p lùc n­íc t¸c dông lªn t­êng vµ t©m ®Èy. BiÕt  = 9810N/m3. Gi¶i: T­êng th¼ng ®øng nªn ¸p lùc thñy tÜnh t¸c dông lªn t­êng: N58860 2 2.3.9810 2 h.b. P 22    Täa ®é t©m ®Èy vµ chiÒu s©u t©m ®Èy b C h Hình 2-3 Sô ñoà moâmen quaùn tính trung taâm Hình 2-4 Sô ñoà maët chòu aùp löïc naèm nghieâng b D h C hD yD P   Hình 2-5 Sô ñoà töôøng chaén nöôùc h h b Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 22 m33,12 3 2 h 3 2 yh dd  Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 23 4.1.2.MÆt chÞu ¸ p lùc ngËp hoµn toµn trong chÊt láng : 1- Tr­êng hîp mÆt chÞu ¸p lùc th¼ng ®øng: MÆt chÞu ¸p lùc ®Æt th¼ng ®øng trong chÊt láng , c¹nh d­íi ë ®é s©u h2 , c¹nh trªn ë ®é s©u h1,chiÒu réng cña mÆt chÞu ¸p lµ b (h×nh bªn). VËn dông c«ng thøc (2-5) , (2-7)vµ (2-8) ®Ó t×m ¸p lùc chÊt láng t¸c dông. Theo h×nh ta cã: )hh.(bh.b 12  ChiÒu s©u träng t©m mÆt chÞu ¸p lùc 2 hh 2 hh hh 12121c     Thay vµo c«ng thøc (2-5) ta cã : )hh(b. 2 )hh(. .h.P 12 12 c    2 )hh.(b. P 2 1 2 2  (2-16) M«men qu¸n tÝnh trung t©m cña mÆt chÞu lùc ®i qua träng t©m C vµ song song víi c¹nh b :   12 hh.b 12 h.b I 3 12 3 0   thay vµo c«ng thøc (2-7) ta ®­îc : c o cD y. I yy   MÆt chÞu ¸p lùc th¼ng ®øng nªn yD = hD ; yc = hc nªn :          12 2 112 2 2 12 12 3 12 21 DD hh.6 hh.hh4 2 hh .hh.b 12 hh.b 2 hh hy          BiÕn ®æi ta ®­îc : ChiÒu s©u t©m ®Èy vµ täa ®é t©m ®Èy: 2 1 2 2 3 1 3 2 dd hh hh 3 2 yh    (2-17) b- Tr­êng hîp mÆt chÞu ¸p lùc n»m nghiªng: Tr­êng hîp mÆt chÞu ¸p lùc n»m nghiªng vµ ngËp hoµn toµn d­íi chÊt láng (h×nh) còng chøng minh t­¬ng tù ta t×m ®­îc: )hh.( sin2 b. P 21 2 2     (2- 18) Hình 2-6 Sô ñoà maët chòu aùp löïc ngaäp hoaøn toaøn trong nöôùc b h1 h2 hc C C Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 24 1 22 2 1 33 2 d hh hh sin3 2 y     (2-19) 2 1 2 2 3 1 3 2 dd hh hh 3 2 yh    (2-20) VÝ dô 1: T×m ¸p lùc n­íc vµ t©m ®Èy lªn c¸nh cöa cèng h×nh ch÷ nhËt cã chiÒu réng b=3m, chiÒu cao h = 2m, chiÒu s©u n­íc ë th­îng l­u lµ H = 5m . Gi¶i: TÝnh ¸p lùc n­íc lªn c¸nh cöa cèng theo (1- 10 ) 2 hh .b.P 2 1 2 2  Trong ®ã : h2 = H = 5m , h1 = H - h = 3m VËy: N235440 2 )35.(3.9810 P 22    ChiÒu s©u t©m ®Èy : 2 1 2 2 1 3 2 3 d hh hh 3 2 h    m08,4 16 98 . 3 2 35 35 3 2 h 22 33 d     VÝ dô 2: T×m ¸p lùc n­íc vµ t©m ®Èy lªn c¸nh cöa cèng h×nh ch÷ nhËt, c¹nh trªn c¸nh cöa cèng ë ®é s©u h1 = 2m, c¹nh d­íi ë ®é s©u h2 = 5m, chiÒu réng b = 3m. C¸nh cöa nghiªng víi mÆt n»m ngang mét gãc  = 30o (h×nh 2-8). Gi¶i: TÝnh ¸p lùc n­íc lªn c¸nh cöa cèng theo (2- 11) )hh( sin2 b. P 2 1 2 2     N472302)25( 866,0.2 3.9810 P 22  TÝnh chiÒu s©u t©m ®Èy: Hình 2-7 Sô ñoà caùnh cöûa coáng ngaäp döôùi maët nöôùc C H h  h2 h1 Hình 2-8 Sô ñoà caùnh cöûa coáng maët phaúng hình chöõ nhaät naèm nghieâng ngaäp döôùi maët nöôùc Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 25 2 1 2 2 1 33 2 d hh hh 3 2 h    m71,3 25 25 3 2 h 22 33 d     Täa ®é t©m ®Èy: m28,4 866,0 71,3 60sin 71,3 sin h y 0 d d    N11772058860x2S.bP  CH¦¥NG iiI :thuû ®éng lùc häc ®¹i c­¬ng 1. kh¸i niÖm VÒ CHUYÓN ®éng cña chÊt láng 1.1.C¸c yÕu tè chuyÓn ®éng cña chÊt láng Thuû ®éng lùc häc nghiªn cøu nh÷ng qui luËt chung vÒ chuyÓn ®éng cña chÊt láng vµ vËn dông nh÷ng qui lô©t ®ã vµo thùc tÕ .VÝ dô vËn dông c¸c qui luËt chuyÓn ®éng cña chÊt láng ®Ó nghiªn cøu ch¶y trong s«ng , trong kªnh , trong èng , ch¶y qua cèng , ch¶y qua ®Ëp ... Trong thuû ®éng lùc häc ng­êi ta xem m«i tr­êng chÊt láng chuyÓn ®éng lµ m«i tr­êng liªn tôc , bao gåm v« sè phÇn tö chÊt láng v« cïng nhá , chuyÓn ®éng . Mçi phÇn tö chÊt láng chuyÓn ®éng ®ã ®Òu cã tèc ®é chuyÓn ®éng (ký hiÖu lµ u , gäi lµ l­u tèc ) vµ chÞu ¸p suÊt thuû ®éng (ký hiÖu lµ p) u vµ p lµ nh÷ng ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña chuyÓn ®éng vµ géi lµ yÕu tè chuyÓn ®éng . Nãi chung , ¸p suÊt thuû ®éng vµ l­u tèc biÕn ®æi theo vÞ trÝ cña phÇn tö chÊt láng chuyÓn ®éng vµ theo thêi gian diÔn ra chuyÓn ®éng ®ã . VËy u vµ p lµ hµm sè liªn tôc cña to¹ ®é kh«ng gian x, y, z vµ thêi gian t ,vµ cã thÓ viÕt d­íi d¹ng ký hiÖu to¸n häc : u = f1(x,y,z,t) p = f2(x,y,z,t) Trong ®ã : f1,f2 - hai hµm sè biÓu diÔn ¸p suÊt thuû ®éng vµ l­u tèc Tr­êng hîp chuyÓn ®éng cña chÊt láng mµ c¸c yÕu tè chuyÓn ®éng chØ thay ®æi theo vÞ trÝ cña phÇn tö chÊt láng , kh«ng thay ®æi theo thêi gian , gäi lµ chuyÓn ®éng æn ®Þnh . C¸c yÕu tè chuyÓn ®éng trong chuyÓn ®éng án ®Þnh ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng to¸n häc nh­ sau : u = f1(x,y,z) p = f2(x,y,z) Cßn chuyÓn ®éng cña chÊt láng mµ c¸c yÕu tè chuyÓn ®éng kh«ng nh÷ng thay ®æi theo vÞ trÝ cña chÊt láng mµ cßn thay ®æi theo thêi gian gäi lµ chuyÓn ®«ng kh«ng æn ®Þnh . C¸c yÕu tè chuyÓn ®éng trong chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng to¸n häc nh­ sau : u = f1(x,y,z,t) p = f2(x,y,z,t) Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 26 1.2. c¸c yÕu tè m« t¶ dßng chÊt láng 1.2.1 QUÜ §¹O : QuÜ ®¹o lµ ®­êng ®i cña mét phÇn tö chÊt láng trong mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã . 1.2.2.®­êng dßng : §­êng dßng lµ ®­êng cong trong m«i tr­êng chÊt láng chuyÓn ®éng mµ ë mét thêi ®iÓm c¸c phÇn tö chÊt láng n»m trªn ®­êng cong ®ã cã vÐct¬ l­u tèc tiÕp tuyÕn víi ®­êng cong . 