Giáo trình Thủy lực Ngành Công nghệ Kỹ thuật Tài nguyên Nước Cao đẳng

Giáo trình thủy lực ngành công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước hệ cao đẳng. Tài liệu học tập cho sinh viên, kỹ sư ngành tài nguyên nước.

• Trường học: Trường Cao đẳng Xây dựng số 1
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Giáo trình Thủy lực
• Loại tài liệu: Giáo trình

Mục lục chi tiết

• LèI GIæI THIÞU
• MĀC LĀC
• LèI NÓI ĐÄU
• Māc tiêu, nåi dung, tài liệu, ph°¢ng pháp hãc tập:
• Nhÿng tính chÃt vật lý c¢ bÁn căa chÃt lång
• Các lāc tác dāng vào chÃt lång:
• Các đ¢n vá đo l°éng dùng trong thuÿ lāc:
• 1. CH¯¡NG I: THĂY LĀC Đ¾I C¯¡NG
• 1.1. THUþ T)NH HàC
• Áp suÃt thuÿ t*nh. Mặt thoáng:
• Ph°¢ng trình c¢ bÁn căa thuÿ t*nh hãc:
• Ý ngh*a năng l°ÿng và hình hãc căa ph°¢ng trình c¢ bÁn thuÿ t*nh. Biểu đß phân bç áp suÃt thuÿ t*nh. Áp lāc chÃt lång lên thành phÁng
• Áp lāc chÃt lång lên thành cong (ph°¢ng pháp phân tích lāc)
• 1.2. C¡ Sê ĐäNG LĀC HâC CHÂT LäNG
• Nhÿng khái niệm chung
• 2 Ph°¢ng trình liên tāc căa dòng chÁy án đánh
• Ph°¢ng trình Bernoulli:
• 1.3. TàN THÂT CäT N¯æC
• Khái niệm – Phân lo¿i tán thÃt cåt n°çc
• Hai tr¿ng thái chuyển đång căa chÃt lång
• Tính tán thÃt dãc đ°éng çng căa dòng chÁy đÁu
• 2. CH¯¡NG II: THĂY LĀC ĄNG DĀNG
• 2.1. DÒNG CHÀY QUA Lâ, VÒI, DÒNG TIA
• Dòng chÁy qua lã:
• Dòng chÁy qua vòi
• 2.2. DÒNG CHÀY àN ĐàNH TRONG æNG CÓ ÁP
• Khái niệm và các công thąc tính toán c¢ bÁn
• Tính toán thuÿ lāc đ°éng çng dài
• Tính toán thuÿ lāc đ°éng çng ngắn
• Hiện t°ÿng n°çc va (búa n°çc):
• 2.3. DÒNG CHÀY ĐÀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH
• Nhÿng khái niệm c¢ bÁn
• Mặt cắt kênh:
• Nhÿng bài toán c¢ bÁn vÁ dòng chÁy đÁu trong kênh hë :
• Tính toán thuÿ lāc cho dòng chÁy đÁu không áp trong çng
• GIÁO TRÌNH THĂY LĀC
• Māc tiêu, nåi dung, tài lißu, ph°¢ng pháp hác t¿p:
• Nhÿng tính chÃt v¿t lý c¢ bÁn căa chÃt lãng
• Các lāc tác dāng vào chÃt lãng:
• Các đ¢n vß đo l°éng dùng trong thuÿ lāc:

Tóm tắt

I. Khám phá giáo trình Thủy lực Tài nguyên Nước hệ Cao đẳng

Giáo trình Thủy lực Tài nguyên Nước Cao đẳng là tài liệu học thuật nền tảng, đóng vai trò là môn học cơ sở ngành bắt buộc cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Tài nguyên nước. Tài liệu này, theo Trường Cao đẳng Xây dựng số 1, được thiết kế để cung cấp những kiến thức cốt lõi về cơ học của chất lỏng, từ trạng thái tĩnh đến khi chuyển động, tạo tiền đề vững chắc cho các môn học chuyên ngành. Việc nắm vững nội dung trong giáo trình giúp người học không chỉ hiểu sâu về lý thuyết mà còn có khả năng áp dụng vào các bài toán thực tế như tính toán hệ thống cấp thoát nước, thiết kế công trình thủy lợi. Nội dung của giáo trình được cấu trúc một cách khoa học, bao gồm hai phần chính: Thủy lực đại cương và Thủy lực ứng dụng. Mỗi phần lại được chia thành các chương mục rõ ràng, đi từ khái niệm cơ bản đến các bài toán phức tạp. Phần đại cương tập trung vào các định luật vật lý, trong khi phần ứng dụng đi sâu vào việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật cụ thể. Đây là nguồn tài liệu không thể thiếu, giúp sinh viên xây dựng năng lực tư duy khoa học, cẩn thận và có trách nhiệm trong lĩnh vực chuyên môn của mình.