1.2.3. dßng nguyªn tè : LÊy trong m«i tr­êng chÊt láng chuyÓn ®éng mét diÖn tÝch v« cïng nhá , tËp hîp tÊt c¶ c¸c ®­êng dßng ®i qua mäi ®iÓm cña diÖn tÝch  lµ dßng nguyªn tè . Trong chuyÓn ®éng æn ®Þnh , dßng nguyªn tè cã nh÷ng tÝnh chÊt sau : 1)Trong chuyÓn ®éng æn ®Þnh , c¸c ®­êng dßng kh«ng thay ®æi h×nh d¸ng theo thêi gian nªn dßng nguyªn tè kh«ng thay ®æi h×nh d¸ng vµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang theo thêi gian . 2)MÆt xung quanh dßng nguyªn tè ®­îc bao bëi c¸c ®­êng dßng , mµ trong chuyÓn ®éng æn ®Þnh , ®­êng dßng trïng víi quÜ ®¹o (nghÜa lµ c¸c phÇn tö chÊt láng chuyÓn ®éng theo ®­êng dßng ), v× vËy chÊt láng kh«ng thÓ ch¶y xuyªn qua mÆt xung quanh dßng nguyªn tè . 3)DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña dßng nguyªn tè lµ v« cïng bÐ nªn trÞ sè tèc ®é u ë mäi ®iÓm thuéc mÆt c¾t cã thÓ xem lµ nh­ nhau . 1.2.4. dßng ch¶y : Trong m«i tr­êng chÊt láng mµ c¸c phÇn tö chÊt láng còng chuyÓn ®éng dêi chç theo mét chiÒu nµo ®ã gäi lµ dßng ch¶y . Trong thuû ®éng lùc häc ng­êi ta xem dßng ch¶y lµ mét tËp hîp c¸c nguyªn tè . 2. c¸c yÕu tè thñy lùc cña dßng chÊt láng 2.1. MÆt c¾t ­ít: 1)§Þnh nghÜa: MÆt c¾t ­ít lµ mÆt c¾t ngang cña dßng ch¶y, nã vu«ng gãc víi tÊt c¶ c¸c ®­êng dßng. MÆt c¾t ­ít ph¼ng khi c¸c ®­êng dßng song song víi nhau, cong khi c¸c ®­êng dßng kh«ng song song. MÆt c¾t ­ít kÝ hiÖu lµ  (m2) h.b (3 - 1) 2)DiÖn tÝch mÆt c¾t ­ít: a- MÆt c¾t ­ít h×nh trßn: 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3-1 Sô ñoà quó ñaïo cuûa phaàn töû chaát loûng 1 2 3 4 u1 u2 u3 u4 Hình 3-2 Sô ñoà ñöôøng doøng Hình 3-3 Doøng nguyeân toá Ñöôøn g do øng Maët caét öôùt Hình 3-4 Maët caét öôùt cong Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 27 4 d2  (3 -2) b- MÆt c¾t ­ít h×nh ch÷ nhËt: h.b c- MÆt c¾t ­ít h×nh thang: h)ab(   gcot.ha h)gcot.hb(  §Æt cotg = m sÏ ®­îc: h)mhb(  (3 -3) Trong c¸c c«ng thøc trªn: d : ®­êng kÝnh èng b : chiÒu réng ®¸y kªnh h : chiÒu s©u n­íc trong kªnh m : hÖ sè m¸i dèc kªnh 2.2.chu vi ­ít: 1)§Þnh nghÜa: Chu vi ­ít lµ phÇn chu vi cña mÆt c¾t ­ít tiÕp xóc víi lßng dÉn. Chu vi ­ít kÝ hiÖu lµ ( m) 2)Chu vi ­ít : a- Chu vi ­ít h×nh ch÷ nhËt: h2b  (3 -4) b- Chu vi ­ít h×nh trßn: d. (3 -5) c- Chu vi ­ít h×nh thang: 22 ah2b   2222 gcothhh2b 222 mhhb  2m1h2b  (3 -6) 2.3. B¸n kÝnh thñy lùc : B¸n kÝnh thñy lùc lµ mét tØ sè gi÷a diÖn tÝch mÆt c¾t ­ít  vµchu vi ­ít . B¸n kÝnh thñy lùc kÝ hiÖu lµ R (m)   R (3 -7) h h b  a a d a) b) c) Hình 3-5 Caùc loaïi maët caét b Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 28 §èi víi mÆt c¾t ­ít h×nh trßn th× c«ng thøc tÝnh b¸n kÝnh thuû lùc kh¸ ®¬n gi¶n : 4 d d. 4 d. R 2        (3 -8) 2.4.l­u l­îng: L­u l­îng cña dßng chÊt láng lµ thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua mét mÆt c¾t ­ít nµo ®ã cña dßng trong ®¬n vÞ thêi gian. L­u l­îng kÝ hiÖu lµ Q (m3/s) t V Q  (3 -9) Trong ®ã : Q - L­u l­îng V - ThÓ tÝch khèi chÊt láng ch¶y qua mét mÆt c¾t ­ít trong thêi gian t t - lµ thêi gian khèi chÊt láng ch¶y qua Kh«ng ph¶i khi nµo còng cã thÓ dïng c«ng thøc (3- 9) ®Ó tÝnh l­u l­îng cña dßng ch¶y, bëi v× khi l­u l­îng kh¸ lín th× viÖc x¸c ®Þnh V khã kh¨n . V× vËy ng­êi ta cßn t×m quan hÖ gi÷a l­u l­îng víi mÆt c¾t ­ít vµ l­u tèc. XÐt mét dßng nguyªn tè cã diÖn tÝch mÆt c¾t ­ít lµ  , l­u tèc cña c¸c phÇn tö chÊt láng ch¶y qua mÆt c¾t ­ít lµ u . Trong thêi gian t , c¸c phÇn tö chÊt láng chuyÓn ®éng tõ mÆt c¾t 1- 1 ®Õn mÆt c¾t 2 - 2 trªn ®o¹n ®­êng dµi S . VËy sau thêi gian t cã mét khèi chÊt láng ®· qua mÆt c¾t 1 - 1. ThÓ tÝch khèi chÊt láng ®ã b»ng thÓ tÝch h×nh trô V=.S . NÕu tÝnh víi ®¬n vÞ thêi gian th× l­u l­îng cña dßng nguyªn tè : t S. t V Q       V× l­u tèc t S u    nªn l­u l­îng cña dßng nguyªn tè lµ : u.Q  Dßng chÊt láng lµ tËp hîp c¸c dßng nguyªn tè nªn l­u l­îng Q cña dßng b»ng tæng l­u l­îng c¸c dßng nguyªn tè : C«ng thøc ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: u.Q  (3 -10) Trong c«ng thøc trªn:  lµ diÖn tÝch m¾t c¾t ­ít cña dßng u lµ l­u tèc cña dßng ViÖc dïng c«ng thøc (3-10 ) trong c¸c tÝnh to¸n thùc tÕ kh«ng thuËn tiÖn, v× vËy ph¶i x¸c ®Þnh l­u tèc ë c¸c ®iÓm trªn mét mÆt c¾t ­ít . Do ®ã ng­êi ta cßn dïng kh¸i niÖm l­u tèc trung b×nh. 2.5. l­u tèc trung b×nh. L­u tèc trung b×nh lµ l­u tèc t­ëng t­îng, cã gi¸ trÞ b»ng nhau t¹i mäi ®iÓm cña mét mÆt c¾t ­ít. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 29 L­u tèc trung b×nh kÝ hiÖu lµ v (m/s)   Q v VÝ dô 1: Mét kªnh dÉn n­íc h×nh thangcã chiÒu réng ®¸y b=8m, hÖ sè dèc m¸i kªnh m=1,5m, chiÒu s©u n­íc trong kªnh h=2,5m , nÕu nh­ l­u tèc trung b×nh v=0,8m/s. TÝnh ,,R,Q? Gi¶i: DiÖn tÝch mÆt c¾t ­ít tÝnh theo c«ng thøc =(b+mh)h =(8+1,5.2,5)2 =29,4m2 Chu vi ­ít tÝnh theo c«ng thøc 2m1h2b  =8+ 2 . 2,5 25,11 =17,02m B¸n kÝnh thñy lùc tÝnh theo c«ng thøc   R m73,1 02,17 4,29 R  L­u l­îng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc  .vQ =0,8 . 29,4 = 23,520 m3/s 3. ph©n lo¹i chuyÓn ®éng cña chÊt láng Trong thuû lùc häc ng­êi ta ph©n dßng ch¶y ra c¸c lo¹i sau ®©y : -Dßng ch¶y æn ®Þnh: +§Òu -Dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh : +Kh«ng ®Òu. C¶ hai lo¹i ®ã ®Òu cã dßng ch¶y cã ¸p vµ dßng ch¶y kh«ng cã ¸p . 3.1) ChuyÓn ®éng æn ®Þnh Dßng ch¶y mµ c¸c yÕu tè chuyÓn ®éng cña chÊt láng p vµ u kh«ng thay ®æi theo thêi gian gäi lµ dßng ch¶y æn ®Þnh .Dßng ch¶y æn ®Þnh cã ®Æc ®iÓm lµ l­u l­îng Q kh«ng thay ®æi däc theo dßng ch¶y vµ theo thêi gian ; c¸c yÕu tè thuû lùc (,h,v...) t¹i mét mÆt c¾t kh«ng thay ®æi . 3.2.ChuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh : Dßng ch¶y mµ c¸c yÕu tè chuyÓn ®éng cña chÊt láng p vµ u thay ®æi theo thêi gian th× gäi lµ dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh . Dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh cã c¸c ®Æc ®iÓm lµ l­u l­îng thay ®æi däc theo dßng hoÆc thay ®æi theo thêi gian ;c¸c yÕu tè thuû lùc t¹i mét mÆt c¾t thay ®æi theo thêi gian . 3.2.1)Dßng ch¶y ®Òu : Dßng ch¶y ®Òu cã ®Æc ®iÓm lµ c¸c yÕu tè thuû lùc kh«ng thay ®æi däc theo dßng . Trong dßng ch¶y ®Òu c¸c ®­êng dßng xem nh­ th¼ng vµ song song víi nhau . Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 30 3.2.2)Dßng ch¶y kh«ng ®Òu: Dßng ch¶y kh«ng ®Òu cã nh÷ng ®Æc ®iÓm lµ c¸c yÕu tè thuû lùc (l­u tèc trung b×nh ,diÖn tÝch mÆt c¾t ngang , chiÒu s©u...) thay ®æi däc theo dßng . 3.2.3.Dßng ch¶y cã ¸p : Dßng ch¶y cã ¸p cã ®Æc ®iÓm lµ dßng ch¶y kh«ng cã mÆt tù do , nghÜa lµ toµn bé chu vi mÆt c¾t ­ít ®Òu tiÕp xóc víi thµnh lßng dÉn . 3.2.4.Dßng ch¶y kh«ng ¸p : Dßng ch¶y kh«ng ¸p cã ®Æc ®iÓm lµ dßng ch¶y cã mÆt tù do hay cßn gäi lµ mÆt tho¸ng p, mÆt nµy tiÕp xóc víi m«i tr­êng khÝ trêi . 3.2.5. Dßng ch¶y thay ®æi dÇn : Dßng ch¶y thay ®æi ®©n cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau : 1)B¸n kÝnh cong cña ®­êng dßng rÊt lín nghÜa lµ c¸c ®­êng dßng gÇn nh­ th¼ng . 2)C¸c ®­êng dßng gÇn nh­ song song víi nhau , do ®ã mÆt c¾t ­ít cã thÓ xem nh­ mÆt ph¼ng . 3)Ph©n bè ¸p suÊt ë mÆt cña¾t ­ít gièng nh­ ph©n bè ¸p suÊt thuû tÜnh . h.pp o     p Z H»ng sè Dßng ch¶y kh«ng cã c¸c ®Æc ®iÓm trªn lµ dßng ch¶y thay ®æi ®ét ngét . 4. Ph­¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng æn ®Þnh i - PH­¬NG TR×NH liªn tôc cña dßng nguyªn tè : XÐt mét dßng nguyªn tè trong dßng ch¶y æn ®Þnh . LÊy trong dßng nguyªn tè hai mÆt c¾t bÊt kú (1 - 1) vµ (2 - 2) (h×nh sau) . T¹i hai mÆt c¾t ®ã diÖn tÝch mÆt c¾t ­ít cña dßng nguyªn tè lµ vµ 2 , l­u tèc t­¬ng øng lµ u1 vµ u2 . Theo c«ng thøc (3- 9) , l­u l­îng cña dßng nguyªn tè qua hai mÆt c¾t (1 - 1) vµ (2 - 2) lµ : 111 u.Q  222 u.Q  Trong chuyÓn ®éng æn ®Þnh , dßng nguyªn tè kh«ng thay ®æi h×nh d¹ng , kÝch th­íc vµ vÞ trÝ theo thêi gian , c¸c phÇn tö chÊt láng chuyÓn ®éng theo ®­êng dßng nªn chÊt láng kh«ng thÓ xuyªn qua thµnh èng dßng mµ vµo hoÆc ra khái dßng nguyªn tè ; mÆc kh¸c m«i tr­êng chÊt láng lµ m«i tr­êng liªn tôc , kh«ng thÓ bÞ co thÓ tÝch d­íi t¸c dông cña sù t¨ng ¸p suÊt . V× vËy , trong ®¬n vÞ thêi gian , l­îng chÊt láng ch¶y qua mÆt c¾t (1 - 1) cã diÖn tÝch mÆt c¾t ­ít 1 ®Ó vµo ®o¹n dßng nguyªn tè lµ bao nhiªu th× l­îng chÊt láng ch¶y qua mÆt c¾t (2 a a Hình 3-6 Doøng chaûy coù aùp Hình 3-7 Doøng chaûy khoâng aùp 1 1 2 2  u1 u2 Hình 3-8 Sô ñoà vieát phöông trình lieân tuïc cuûa doøng nguyeân toá Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 31 - 2) cã diÖn tÝch mÆt c¾t ­ít 2 ®Ó ra khái ®o¹n dßng nguyªn tè còng bÊy nhiªu , nghÜa lµ : 21 QQ  hoÆc : 2211 u.u.  (3 - 13) BiÓu thøc ( 1-13) lµ ph­¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng nguyªn tè trong dßng æn ®Þnh . Víi c¸c mÆt c¾t bÊt kú trªn dßng nguyªn tè còng cã thÓ viÕt : Constu....u.u. nn2211  õ ®ã ta cã thÓ ph¸t biÓu nh­ sau : Trong dßng æn ®Þnh , l­u l­îng cña dßng nguyªn tè kh«ng thay ®æi . ii-ph­¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng ch¶y æn ®Þnh : dßng ch¶y lµ tËp hîp c¸c dßng nguyªn tè , nªn ®èi víi mét dßng ch¶y , nÕu xÐt t¹i hai mÆt c¾t bÊt kú (1 - 1) vµ ( 2 - 2) cã thÓ viÕt : 2211 u.u.  theo c«ng thøc (3-10) vµ (3-11) cã thÓ viÕt l¹i ph­¬ng tr×nh trªn nh­ sau : 21 QQ  HoÆc 2211 v.v.  (3-14) BiÓu thøc (3-14) lµ ph­¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng ch¶y æn ®Þnh . Hay ta cã : ConstQQQ 321  Q.v.v.v 2211  (3-15) BiÓu thøc (3-15)cho thÊy r»ng l­u l­îng t¹i mäi mÆt c¾t cña dßng ch¶y æn ®Þnh ®Òu nh­ nhau . Nãi c¸ch kh¸c , l­u l­îng cña dßng æn ®Þnh kh«ng ®æi .§ã lµ ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña dßng ch¶y æn ®Þnh . Ph­¬ng tr×nh (3-14) cã thÓ viÕt l¹i nh­ sau ; 2 1 2 1 v v    (3-16) Tõ ph­¬ng tr×nh (3-16) ta thÊy : Trong dßng ch¶y æn ®Þnh l­u trung b×nh cña dßng tØ lÖ nghÞch víi diÖn tÝch mÆt c¾t ­íc t­¬ng øng . 5. Ph­¬ng tr×nh becnuli cña dßng chÊt láng . 5.1. N¨ng l­îng ®¬n vÞ cña dßng nguyªn tè : LÊy tõ mét dßng nguyªn tè trong dßng æn ®Þnh vµ xÐt ph­¬ng tr×nh chÊt láng t¹i mÆt c¾t tuú ý cña dßng nguyªn tè ®ã . NÕu ph­¬ng tr×nh chÊt láng nµy cã khèi l­îng m vµ l­u tèc u th× ®éng n¨ng cña nã lµ 2 mu2 . Träng l­îng cña ph­¬ng tr×nh chÊt láng b»ng m.g vËy ®éng n¨ng ®¬n vÞ cña ph­¬ng tr×nh chÊt láng thuéc dßng nguyªn tè ®ã lµ :  v1  v2 Q Hình 3-9 Sô ñoà vieát phöông trình lieân tuïc cuûa doøng chaûy p/ Z 0 0 Hình 3-10 Sô ñoà xaùc ñònh naêng löôïng ñôn vò cuûa doøng nguyeân toá Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 32 g.2 u g.m 2 mu e 2 2 d  (3-17) NÕu phÇn tö chÊt láng ë ®é cao Z nµo ®ã so víi mÆt ph¼ng chuÈn n»m ngang th× n¨ng l­îng do vÞ trÝ cña phÇn tö chÊt láng ®ã lµ m.g.Z vµ n¨ng l­îng ®¬n vÞ do vÞ trÝ cña phÇn tö chÊt láng ®ã lµ : Z g.m Z.g.m ev  (3-18) Cuèi cïng , phÇn tö chÊt láng ®ã chÞu ¸p suÊt lµ p , nÕu c¾m vµo vÞ trÝ phÇn tö chÊt láng ®ã mét èng ®o ¸p th× phÇn tö chÊt láng sÏ n©ng lªn ®é cao  p . Do ®ã phÇn tö chÊt láng cã n¨ng l­îng do ¸p suÊt lµ  p .g.m vµ n¨ng l­îng ®¬n vÞ do ¸p suÊt lµ :   p g.m p .g.m ep  (3-19) C¸c ®¹i l­îng e® , ev , ep ®Òu cã ®¬n vÞ ®o lµ ®¬n vÞ ®o chiÒu dµi N¨ng l­îng ®¬n vÞ toµn phÇn cña dßng nguyªn tè t¹i mét mÆt c¾t b»ng tæng c¸c n¨ng l­îng ®¬n vÞ nãi trªn : pvd eeee  hoÆc :  p Z g.2 u e 2  (3-20) Trong ®ã : te p Z   - ThÕ n¨ng ®¬n vÞ . d 2 e g.2 u  - §éng n¨ng ®¬n vÞ . 