1.1. Mục tiêu và vai trò của môn học Thủy lực cơ sở ngành

Mục tiêu chính của môn học Thủy lực là trang bị cho sinh viên hệ thống kiến thức toàn diện và kỹ năng tính toán cần thiết. Về kiến thức, người học cần trình bày được các khái niệm về áp suất, áp lực, các loại dòng chảy, và đặc biệt là giải thích được các phương trình nền tảng như phương trình cơ bản của thủy tĩnh học, phương trình liên tục và phương trình Bernoulli. Về kỹ năng, sinh viên sau khi hoàn thành môn học phải có khả năng tính toán các bài toán áp suất, xác định áp lực lên thành phẳng, tính toán tổn thất thủy lực, và giải quyết các bài toán về dòng chảy trong ống có áp cũng như dòng chảy trong kênh hở. Theo giáo trình NXB Xây dựng, môn học này không chỉ là kiến thức lý thuyết mà còn là công cụ để giải quyết các vấn đề trong các môn chuyên ngành sau này, như thủy văn công trình và cấp thoát nước. Thái độ học tập khoa học và cẩn thận cũng là một mục tiêu quan trọng, giúp hình thành năng lực tự chủ và trách nhiệm cho người học.

1.2. Cấu trúc nội dung chính trong giáo trình Thủy lực

Giáo trình được biên soạn logic với hai phần rõ rệt. Phần một, Thủy lực đại cương, đặt nền móng với các chương về Thủy tĩnh học, Cơ sở thủy động học chất lỏng, và Tổn thất cột nước trong dòng chảy. Phần này giúp người học hiểu rõ các định luật vật lý chi phối sự vận động của nước. Phần hai, Thủy lực ứng dụng, tập trung vào các bài toán thực tiễn, bao gồm: Dòng chảy qua lỗ và vòi, Dòng chảy trong ống có áp, và Dòng chảy đều không áp trong kênh. Cấu trúc này giúp sinh viên tiếp cận vấn đề một cách hệ thống, từ lý thuyết trừu tượng đến ứng dụng cụ thể. Mỗi chương đều có các ví dụ minh họa và bài tập thủy lực có lời giải để người học củng cố kiến thức. Việc phân chia này đảm bảo người học có thể nắm bắt từ những nguyên lý cơ bản của cơ học chất lỏng đến việc vận dụng để thực hiện các tính toán trong kỹ thuật tài nguyên nước.

II. Giải mã các khái niệm cốt lõi trong Thủy lực Đại cương

Phần Thủy lực Đại cương trong giáo trình Thủy lực Tài nguyên Nước Cao đẳng được xem là phần xương sống, cung cấp toàn bộ các định luật và phương trình cơ bản. Việc hiểu sai hoặc không nắm vững các khái niệm này sẽ dẫn đến khó khăn khi tiếp cận các bài toán ứng dụng phức tạp. Các thách thức chính đối với người học thường nằm ở việc hình dung các hiện tượng vật lý và áp dụng đúng các công thức toán học. Ví dụ, việc phân biệt áp suất tuyệt đối và áp suất dư, hay hiểu ý nghĩa năng lượng và ý nghĩa hình học của phương trình Bernoulli đòi hỏi sự tập trung cao. Tài liệu gốc nhấn mạnh, Thủy tĩnh học nghiên cứu chất lỏng ở trạng thái cân bằng, nơi không có chuyển động tương đối giữa các phần tử. Ngược lại, Động lực học chất lỏng lại phân tích các quy luật khi chất lỏng chuyển động, có tính đến ảnh hưởng của ma sát trong. Nắm vững các khái niệm này là chìa khóa để giải quyết thành công các vấn đề từ đơn giản đến phức tạp trong ngành.