5.2.N¨ng l­îng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y : 1)§éng n¨ng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y : Trong mét dßng ch¶y æn ®Þnh , xÐt phÇn tö chÊt láng t¹i mét mÆt c¾t nµo ®ã cña dßng . §· biÕt ®éng n¨ng ®¬n vÞ cña phÇn tö chÊt láng thuéc dßng nguyªn tè lµ g.2 u2 , trÞ sè nµy kh¸c nhau tuú theo vÞ trÝ cña phÇn tö chÊt láng ë mÆt c¾t dßng ch¶y ®ang xÐt . V× vËy ph¶i t×m trÞ sè trung b×nh cho mäi ®iÓm thuéc mÆt c¾t . Muèn thÕ , h·y thay l­u tèc ë mçi ®iÓm thuéc mÆt c¾t u1, u2 , u3....b»ng l­u tèc trung b×nh cña dßng ch¶y . Gi¶ thiÕt ,dßng ch¶y ®ang xÐt cã n dßng nguyªn tè th× ®éng n¨ng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y t¹i mét mÆt c¾t sÏ b»ng : 0 0 Z v Hình 3-11 Sô ñoà xaùc ñònh naêng löôïng ñôn vò cuûa doøng chaûy Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 33 g.2 v. n g.2 u ... g.2 u g.2 u E 2 2 n 2 2 2 1 d     (3-21) Trong ®ã : -hÖ sè ph©n bè l­u tèc . TrÞ sè cña  = 1  1,1. 2)ThÕ n¨ng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y : Ta ®· biÕt thÕ n¨ng ®¬n vÞ cña dßng nguyªn tè t¹i mét mÆt c¾t lµ  p Z  .NÕu mÆt c¾t ta xÐt thuéc ®o¹n dßng ch¶y thay ®æi dÇn th× t¹i moi ®iÓm cña mÆt c¾t ®ã trÞ sè  p Z  kh«ng ®æi , nh­ vËy thÕ n¨ng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y t¹i mÆt c¾t lµ :  p ZEt  (3-22) N¨ng l­îng ®¬n vÞ toµn phÇn cña dßng ch¶y t¹i mét mÆt c¾t lµ : dt EEE  g.2 v.p ZE 2   (3-23) 5.3.Ph­¬ng tr×nh becnuli : Trong mét dßng ch¶y æn ®Þnh , xÐt ®o¹n dßng gi÷a hai mÆt c¾t (1-1) vµ (2- 2) . Dßng ch¶y t¹i hai mÆt c¾t nµy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ch¶y thay ®æi dÇn . Gi¶ thiÕt : Z1, Z2 - ®é cao cña ®iÓm ta xÐt t¹i mÆt c¾t (1-1) vµ (2-2) so víi mÆt chuÈn (0-0). p1, p2 - ¸p suÊt thuû ®éng ë c¸c ®iÓm ®ã . v1,v2 - l­u tèc trung b×nh cña dßng ch¶y t¹i hai mÆt c¾t ®ang xÐt . N¨ng l­îng ®¬n vÞ cña dßng t¹i mÆt c¾t (1-1) vµ (2-2) sÏ b»ng : g.2 v.p ZE 2 111    g.2 v.p ZE 2 222    Trong ®ã : 1, 2 - HÖ sè ph©n bè l­u tèc øng víi mÆt c¾t (1-1)vµ (2-2) . Dßng chÊt láng ta xÐt ë ®©y lµ chÊt láng thùc (cã tÝnh nhít) nªn khi chuyÓn ®éng ,dßng chÊt láng ph¶i tiªu hao mét phÇn n¨ng l­îng vµo viÖc kh¾c phôc søc ma s¸t gi÷a c¸c líp chÊt láng vµ gi÷a c¸c líp chÊt láng vµ chÊt láng víi thµnh èng nªn n¨ng l­îng ®¬n vÞ ë mÆt c¾t (2-2) sÏ nhá h¬n n¨ng l­îng ë mÆt c¾t (1-1) : Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 34 12 EE  ký hiÖu phÇn n¨ng l­îng bÞ tiªu hao ®ã b»ng hw th× cã thÓ viÕt : w21 hEE  w21 hEE  HoÆc : w 2 222 2 2 111 1 h g.2 v.p Z g.2 v.p Z      (3- 24) Ph­¬ng tr×nh (3-24) lµ ph­¬ng tr×nh Becnuli cña dßng chÊt láng . 5.4.ý nghÜa cña ph­¬ng tr×nh becnuli : §èi víi chÊt láng lý t­ëng lµ lo¹i chÊt láng kh«ng cã tÝnh nhít nªn kh«ng ph¶i tiªu hao n¨ng l­îng ®Ó kh¾c phôc tÝnh ma s¸t khi chÊt láng chuyÓn ®éng , do ®ã ë mäi mÆt c¾t ,n¨ng l­îng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y ®Òu b»ng nhau vµ ®­êng n¨ng l­îng n»m ngang . §èi víi chÊt láng thùc (chÊt láng cã t×nh nhít ) do ph¶i tiªu hao n¨ng l­îng ®Ó kh¾c phôc søc ma s¸t khi chuyÓn ®éng nªn n¨ng l­îng ®¬n vÞ cña dßng ch¶y lu«n lu«n gi¶m däc theo dßng , v× vËy ®­êng n¨ng l­îng h¹ thÊp dÇn . 5.5.§iÒu kiÖn dïng ph­¬ng tr×nh becnuli: §Ó sö dông ph­¬ng tr×nh Becnuli ; cÇn chó ý c¸c vÊn ®Ò sau : 1) Ph­¬ng tr×nh becnuli chØ dïng cho dßng ch¶y tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau : a)Dßng ch¶y trong ®o¹n viÕt ph­¬ng tr×nh becnuli ph¶i lµ ch¶y æn ®Þnh . b)T¹i c¸c mÆt c¾t chän ®Ó viÕt ph­¬ng tr×nh Becnuli dßng ch¶y ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn thay ®æi dÇn ®Ó t¹i mçi mÆt c¾t trÞ sè  p Z  ®Òu gièng nhau t¹i mäi ®iÓm . Qu·ng gi÷a hai mÆt c¾t viÕt ph­¬ng tr×nh dßng ch¶y kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i thay ®æi dÇn . 2)V× khi viÕt ph­¬ng tr×nh ta ®· xÐt l­u tèc trung b×nh v nªn trÞ sè g.2 v.p Z 2   t¹i mäi ®iÓm trªn mÆt c¾t ­ít ®Òu gièng nhau v× thÕ khi viÕt ph­¬ng tr×nh Becnuli cã thÓ chän bÊt kú ®iÓm nµo trªn hai mÆt c¾t mµ ta viÕt ph­¬ng tr×nh , c¸c ®iÓm ®ã kh«ng cÇn ph¶i n»m trªn mét ®­êng dßng .Nh­ng chó ý chän c¸c ®iÓm sao cho ph­¬ng tr×nh ®­îc ®¬n gi¶n . Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 35 6. Tæn thÊt cét n­íc 6.1.Tæn thÊt däc ®­êng Khi chÊt láng thùc chuyÓn ®éng trong lßng dÉn th× n¨ng l­îng cña dßng bÞ mÊt dÇn ®i , tøc lµ cét n­íc gi¶m dÇn . HiÖn t­îng ®ã gä lµ tæn thÊt cét n­íc cña dßng ch¶y . Së dÜ nh­ vËy v× trªn ®­êng ®i cña m×nh dßng ch¶y ph¶i klh¾c phôc søc c¶n thuû lùc do ma s¸t néi bé dßng ch¶y vµ ma s¸t dßng ch¶y víi thµnh chøa . Trong ph­¬ng tr×nh Becnuli , tæn thÊt cét n­íc biÓu thÞ b»ng hw vµ cã thÓ viÕt d­íi d¹ng : ) g.2 v.p Z() g.2 v.p Z(h 2 222 2 2 111 1w      Cã hai nguyªn nh©n g©y ra tæn thÊt cét n­íc , lµ søc c¶n däc ®­êng vµ søc c¶n côc bé . Søc c¶n däc ®­êng do ma s¸t gi÷a c¸c líp chÊt láng víi nhau vµ ma s¸t chÊt láng víi thµnh chøa däc theo chiÒu dßng ch¶y . Tæn thÊt cét n­íc do søc c¶n däc ®­êng gäi lµ tæn thÊt däc ®­êng , ký hiÖu hd 1)§Þnh nghÜa : Tæn thÊt cét n­íc däc ®­êng lµ do ma s¸t däc ®­êng g©y ra . Tæn thÊt cét n­íc däc ®­êng ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc §acxy - V©yb¨c cã d¹ng sau ®©y : g.2 v . d l .h 2 d  (4-9) Trong ®ã :  - HÖ sè søc kh¸ng , hay hÖ sè §acxy. l - chiÒu dµi dßng ch¶y (m). d- ®­êng kÝnh bªn trong cña èng (m). v- l­u tèc trung b×nh trong èng (m/s). C«ng thøc (4-8) dïng cho c¶ dßng ch¶y tÇng vµ ch¶y rèi , tuy nhiªn khi tÝnh to¸n sÏ kh¸c nhau do hÖ sè  kh¸c nhau ®èi víi tõng lo¹i dßng ch¶y trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh . 2)X¸c ®Þnh hÖ sè søc kh¸ng . -§èi víi dßng ch¶y tÇng th× hÖ sè  chØ phô thuéc vµo sè R©yn«n : e R 64  (4- 10) NÕu kh«ng ph¶i lµ èng trßn th× dïng h»ng sè tÝnh to¸n kh¸c h»ng sè 64 ; vÝ d­íi nh­ : -èng vu«ng : e R 57  -èng tam gi¸c ®Òu : e R 53  Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 36 -§èi víi dßng ch¶y rèi th× hÖ sè søc kh¸ng  kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc vµo hÖ sè R©yn«n Re mµ cßn phô thuéc vµo l­u tèc trung b×nh v cña dßng ch¶y vµ ®é nh¸m thµnh chøa . ThuËt ng÷ ''§é nh¸m" dïng ®Ó biÓu thÞ sù tr¬n nh½n hay xï x× , gå ghÒ ®Õn mét møc ®é nµo ®ã cña bÒ mÆt . +§é nh¸m tuyÖt ®èi  - lµ ®é cao trung b×nh cña c¸c mè nh¸m trªn toµn bÒ mÆt thµnh chøa . +§é nh¸m t­¬ng ®èi  - lµ tû sè cña ®é nh¸m tuyÖt ®èi  vµ mét ®Æc tr­ng nµo ®ã cña mÆt c¾t ­ít (d,r,R,h...) cô thÓ lµ ,.... r , d    ®«i khi ng­êi ta cßn dïng tri sè ®¶o ng­îc c¸c tû sè trªn vµ gäi ®ã lµ ®é nh½n t­¬ng ®èi . +§é nh¸m t­¬ng ®­¬ng tdlµ mét lo¹i ®Æc tr­ng ®é nh¸m cña thµnh chøa , x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lµm thÝ nghiÖm tæn thÊt cét n­íc . +HÖ sè nh¸m n - lµ trÞ sè thùc nghiÖm ®Æc tr­ng cho toµn bé t×nh h×nh nh¸m cña mÆt thµnh chøa . -M« t¶ sù biÕn ®æi cña hÖ sè søc kh¸ng : a)Khi l­u tèc trung b×nh cña dßng ch¶y nhá th× líp ch¶y tÇng s¸t thµnh cßn dµy , líp nµy bao phñ kÝn c¸c mè nh¸m cña thµnh chøa , mÆt thµnh chøa v× thÕ mµ tr¬n nh½n lµm cho ®é nh¸m cña thµnh chøa kh«ng ¶nh h­ëng®Õn hÖ sè . )R(f e b)Tr¹ng th¸i qu¸ ®é , vµ l­u tèc trung b×nh t¨ng lªn , nªn líp ch¶y tÇng s¸t thµnh máng ®i , kh«ng che hÕt c¸c mè nh¸m n÷a nh­ng do vÉn cßn líp ch¶y tÇng s¸t thµnh nµy mµ ®é nh¸m cña thµnh chøa bÞ gi¶m ®i .Tr¹ng th¸i nµy cßn gäi lµ tr¹ng th¸i "n÷a thµnh tr¬n thuû lùc '' cßn hÖ sè  b©y giê võa phô thuéc vµo ®é nh¸m , võa phô thuéc vµo trÞ sè Re . )R,(f e  c)Cuèi cïng khi l­u tèc trung b×nh ®· lín , dßng ch¶y ë tr¹ng th¸i ch¶y rèi , líp ch¶y tÇng s¸t thµnh hÇu nh­ kh«ng cßn n÷a , nh­ vËy ®é nh¸m cña thµnh chøa cã ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Õn hÖ sè  vµ b©y giê  chØ phô thuéc vµ  chø kh«ng phô thuéc vµo Re n÷a : )(f   Dßng ch¶y trong c¸c c«ng tr×nh thuû lîi nãi chung ®Òu ë tr¹ng th¸i ch¶y rèi . Tõ c«ng thøc (4-9) nÕu nh­ ta ®Æt : d d l   - hÖ sè tæn thÊt däc ®­êng th× : g.2 v .h 2 dd  (4-9') a) b) c) Hình 4-3 Söï bieán ñoåi lôùp chaûy taàng saùt thaønh theo löu toác trung bình cuûa doøng chaûy Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 37 Trong dßng ch¶y rèi =fl() nªn )d,l,(fd   . Do ®ã mµ ng­êi ta nãi r»ng "ë tr¹ng th¸i ch¶y rèi , tæn thÊt cét n­íc däc ®­êng tû lÖ víi b×nh ph­¬ng l­u tèc trung b×nh cña dßng " vµ gäi ph¹m vi cho phÐp tÝnh to¸n tæn thÊt nh­ thÕ gäi lµ ph¹m vi "b×nh ph­¬ng søc kh¸ng. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 38 3)C«ng thøc tÝnh hÖ sè : Cã rÊt nhiÒu c«ng thøc tÝnh hÖ sè  nh­ng ë ®©y chØ ®­© ra mét sè c«ng thøc th­êng hay dïng : a)èng tr¬n (tr¹ng th¸i thµnh tron thuû lùc ) : 2 e t« )52,1Rlg8,1( 1   (4- 10) )R(f en«.  Theo c«ng thøc (4-10) Re «n Re «n Rz «n 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 50.000 60.000 70.000 80.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.00 400.00 450.000 500.000 600.000 700.000 800.000 1000.000 1500.000 2000.000 2500.000 3000.000 3500.000 b)èng nh¸m :(trong ph¹m vi b×nh ph­¬ng søc kh¸ng). 2 n« ) R.A lg.a( 1    (4-11) Trong ®ã : .8 3,2 a  lµ sè kh«ng phô thuéc vµo ®é nh¸m cña thµnh èng A - H»ng sè , phô thuéc vµo ®é nh¸m . Theo sè liÖu thÝ nghiÖm cña Nicuratze , nÕu èng cã mè nh¸m ®Òu , A=14,8 ; = 0,40 th× a =2. c)§èi víi èng nh¸m thuû lùc (A.R = A.d/4) : 2 n« ) d.7,3 (lg 25,0    (4-12) B¶ng sau ®©y ghi c¸c trÞ sè «n phô thuéc vµo d vµ  tÝnh theo c«ng thøc (4-12). «n = f(d,) theo c«ng thøc (4-12) d(mm)  = 0,1(mm)  = 0,2(mm)  = 0,3(mm)  = 0,4(mm) Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 39 27 36 41 53 68 81 10 125 159 205 259 307 355 402 468 0,0278 257 247 231 216 207 196 186 176 166 158 152 147 144 143 0,0343 314 302 279 260 248 234 221 208 195 185 177 171 167 166 0,0393 358 342 315 293 278 262 246 231 216 204 196 188 183 183 0,0472 426 406 372 343 324 304 284 265 247 232 222 214 207 206 HoÆc dïng c«ng thøc Siprins¬n : 4 d .11,0   (4-13) Trong ®ã:  lµ ®é nh¸m cña èng tra trong b¶ng d­íi ®©y. B¶ng : §é nh¸m cña èng Lo¹i èng  (mm) èng thÐp míi ®Æt cÈn thËn èng thÐp quÐt bi tum èng dÉn n­íc b»ng thÐp ®ang trong thêi kú sö dông èng thÐp ®· bÞ ¨n mßn m¹nh èng thÐp , thµnh èng ®· bÞ l¾ng ®äng nhiÒu èng gang míi èng ®Én n­íc b»ng gang ®· cò èng gang ®· bÞ ¨n mßn m¹nh èng bª t«ng mÆt tr¸t nh½n èng bª t«ng chÊt l­îng thi c«ng trung b×nh èng bª t«ng mÆt nh¸m èng bª t«ng cèt thÐp èng xi m¨ng atbet ®· cò 0,065  0,100  0,4 1,2  1,5 2,0 2,0  4,0 0,25  1,0 1,4 3,0 0,3  0,8 2,5 3,0  9,0 2,5 0,6 4)C«ng thøc Sªzi : §Ó thuËn tiÖn trong tÝnh to¸n tæn thÊt cét n­íc dßng ch¶y rèi ë khu vùc b×nh ph­¬ng søc kh¸ng ng­êi ta viÕt c«ng thøc (4-9) thµnh : l h . d.g.2 v d2   (4-9') Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 40 Thay d = 4R , J l hd  vµo c«ng thøc (4-9') ta ®­îc : J.R. g.8 v 2   Hay J.R. g.8 v   §Æt  g.8 C  th× : 2C g.8  (4-9") J.R.Cv  (4-14) (4-14) lµ c«ng thøc Sªzi - §©y lµ c«ng thøc c¬ b¶n cña dßng æn ®Þnh ch¶y rèi trong lßng dÉn nãi chung (kªnh , m­¬ng , m¸ng ...) . Tõ c«ng thøc (4-16) ta suy ra : RJc..vQ  (4- 15a) Rc Q Rc v J 22 2 2 2   (4-15b) l Rc. Q l Rc v l.Jh 22 2 2 2 d   (4-15c) Trong ®ã: v- L­u tèc trung b×nh (m/s) R- B¸n kÝnh thuû lùc (m) - DiÖn tÝch mÆt c¾t ­ít (m2) J- §é dèc thuû lùc Q- L­u l­îng (m3/s) c- HÖ sè Sªzi (m1/2/s) 5)TÝnh hÖ sè Sªzi C : a)C«ng thøc Maninh : 6 1 R. n 1 C  (4-16) C«ng thøc Maninh chØ phï hîp víi dßng ch¶y trong èng vµ kªnh nhá cã n<0,02 vµ R<0,5m . b)C«ng thøc Papl«pxki : yR. n 1 C  (4-17) Trong ®ã )10,0n.