2.1. Phân tích Thủy tĩnh học và các loại áp suất chất lỏng

Thủy tĩnh học là chương mở đầu, nghiên cứu chất lỏng ở trạng thái tĩnh. Khái niệm trung tâm là áp suất thủy tĩnh, được định nghĩa là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích. Một tính chất quan trọng là áp suất tại một điểm trong chất lỏng có giá trị như nhau theo mọi phương. Phương trình cơ bản của thủy tĩnh học, p = p0 + γh, cho thấy áp suất tại một điểm phụ thuộc vào áp suất trên mặt thoáng (p0) và độ sâu (h) của điểm đó. Từ đây, các khái niệm về áp suất tuyệt đối, áp suất dư (pd = γh khi mặt thoáng tiếp xúc khí quyển) và áp suất chân không được hình thành. Việc hiểu rõ cách tính và biểu diễn áp suất qua biểu đồ phân bố áp suất là kỹ năng quan trọng để xác định áp lực chất lỏng tác dụng lên các bề mặt phẳng hoặc cong, một bài toán thường gặp trong thiết kế thủy lực công trình.

2.2. Tìm hiểu về Thủy động học và phương trình Bernoulli

Chuyển sang nghiên cứu chất lỏng chuyển động, thủy động học giới thiệu các khái niệm như dòng chảy ổn định, không ổn định, dòng chảy đều và không đều. Nền tảng của chương này là phương trình liên tục (Q = v.ω = const) và phương trình Bernoulli. Phương trình Bernoulli thể hiện định luật bảo toàn năng lượng cho dòng chảy, với ba thành phần chính: vị năng (z), áp năng (p/γ), và động năng (αv²/2g). Tổng của ba dạng năng lượng này, hay còn gọi là cột nước toàn phần, sẽ là hằng số đối với chất lỏng lý tưởng và giảm dần dọc theo dòng chảy đối với chất lỏng thực do tổn thất thủy lực. Ý nghĩa của phương trình này rất lớn, nó giải thích mối quan hệ nghịch đảo giữa vận tốc và áp suất: nơi nào vận tốc lớn thì áp suất nhỏ và ngược lại. Đây là nguyên lý cơ bản để phân tích hầu hết các bài toán dòng chảy.

2.3. Cách tính toán các loại tổn thất thủy lực trong dòng chảy

Trong thực tế, mọi dòng chảy đều chịu tổn thất thủy lực, là sự tiêu hao năng lượng do ma sát. Tổn thất được chia làm hai loại chính: tổn thất dọc đường (hd) và tổn thất cục bộ (hc). Tổn thất dọc đường xảy ra trên suốt chiều dài dòng chảy do ma sát giữa chất lỏng và thành ống, được tính bằng công thức Darcy-Weisbach. Tổn thất cục bộ xảy ra tại các vị trí có sự thay đổi đột ngột về hình dạng dòng chảy như co hẹp, mở rộng, cút nối, van khóa. Việc xác định chính xác tổng tổn thất (hw = Σhd + Σhc) là yêu cầu bắt buộc khi thiết kế các hệ thống đường ống, từ đó tính toán được năng lượng cần thiết cho máy bơm và trạm bơm. Các tài liệu ôn thi môn thủy lực thường tập trung rất nhiều vào dạng bài tập này, đòi hỏi người học phải nhận dạng đúng các vị trí gây tổn thất và áp dụng hệ số tổn thất phù hợp.

III. Hướng dẫn tính toán dòng chảy trong ống có áp chi tiết

Nội dung về dòng chảy trong ống có áp là một trong những phần ứng dụng quan trọng nhất trong giáo trình Thủy lực Tài nguyên Nước Cao đẳng. Nó cung cấp cơ sở lý thuyết và công cụ tính toán cho các hệ thống đường ống trong thực tế, chẳng hạn như mạng lưới cấp thoát nước, hệ thống tưới tiêu, và đường ống công nghiệp. Việc tính toán thủy lực đường ống nhằm xác định mối quan hệ giữa lưu lượng, cột áp và các thông số của đường ống (đường kính, chiều dài, độ nhám). Tài liệu của Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 phân biệt rõ hai loại bài toán: đường ống dài và đường ống ngắn. Đối với ống dài, tổn thất dọc đường là chủ yếu, trong khi với ống ngắn, cả tổn thất cục bộ và cột nước lưu tốc đều đóng vai trò quan trọng. Hiểu và áp dụng đúng các công thức cho từng trường hợp là kỹ năng cốt lõi. Ngoài ra, một hiện tượng nguy hiểm cần được xem xét là nước va, có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho hệ thống nếu không có biện pháp phòng tránh.

3.1. Phân biệt và tính toán đường ống dài và đường ống ngắn

Việc phân loại ống dài hay ngắn dựa trên tỷ lệ giữa tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường. Quy ước chung, nếu tổn thất cục bộ chiếm dưới 5% tổn thất dọc đường, đường ống được xem là dài và có thể bỏ qua tổn thất cục bộ để đơn giản hóa tính toán (hw ≈ hd). Trong trường hợp này, công thức Chezy (v = C√Ri) và các biến thể của nó được sử dụng rộng rãi để tìm lưu lượng Q hoặc cột nước H. Ngược lại, nếu tổn thất cục bộ lớn hơn 5%, đường ống được coi là ngắn. Khi đó, phương trình năng lượng phải bao gồm đầy đủ các thành phần: cột nước tác dụng H bằng tổng của tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ và cột nước lưu tốc ở đầu ra (H = hd + Σhc + αv²/2g). Việc tính toán cho ống ngắn phức tạp hơn nhưng cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt trong các hệ thống có nhiều phụ kiện như đường ống hút và đẩy của máy bơm và trạm bơm.

3.2. Hiện tượng nước va búa nước và các giải pháp phòng tránh

Hiện tượng nước va, hay búa nước, là sự tăng hoặc giảm áp suất đột ngột trong đường ống do thay đổi vận tốc dòng chảy một cách nhanh chóng, ví dụ như khi đóng van đột ngột hoặc máy bơm dừng hoạt động. Sự thay đổi áp suất này tạo ra sóng áp lực lan truyền trong ống với vận tốc âm thanh, có thể gây ra tiếng động lớn, rung lắc mạnh và thậm chí phá vỡ đường ống hoặc thiết bị. Giáo trình Thủy lực chỉ ra rằng, mức độ nghiêm trọng của nước va phụ thuộc vào vận tốc ban đầu, chiều dài ống và thời gian thay đổi vận tốc. Các biện pháp phòng tránh phổ biến bao gồm: tăng thời gian đóng/mở van, lắp đặt các thiết bị như van một chiều, van an toàn, bình điều áp hoặc tháp điều áp để hấp thụ và giảm thiểu tác động của sóng áp lực. Hiểu rõ nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng này là rất quan trọng đối với kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống đường ống áp lực.

IV. Phương pháp tính toán dòng chảy đều trong kênh hở hiệu quả

Bên cạnh dòng chảy có áp, dòng chảy trong kênh hở là một chủ đề lớn khác của thủy lực ứng dụng, liên quan trực tiếp đến lĩnh vực kỹ thuật tài nguyên nước và thủy văn công trình. Các công trình như kênh tưới tiêu, sông, mương thoát nước đều là những ví dụ điển hình của dòng chảy không áp. Trong giáo trình Thủy lực Tài nguyên Nước Cao đẳng, chương này tập trung vào trạng thái dòng chảy đều, là trạng thái lý tưởng khi các yếu tố thủy lực như độ sâu, diện tích mặt cắt ướt và vận tốc không thay đổi dọc theo dòng chảy. Điều kiện để có dòng chảy đều là lưu lượng, hình dạng kênh, độ dốc đáy và độ nhám phải không đổi. Việc tính toán chủ yếu dựa vào công thức Chezy (v = C√Ri), trong đó độ dốc thủy lực J bằng độ dốc đáy kênh i. Mục tiêu của các bài toán thường là xác định lưu lượng, độ sâu dòng chảy, hoặc các kích thước hình học của kênh để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