(R.75,013,0n.5,2y  HoÆc tÝnh gÇn ®óng : -Khi R<1m th× lÊy n5,1y  -Khi R>1m th× lÊy n3,1y  Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 41 VÝ dô : Mét kªnh dÉn n­íc b»ng Bª t«ng tèt , mÆt nh½n , c¾t h×nh thang cè m = 1 ;b = 5m; h= 2m (h×nh bªn) . NÕu dßng ch¶y trong kªnh æn ®Þnh ®Òu , h·y tÝnh hÖ sè Sªzi C b»ng c¸c c«ng thøc ®· nªu trªn vµ tÝnh l­u l­îng trong kªnh . BiÕt i = j =0,0004. Gi¶i: TÝnh c¸c yh«ng sè mÆt c¾t : h).h.mb(  2m1h2b    R yR. n 1 C  c¨n cø vµo phô lôc 1a th× ta cã ®­îc n=0,012 TÝnh hÖ sè Sªzi: 6 1 R. n 1 C  Trong ®ã )10,0n.(R.75,013,0n.5,2y  TÝnh Q : RJc..vQ  (tÝnh øng víi tõng hÖ sè C võa t×m ®­îc). 6.2.Tæn thÊt côc bé : Tæn thÊt cét n­íc côc bé do søc c¶n côc bé g©y ra hay nãi c¸ch kh¸c lµ do ma s¸t dßng chÊt láng t¹i c¸c chç ®Æc biÖt cña thµnh chøa ( vÝ dô : thu hÑp hoÆc më ®ét ngét, gÊp khóc, l­íi ch¾n....) Nh­ vËy ta cã thÓ ®Þnh nghÜa nh­ sau: Tæn thÊt cét n­íc do søc c¶n côc bé g©y ra gäi lµ tæn thÊt côc bé Tæn thÊt côc bé kÝ hiÖu lµ hc(m). g2 v h 2 cc  (4-18) Trong ®ã: V lµ vËn tèc dßng ch¶y th­êng ë sau chç s¶y ra tæn thÊt côc bé c lµ hÖ sè tæn thÊt côc bé TrÞ sè c phô thuéc vµo h×nh d¸ng cÊu t¹o, kÝch th­íc, tr¹ng th¸i vµ møc ®é gi¶i tho¸t dßng ch¶y cña vËt c¶n. Trong thùc tÕ ng­êi ta ph¶i x¸c ®Þnh c b»ng thùc nghiÖm b¶ng 1-2 d­íi ®©y giíi thiÖu c¸c trÞ sè c øng víi mét sè tr­êng hîp th­êng gÆp * Tr­êng hîp dßng ch¶y më réng ®ét ngét sö dông c«ng thøc cña Booc®a g2 vv h 21c   ( víi 1 ) (4-19) hay: g2 v g2 v h 2 2 2c 2 1 1cc  (4-20) Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 42 víi 2 2 1 1c )1(    , 2 1 2 2c )1(     (4-21) Khi dïng c«ng thøc nµy cÇn chó ý tíi vÞ trÝ x¸c ®Þnh hÖ sè c vµ v t­¬ng øng ( c nµo v Êy). * Tr­êng hîp ch¶y tõ èng ra bÓ Tr­êng hîp nµy l­u tèc phÝa sau chç cã tæn thÊt côc bé th× nhá, v× thÕ v2 2/2g  0, cho nªn khi tÝnh to¸n tÝnh hc ph¶i lÊy v1( l­u tèc trong èng) víi 0,1c  * Mét sè tr­êng hîp kh¸c ta tra hÖ sè tæn thÊt côc bé c theo b¶ng 1-2 d­íi ®©y. 6.3. Tæn thÊt cét n­íc toµn phÇn: Tæn thÊt cét n­íc toµn phÇn ( tæng tæn thÊt cét n­íc hoÆc cét n­íc tæn thÊt tæng céng) lµ tæng c¸c lo¹i tæn thÊt trªn c¶ chiÒu dµi dßng ch¶y ®ang xÐt.   cdw hhh (4-22) Trong ®ã: hw - Tæn thÊt toµn phÇn hd- tæng c¸c tæn thÊt däc ®­êng g2 v ...... g2 v g2 v h 2 n nd 2 2 2d 2 1 1dd  (4-23)  ch - tæng c¸c tæn thÊt côc bé:   g2 v ... g2 v g2 v h 2 nc nc 2 2c 2c 2 1c 1cc (4-24) Thay a vµ b vµo (4-22) ta ®­îc: ) g2 v ... g2 v g2 v () g2 v ... g2 v g2 v (h 2 nc nc 2 2c 2c 2 1c 1c 2 n nd 2 2 2d 2 1 1dw  (4-25) Tr­êng hîp ®Æc biÖt: HÖ sè tæn thÊt däc ®­êng kh«ng thay ®æi däc theo dßng vµ l­u tèc trung b×nh cña dßng coi nh­ kh«ng ®æi th× cã thÓ rót gän c«ng thøc (4-25): g2 v )(h 2n 1 cdw  (4-26) NÕu ®Æt tæng n 1 cd   (4-27) th×: g2 v h 2 tængw  (4-28) IV- c¸c bµi tËp vÝ dô: 1- vÝ dô 1: Mét èng dÉn n­íc b»ng gang lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn b×nh th­êng cã d=250mm; dÉn l­u l­îng Q= 50l/s. TÝnh tæn thÊt cét n­íc däc ®­êng trªn ®o¹n dµi 800m Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 43 Gi¶i: TÝnh hd theo c«ng thøc (1-6-2) l Rc. Q l Rc v l.Jh 22 2 2 2 d   d = 250 mm = 0,25m ;  = 2 2 m049,0 4 25.0.   R m0625,0 4 25,0 4 d  Ch­¬ng 4 Dßng ch¶y æn ®Þnh ®Òu kh«ng ¸p trong kªnh hë 1. Kh¸i niÖm vµ c«ng thøc c¬ b¶n 1.1. kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ dßng ®Òu trong kªnh hë: Dßng n­íc trong kªnh, s«ng, suèi ...kh¸c víi dßng ch¶y ®Çy èng (cã ¸p trong èng) ë chç chóng cã mÆt tho¸ng, t¹i mÆt tho¸ng ®ã dßng ch¶y chÞu ¸p lùc cña ¸p suÊt khÝ trêi, cßn n­íc ch¶y ®­îc lµ do träng lùc (N¨ng l­îng dïng ®Ó kh¾c phôc søc c¶n thuû lùc). Nh÷ng dßng ch¶y nh­ thÕ gäi lµ dßng ch¶y hë hoÆc dßng ch¶y kh«ng ¸p . Trong thùc tÕ thuû lîi, dßng ch¶y hë phæ biÕn vµ phøc t¹p nhÊt, v× nã cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau. Trong ch­¬ng nµy ta nghiªn cøu mét lo¹i dßng ch¶y hë ®¬n gi¶n nhÊt ®ã lµ dßng ®Òu. Mét dßng ch¶y hë ®­îc xem nh­ lµ dßng ®Òu nÕu cã c¸c yÕu tè thuû lùc kh«ng thay ®æi theo thêi gian vµ däc ®­êng ®i. Cô thÓ lµ tho¶ m·n 6 ®iÒu kiÖn sau : 1) L­u l­îng kh«ng thay ®æi 2) H×nh d¹ng mÆt c¾t ngang kªnh (hay lßng dÉn) kh«ng thay ®æi theo chiÒu dµi dßng ch¶y . 3) §é s©u dßng n­íc kh«ng thay ®æi trªn suèt chiÒu dµi dßng ch¶y . 4) §é dèc ®¸y kªnh kh«ng ®æi (i = sin = const). 5) §é nh¸m lßng kªnh kh«ng thay ®æi däc theo chiÒu dµi dßng ch¶y . 6) Kh«ng cã søc kh¸ng côc bé (hc = 0). 1.2. c«ng thøc c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n thuû lùc dßng ®Òu trong kªnh hë : C«ng thøc c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n thuû lùc dßng ®Òu trong kªnh hë còng lµ c«ng thøc Sªzi J.R.Cv  , nh­ng v× dßng ®Òu cã J = i nªn i.R.Cv  (6-1) Trong ®ã : v-l­u tèc trung b×nh cña dßng (m/s). R-b¸n kÝnh thuû lùc (m). i-®é dèc ®¸y kªnh . C-hÖ sè Sªzi (m1/2/s). L­u l­îng cña dßng lµ : Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 44 .vQ  hay i.R.C.Q  (6-2) Trong ®ã : Q-L­u l­îng dßng ch¶y (m3/s). -DiÖn tÝch mÆt c¾t ­ít cña dßng ch¶y (m2). §Æt : KR.C.  -lµ ®Æc tÝnh l­u l­îng cña dßng ch¶y th× ta sÏ ®­îc : i.KQ  (6-3) C¸c c«ng thøc tÝnh hÖ sè Sªzi C ®· häc trong ch­¬ng IV. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 45 2.c¸c yÕu tè thuû lùc c¬ b¶n cña kªnh hë MÆt c¾t ngang kªnh hë cã thÓ cã nhiÒu lo¹i, nhiÒu d¹ng nh­ng ë ®©y ta chØ xÐt hai d¹ng chÝnh lµ h×nh thang vµ Parab«n . 2.1)MÆt c¾t h×nh thang : Sau ®©y lµ mÆt c¾t d¹ng h×nh thang, trong ®ã : b-ChiÒu réng ®¸y kªnh. h-®é s©u n­íc trong kªnh khi ch¶y ®Òu do ®ã cßn gäi lµ ®é s©u ch¶y ®Òu hoÆc ®é s©u b×nh th­êng . -®é cao an toµn bê kªnh. H = h+ -chiÒu cao bê kªnh. B- chiÒu réng mÆt n­íc trong kªnh. -gãc nghiªng cña m¸i kªnh. m = cotg = a/h-hÖ sè m¸i. Trong mét mÆt c¾t ngang kªnh h×nh thang cã c¸c biÓu thøc liªn hÖ gi÷a c¸c yÕu tè thuû lùc nh­ sau : DiÖn tÝch mÆt c¾t ­ít : h).h.mb(  Chu vi ­ít : 2m1.h.2b  hay h'.mb  víi 2m1.2'm  B¸n kÝnh thuû lùc : h'.mb h.mh.b R 2      ChiÒu réng mÆt n­íc : h.m2bB  Ngoµi ra cßn cã mét sè th«ng sè ®Æc tr­ng : h b  vµ h.mb h.m 0   Trong ®ã mm1.2m'mm 20  ; khi tÝnh kªnh cã thÓ t×m m0 trong b¶ng d­íi ®©y : m 0,00 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 2m1.2'm  2,00 2,23 2,50 2,83 3,20 3,61 4,03 4,47 5,38 6,32 m'mm0  2,00 1,73 1,75 1,83 1,95 2,11 2,28 2,74 2,88 3,32 2.2.MÆt c¾t ngang kªnh h×nh Parab«n : 3. MÆt c¾t ngang kªnh cã lîi nhÊt vÒ thuû lùc: Víi nh÷ng kªnh cã cïng diÖn tÝch mÆt c¾t ­ít , ®é dèc ®¸y i vµ hÖ sè nh¸m n, nh­ng kªnh nµo cã b¸n kÝnh thuû lùc lín nhÊt Rmax , th× sÏ cã hÖ sè Sªzi lín nhÊt Cmax vµ do ®ã l­u l­îng lín nhÊt Qmax. Mét kªnh nh­ thÕ ®­îc gäi lµ kªnh cã mÆt c¾t cã lîi nhÊt vÒ mÆt thuû lùc. l­u tèc trong kªnh: b B H mh a   Hình 6-1 Caùc ñaëc tröng hình hoïc cuûa maët caét ngang keânh hình thang Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 46 Muèn x¸c ®Þnh l­u tèc trong kªnh sao cho kªnh kh«ng bÞ xãi lë hoÆc båi l¾ng th× ph¶i nghiªn cøu b»ng thùc nghiÖm trªn c¬ së cÊu t¹o vµ tÝnh chÊt c¬ lý cña ®Êt lßng kªnh, l­u tèc ch¶y rèi cña n­íc, n¨ng lùc chuyÓn bïn c¸t vµ thµnh phÇn phï sa vµ mÆt c¾t ­ít cña kªnh . ChÝnh trªn c¬ së Êy mµ ng­êi ta ®· ®­a ra ®­îc nh÷ng trÞ sè vµ c«ng thøc kinh nghiÖm vÒ l­u tèc cho phÐp kh«ng xãi [v]x vµ l­u tèc cho phÐp kh«ng båi [v]b L­u tèc cho phÐp kh«ng xãi [v]x lµ l­u tèc lín nhÊt mµ khi dßng ch¶y ®¹t tíi trÞ sè ®ã vÉn kh«ng g©y ra xãi lë lßng kªnh . L­u tèc cho phÐp kh«ng båi [v]b lµ l­u tèc giíi h¹n mµ khi dßng ch¶y ®¹t tíi trÞ sè ®ã vÉn kh«ng g©y båi l¾ng bïn c¸t trong kªnh . Khi thiÕt kÕ ta ph¶i kiÓm tra biÓu thøc :    xb vvv  (6-4) ý nghÜa cña biÓu thøc (6-4) lµ khi thiÕt kÕ kªnh ph¶i kiÓm tra víi: vTKmin vµ vTKmax Vµ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn :  bminTK vv  (6-4a)  xmaxTK vv  (6-4b) 4.c¸c bµi to¸n vÒ dßng ®Òu trong kªnh hë Khi tÝnh to¸n thuû lùc dßng ®Òu trong kªnh hë trªn c¬ së c¸c c«ng thøc trªn ta th­êng gÆp ba lo¹i bµi to¸n chÝnh sau ®©y : Bµi to¸n 1: TÝnh l­u l­îng Q trong kªnh khi ®· biÕt c¸c yÕu tè cña mÆt c¾t ngang kªnh cô thÓ lµ b,h hoÆc (p,h), n,i. Muèn gi¶i bµi to¸n nµy th× ta dïng c«ng thøc : i.R.C.Q  trong ®ã th× , C,R ®Òu cã thÓ tÝnh ®­îc v× ®iÒu kiÖn ®· nãi ®Çu bµi. Còng trong bµi to¸n nµy muèn tÝnh l­u tèc th× ta dïng c«ng thøc : i.R.Cv  hoÆc tÝnh theo c«ng thøc :  Q v  VÝ dô 1: TÝnh Q vµ v cña mét kªnh cã mÆt c¾t h×nh thang nÕu cho n = 0,025 , i = 0,0002; m = 1,25 ;b = 10 m ; h = 3,5 m . Gi¶i: Ta tÝnh c¸c yÕu tè cña mÆt c¾t : `2m3,50)h.mb(  m2,21m1h.2b 2  m37,2R    Víi R = 2,37 vµ n = 0,025 tra b¶ng tÝnh C ta ®­îc C = 47,12m1/2 /s. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 47 Thay vµo c«ng thøc i.R.C.Q  vµ  Q v  ta tÝnh ®­îc Q= 51,6m3 /s v=1,025m/s Bµi to¸n 2: TÝnh ®é dèc i cña ®¸y kªnh khi ®· biÕt l­u l­îng Q vµ c¸c yÕu tè cña mÆt c¾t ngang kªnh , cô thÓ lµ b,h hoÆc (p,h), n. T­¬ng tù nh­ bµi to¸n trªn muèn gi¶i bµi to¸n nµy th× ta còng dïng c«ng thøc : i.R.C.Q  nh­ng biÕn ®æi thµnh d¹ng R.C. Q i 22 2   Trong ®ã c¸c th«ng sè cßn l¹i nh­ , C,R ®Òu cã thÓ tÝnh ®­îc v× ®iÒu kiÖn ®· nãi ®Çu bµi . VÝ dô : TÝnh ®é dèc cña mét kªnh h×nh thang biÕt b = 1,2m ; h = 0,8m ; m = 1 ; n = 0,025 ; Q=0.7m3/s. Gi¶i: T­¬ng tù nh­ trªn ta tÝnh ®­îc R.C. Q i 22 2   . Bµi to¸n 3: TÝnh kÝch th­íc mÆt c¾t ngang kªnh khi ®· biÕt l­u l­îng Q , ®é dèc ®¸y kªnh i vµ hÖ sè nh¸m lßng kªnh n. Bµi to¸n nµy cã thÓ gÆp 3 tr­êng hîp sau ®©y : a)Tr­êng hîp 1: Cã mét kÝch th­íc mÆt c¾t ®· biÕt, cÇn tÝnh kÝch th­íc thø hai, vÝ dô biÕt b, tÝnh h, hoÆc biÕt h tÝnh b (nÕu lµ kªnh h×nh thang), biÕt p tÝnh h, hoÆc ng­îc l¹i (nÕu kªnh lµ Parab«n). C¸ch gi¶i th«ng th­êng vµ còng lµ ®¸ng tin cËy nhÊt trong tr­êng hîp nµy lµ tÝnh thö dÇn nh­ sau : Tõ c«ng thøc (6-3) : i.KQ  ta biÕn ®æi thµnh : i Q K  VÕ ph¶i cña ph­¬ng tr×nh lµ c¸c trÞ sè ®· biÕt, v× thÕ ta tÝnh ®­îc gi¸ trÞ do ®ã ta ®Æt: *K i Q  . VÕ tr¸i cña ph­¬ng tr×nh R.C.K  chøa Èn sè B©y giê tù cho nh÷ng Èn sè, tÝnh , C, R råi tÝnh ®­îc K t­¬ng øng cø nh­ thÕ víi nhiÒu gi¸ trÞ kh¸c nhau cña Èn sè, ®Õn khi nµo t×m ®­îc K = K* th× gi¸ trÞ t­¬ng øng ®ã lµ ®¸p sè. §Ó gi¶m bít qu¸ tr×nh mß mÉm nh­ thÕ ng­êi ta th­êng vÏ biÓu ®å quan hÖ K víi Èn sè K = f(b) hoÆc K = f(p) hoÆc K = f(h) råi tõ trÞ sè K* ®· biÕt ®­a vµo biÓu ®å ®Ó t×m ra ®¸p sè t­¬ng øng . VÝ dô: T×m chiÒu réng b cña mét kªnh dÉn n­íc mÆt c¾t h×nh thang , biÕt Q = 5,2m3/s , i = 0,0006 , n = 0,025 , m = 1,0 vµ h = 1,2m. Gi¶i : Tr­íc hÕt ph¶i tÝnh K*: Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 48 213 i Q *K  (m3/s) LËp c¸c biÓu thøc liªn hÖ : 44,1b.2,1h).h.mb(  39,3bh'.mb    R LËp b¶ng tÝnh thö dÇn : (Trang sau) b(m) (m2) (m)   R (m ) C(m1/2/s) R.C (m/s ) K(m3) 0,0 0,5 1,0 2,0 2,5 3,0 3,5 3,85 1,44 2,04 2,64 3,84 4,44 5,04 5,64 6,06 3,39 3,89 4,39 5,39 5,89 6,39 6,89 7,24 0,425 0,524 0,577 0,711 0,754 0,789 0,818 0,838 33,42 35,05 35,77 37,38 37,84 38,20 38,46 38,65 21,6 25,4 27,2 31,5 32,9 33,9 34,8 35,36 31,4 51,8 74,6 121,0 146,0 171,0 197,0 213,9 4,0 6,24 7,39 0,843 38,69 35,6 220,0 B¶ng trªn cho thÊy víi b = 3,85 m th× K = 213,9 m3/s ~213 m3/s. VËy b = 3,85m. b. Tr­êng hîp 2: C¶ hai kÝch th­íc cña mÆt c¾t ®Òu ch­a biÕt Tr­êng hîp nµy muèn gi¶i ®­îc bµi to¸n th× ph¶i cã ®iÒu kiÖn hç trî ®ã lµ tû sè h b  (kªnh h×nh thang) hoÆc p h  (kªnh Parab«n) Muèn gi¶i bµi to¸n nµy ta còng dïng c«ng thøc (6-3) : i Q K  ta ®Æt *K i Q  vµ tÝnh ®­îc gi¸ trÞ . Cßn R.C.K  . C¸ch gi¶i t­¬ng tù nh­ tr­êng hîp trªn(tr­êng hîp a) c. Tr­êng hîp 3 Tr­êng hîp nµy chØ kh¸c tr­êng hîp 2 ë chç ®· biÕt l­u tèc v, v× vËy ta dïng c«ng thøc (6-1) viÕt thµnh : i v R.C  Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 49 VÕ ph¶i cña ph­¬ng tr×nh nµy tÝnh ®­îc , mÆt kh¸c n ®· biÕt th× cã thÓ dïng b¶ng hoÆc thö dÇn sÏ t×m ®­îc R . Sau khi ®· t×m ®­îc R th× lËp hÖ thèng ph­¬ng tr×nh : 2h.mh.b v Q  2m1.h.2b R    NÕu lµ kªnh h×nh thang, hoÆc : h.p.2.h. 4 3 v Q     .21.2ln.21..2.p R  NÕu lµ kªnh parab«n §èi víi kªnh h×nh thang th× ta cã thÓ gi¶i trùc tiÕp, cßn ®èi víi kªnh h×nh parab«n th× ta ph¶i gi¶i theo ph­¬ng ph¸p thö dÇn. I. tÝnh kªnh b»ng b¶ng tÝnh cña agr«xkin §©y lµ ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo c¸ch ®èi chiÕu víi mÆt c¾t cã lîi nhÊt vÒ thuû lùc . Tr×nh tù tÝnh to¸n nh­ sau : 1)TÝnh hµm sè F Kªnh h×nh thang : i Q . m4 1 F 0  Kªnh h×nh Parab«n : i Q .1534,0F  2)T×m Rln b»ng c¸ch dïng b¶ng Vb c¨n cø trÞ sè F ®· tÝnh ®­îc ë b­íc 1 vµ n ®· cho. 3)TÝnh : h/ Rln hoÆc tÝnh b/ Rln nÕu lµ kªnh h×nh thang ; h/ Rln hoÆc tÝnh p/ Rln nÕu lµ kªnh h×nh Parab«n . 4)Tra b¶ng Vc t×m ®­îc b/ Rln hoÆc h/ Rln nÕu lµ kªnh h×nh thang. Tra b¶ng IV t×m ®­îc p/ Rln hoÆc h/ Rln nÕu lµ kªnh Parab«n. 5)TÝnh b hoÆc h nÕu lµ kªnh h×nh thang . p hoÆc h nÕu lµ kªnh Parab«n. NÕu bµi to¸n cho biÕt h b  (kªnh h×nh thang) th× sau b­íc 1(TÝnh F)vµ sau b­íc 2 (t×m Rln) ph¶i tÝnh m m 0     rèi tõ  vµ m tra trong b¶ng Vc sÏ t×m ®­îc b/ Rln vµ h/ Rln cuèi cïng ta tÝnh ®­îc b , vµ h . VÝ dô : TÝnh chiÒu s©u ch¶y ®Òu trong kªnh h×nh thang, biÕt : Q=3m3/s , m = 1,0 ; i = 0,001 ; b = 2m ; n = 0,017. Gi¶i: 1) TÝnh F: 0,13 i Q . m4 1 F 0  (m3/s) trong ®ã 4.m0 tra b¶ng Vc . Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 50 2) C¨n cø vµo F = 13,0 vµ n = 0,017 tra trong b¶ng Vb ta t×m ®­îc Rln = 0,564 3) TÝnh b/ Rln vµ trong bµi nµy ®· cho h 55,3 R b ln  4) C¨n cø vµo b/ Rln = 3,55 vµ m = 1,0 tra b¶ng Vc ta t×m ®­îc h/ Rln = 1,488 5)TÝnh h: h = 1,488.Rln = 0,84m Ii. tÝnh kªnh b»ng biÓu ®å Papl«pxki : BiÓu ®å tÝnh kªnh cña Papl«pxki cho phÐp gi¶i ®­îc c¸c bµi to¸n tÝnh Q, i, b,(h): -TÝnh Q : sau khi chän biÓu ®å theo m vµ n th× : tõ b giãng lªn h , tõ h giãng sang tr¸i ta ®­îc K, nèi K víi i, giao ®iÓm cña tia nµy víi trôc Q sÏ cho ta gi¸ trÞ Q cÇn ph¶i t×m. -TÝnh i : Còng x¸c ®Þnh K nh­ trªn , sau ®ã nèi K víi Q , giao ®iÓm tia nµy víi trôc i sÏ cho gi¸ trÞ i cÇn ph¶i t×m . -TÝnh b hoÆc h: Tr­íc hÕt tÝnh i.QK  sau ®ã chän biÓu ®å theo m vµ n ®Ó tra nh­ sau NÕu ph¶i t×m b th× tõ K giãng sang gÆp h, tõ ®ã giãng xuèng t×m b; nÕu ph¶i t×m h th× tõ K giãng sang vµ tõ b giãng lªn. Tra b¶ng VI ë phô lôc, øng víi .//2,0 3 msmq  ,  =1,0, t×m ®­îc hpg=0,16m. c. §èi víi mÆt c¾t ­ít h×nh thang C¸ch tÝnh thø nhÊt: Dïng trùc tiÕp c«ng thøc (7-6) nh­ ®· tr×nh bµy ë vÝ dô 1. C¸ch tÝnh thø hai: Dïng ph­¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng Agr«xkin: pgnn n pg hh ).105,0 3 1( 2   Trong ®ã b mhpgn n  b - chiÒu réng ®¸y kªnh cã mÆt c¾t h×nh thang: hpgn- chiÒu ph©n giíi cña mÆt c¾t kªnh h×nh ch÷ nhËt cã chiÒu réng b»ng ®¸y kªnh h×nh thang vµ cã l­u l­îng b»ng l­u l­îng ch¶y qua mÆt c¾t h×nh thang ®ang xÐt. §Ó tiÖn viÖc tÝnh to¸n ®Æt: )(.105,0 3 1 2 nn n f    Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  Trang: 51 C¸c gi¸ trÞ cña f( n ) ®­îc tÝnh s½n vµ ghi ë b¶ng VIb, trong phô lôc. Do ®ã c«ng thøc (7-8) viÕt l¹i thµnh: hpg= pgnn hf ).( VÝ dô 3: Dïng ph­¬ng ph¸p cña Agr«xkin ®Ó tÝnh chiÒu s©u ph©n giíi trong kªnh mÆt c¾t h×nh thang. C¸c sè liÖu nh­ sau: b=5m, m=1,5, Q=6,6m3/s,  =1,1. Víi chiÒu s©u n­íc trong kªnh lµ h=0,7 m th× tr¹ng th¸i dßng ch¶y lµ ch¶y siÕt hay ch¶y ªm. Gi¶i: L­u l­îng ®¬n vÞ ch¶y qua mÆt c¾t ch÷ nhËt cã bÒ réng ®¸y h×nh thang lµ: msm b Q q //32,1 5 6,6 3 . Víi q=1,32m3/s/m,  =1,1, tra b¶ng VIa ë phô lôc, t×m ®­îc chiÒu s©u ph©n giíi cña mÆt c¾t h×nh ch÷ nhËt nãi trªn: hpgn=0,58m. TÝnh trÞ sè 174,0n , tra b¶ng Vb trong phô lôc, t×m ®­îc f( n )=0,945. ChiÒu s©u ph©n giíi ë mÆt c¾t h×nh thang: hpg= pgnn hf ).( =0,945.0,58=0,53 So s¸nh chiÒu s©u n­íc trong kªnh víi chiÒu s©u ph©n giíi, nhËn thÊy: h =0,7m > hpg=0,53m VËy dßng ch¶y trong kªnh lµ dßng ch¶y ªm. hpg b