4.1. Các yếu tố thủy lực đặc trưng của mặt cắt kênh hở

Để tính toán dòng chảy trong kênh hở, cần xác định các yếu tố hình học của mặt cắt ướt. Các yếu tố này bao gồm: diện tích mặt cắt ướt (ω), chu vi ướt (χ), và bán kính thủy lực (R = ω/χ). Các dạng mặt cắt kênh phổ biến là hình chữ nhật, hình thang, và hình tam giác. Tài liệu gốc cung cấp công thức chi tiết để tính các yếu tố này cho từng dạng mặt cắt. Ví dụ, đối với kênh hình thang, diện tích mặt cắt ướt là ω = (b + mh)h. Một khái niệm quan trọng là 'mặt cắt lợi nhất về thủy lực', tức là mặt cắt cho phép một lưu lượng lớn nhất đi qua với cùng một diện tích, độ dốc và độ nhám cho trước. Điều này tương đương với việc tìm mặt cắt có chu vi ướt nhỏ nhất. Việc thiết kế kênh theo mặt cắt lợi nhất giúp tối ưu hóa hiệu quả thủy lực và tiết kiệm chi phí xây dựng.

4.2. Hướng dẫn giải các bài toán cơ bản trong kênh hở

Các bài toán cơ bản về dòng chảy trong kênh hở thường xoay quanh việc áp dụng công thức Chezy và các công thức tính hệ số Chezy (C) như công thức Manning hoặc Pavlovskii. Dạng bài toán phổ biến nhất là xác định một trong ba đại lượng chính: lưu lượng (Q), độ sâu dòng chảy (h), hoặc độ dốc đáy kênh (i), khi biết các thông số còn lại. Ví dụ, bài toán kiểm tra yêu cầu tính lưu lượng Q khi đã biết toàn bộ kích thước hình học của kênh. Bài toán thiết kế lại yêu cầu xác định kích thước kênh (b, h) để tải được một lưu lượng Q cho trước. Các slide bài giảng thủy lực và ebook thủy lực tài nguyên nước thường cung cấp nhiều ví dụ và bài tập thủy lực có lời giải cho các dạng này, giúp sinh viên luyện tập và thành thạo kỹ năng tính toán, một yêu cầu không thể thiếu khi thực hiện đồ án môn học thủy lực.

V. Ứng dụng thực tiễn của Thủy lực trong Kỹ thuật Tài nguyên nước

Kiến thức từ giáo trình Thủy lực Tài nguyên Nước Cao đẳng không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà có tính ứng dụng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Mọi công trình liên quan đến sự chuyển động và kiểm soát dòng nước đều cần đến các nguyên lý thủy lực. Từ việc thiết kế một hệ thống ống dẫn nước đơn giản cho một tòa nhà đến việc quy hoạch một mạng lưới kênh tưới tiêu phức tạp cho cả một vùng, tất cả đều dựa trên các phép tính toán thủy lực chính xác. Sinh viên, sau khi nắm vững kiến thức, có thể áp dụng để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong ngành cấp thoát nước, thủy lợi, và quản lý môi trường. Khả năng phân tích các hiện tượng như dòng chảy qua đập tràn, hoạt động của máy bơm và trạm bơm, hay sự hình thành của dòng chảy trong sông ngòi là minh chứng cho việc vận dụng thành công lý thuyết vào thực tế, tạo ra giá trị cho xã hội và nền kinh tế.

5.1. Vai trò của thủy lực trong thiết kế hệ thống cấp thoát nước

Ngành cấp thoát nước là một trong những lĩnh vực ứng dụng thủy lực rõ nét nhất. Đối với hệ thống cấp nước, các kỹ sư phải tính toán thủy lực cho mạng lưới đường ống để đảm bảo áp lực và lưu lượng nước đủ tại mọi điểm tiêu thụ. Điều này bao gồm việc xác định đường kính ống, tính toán tổn thất thủy lực, và lựa chọn công suất cho máy bơm và trạm bơm. Đối với hệ thống thoát nước, các bài toán về dòng chảy trong kênh hở (đối với mương, cống hở) và dòng chảy không đầy trong ống tròn (đối với cống ngầm) được áp dụng để đảm bảo khả năng tiêu thoát nước mưa và nước thải, tránh ngập úng. Các kiến thức về dòng chảy qua lỗ, qua vòi cũng được vận dụng trong thiết kế các công trình thu, xả nước. Có thể nói, thủy lực là công cụ không thể thiếu để đảm bảo các hệ thống này hoạt động hiệu quả và an toàn.

5.2. Kinh nghiệm thực hiện đồ án môn học Thủy lực công trình

Đồ án môn học thủy lực là cơ hội để sinh viên tổng hợp và vận dụng toàn bộ kiến thức đã học vào một bài toán kỹ thuật hoàn chỉnh. Đề tài đồ án thường là thiết kế một hạng mục thủy lực công trình cụ thể, ví dụ như thiết kế một đoạn kênh, tính toán một đường ống bơm nước, hoặc phân tích dòng chảy qua một cống. Để thực hiện tốt, sinh viên cần bắt đầu bằng việc phân tích kỹ yêu cầu đề bài, thu thập số liệu đầu vào (lưu lượng, địa hình, vật liệu). Tiếp theo là giai đoạn tính toán, áp dụng các công thức đã học về tổn thất, dòng chảy có áp hoặc không áp. Cuối cùng là trình bày kết quả qua bản vẽ kỹ thuật và thuyết minh tính toán. Việc tham khảo các tài liệu ôn thi môn thủy lực và các đồ án mẫu là rất hữu ích. Kinh nghiệm quan trọng là phải kiểm tra chéo các kết quả, đảm bảo tính logic và chính xác của toàn bộ quá trình thiết kế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bä XÂY DĀNG TR¯èNG CAO ĐÀNG XÂY DĀNG Sæ – CTC1 GIÁO TRÌNH THĂY LĀC NGÀNH: CÔNG NGHÞ KĀ THU¾T TÀI NGUYÊN N¯æC TRÌNH Đä: CAO ĐÀNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐXD1 ngày……. cÿa Hiệu trưởng trường Cao đẳng Xây dựng số 1 TUYÊN Bä BÀN QUYÀN Tài liệu này thuåc lo¿i sách giáo trình nên các ngußn thông tin có thể đ°ÿc phép dùng nguyên bÁn hoặc trích dùng cho cc māc đích vÁ đào t¿o và tham khÁo. Mãi māc đích khác mang tính lệch l¿c hoặc sử dāng vçi māc đích kinh doanh thi¿u lành m¿nh sẽ bá nghiêm cÃm. 2 LèI GIæI THIÞU Để đáp āng cho nhu cầu học tập cÿa sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước, đồng thời được sự chỉ đạo cÿa Đảng ÿy, Ban Giám hiệu trường Cao đẳng xây dựng số 1, Bộ môn Cấp nước – Khoa Quản lý Xây dựng và đô thị đã biên soạn giáo trình môn: Thủy lực.

Bài giảng này cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến thāc cơ bản sau: Thuỷ lực đại cương bao gồm các nội dung: Thuỷ tĩnh học, Cơ sở động lực học chất lỏng, Tổn thất cột nước trong dòng chảy. Thuỷ lực ứng dụng bao gồm các nội dung: Dòng chảy qua lỗ, qua vòi, dòng tia; Dòng chảy trong ống có áp; Dòng chảy đều không áp trong kênh. Với những kiến thāc cơ bản trên học sinh, sinh viên sau khi học xong môn học có thể: Tính toán các bài toán cơ bản về áp suất; Xác định được áp lực tác dụng lên thành phẳng; Xác định tổn thất áp lực trong dòng chảy; Tính toán lưu lượng các dòng chảy qua lỗ, vòi, dòng tia; Tính toán thuỷ lực dòng chảy trong ống có áp; Tính toán thuỷ lực dòng chảy không áp trong kênh. Lần đầu tiên biên soạn cuốn bài giảng này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi mong được lượng thā và tiếp nhận những ý kiến đóng góp xây dựng để những lần in sau sẽ hoàn chỉnh hơn.

Trân trãng cÁm ¢n! Chă biên: Vũ Linh HuyÁn Trang 3 MĀC LĀC LèI NÓI ĐÄU. Māc tiêu, nåi dung, tài liệu, ph°¢ng pháp hãc tập:. Nhÿng tính chÃt vật lý c¢ bÁn căa chÃt lång. Các lāc tác dāng vào chÃt lång:.

Các đ¢n vá đo l°éng dùng trong thuÿ lāc:. 8 CH¯¡NG I: THĂY LĀC Đ¾I C¯¡NG. 9 I: THUþ T)NH HâC. Áp suÃt thuÿ t*nh.

Mặt thoáng:. Ph°¢ng trình c¢ bÁn căa thuÿ t*nh hãc:. Ý ngh*a năng l°ÿng và hình hãc căa ph°¢ng trình c¢ bÁn thuÿ t*nh. Biểu đß phân bç áp suÃt thuÿ t*nh.

Áp lāc chÃt lång lên thành phÁng. Áp lāc chÃt lång lên thành cong (ph°¢ng pháp phân tích lāc). 16 II: C¡ Sê ĐäNG LĀC HâC CHÂT LäNG. Nhÿng khái niệm chung.

18 2 Ph°¢ng trình liên tāc căa dòng chÁy án đánh. Ph°¢ng trình Bernoulli:. 21 III: TàN THÂT CäT N¯æC. Khái niệm – Phân lo¿i tán thÃt cåt n°çc.

Hai tr¿ng thái chuyển đång căa chÃt lång. Tính tán thÃt dãc đ°éng çng căa dòng chÁy đÁu. 26 CH¯¡NG II: THĂY LĀC ĄNG DĀNG. 29 I: DÒNG CHÀY QUA Lâ, VÒI, DÒNG TIA.

Dòng chÁy qua lã:. Dòng chÁy qua vòi. 33 II: DÒNG CHÀY àN ĐàNH TRONG æNG CÓ ÁP. Khái niệm và các công thąc tính toán c¢ bÁn.

Tính toán thuÿ lāc đ°éng çng dài. Tính toán thuÿ lāc đ°éng çng ngắn. Hiện t°ÿng n°çc va (búa n°çc):. 39 III: DÒNG CHÀY ĐÀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH.

Nhÿng khái niệm c¢ bÁn. Mặt cắt kênh:. Nhÿng bài toán c¢ bÁn vÁ dòng chÁy đÁu trong kênh hë : .Tính toán thuÿ lāc cho dòng chÁy đÁu không áp trong çng. 45 4 GIÁO TRÌNH THĂY LĀC Mã môn hác: MH 12 Théi gian thāc hißn môn hác: 45 gié; (Lý thuy¿t: 15 gié; Thāc hành, thí nghiệm, thÁo luận, bài tập: 26 gié; Kiểm tra: 4 gié) I.

Vß trí, tính chÃt căa môn hác: - Vá trí: Môn hãc đ°ÿc phân bç vào năm thą nhÃt, sau môn hãc C¢ hãc công trình. - Tính chÃt: Là môn hãc c¢ së ngành bắt buåc. Māc tiêu môn hác: - VÁ ki¿n thąc: + Trình bày đ°ÿc các khái niệm áp suÃt, áp lāc; quỹ đ¿o, đ°éng dòng, çng dòng, dòng nguyên tç, dòng chÁy; các y¿u tç thăy lāc căa dòng chÁy; tán thÃt cåt n°çc; dòng tia; çng ngắn, çng dài trong thăy lāc; đ°éng çng đ¢n giÁn; đ°éng çng nçi ti¿p; đ°éng çng song song; + Trình bày và giÁi thích đ°ÿc ph°¢ng trình c¢ bÁn căa thăy t*nh hãc; ph°¢ng trình liên tāc; ph°¢ng trình Bernoulli; + Trình bày và giÁi thích đ°ÿc công thąc tính các lo¿i áp suÃt; tính trá sç, điểm đặt căa áp lāc chÃt lång tác dāng lên thành phÁng; tính tán thÃt; tính l°u l°ÿng căa dòng chÁy qua lã, vòi, dòng tia; tính çng dài, các công thąc tính kênh để hãc ti¿p các môn chuyên ngành. - VÁ kỹ năng: + Tính toán các bài toán vÁ áp suÃt; + Xác đánh đ°ÿc áp lāc tác dāng lên thành phÁng; + Xác đánh tán thÃt áp lāc trong dòng chÁy; + Tính toán l°u l°ÿng các dòng chÁy qua lã, vòi, dòng tia; + Tính toán thuÿ lāc dòng chÁy trong çng có áp; + Tính toán thuÿ lāc dòng chÁy không áp trong kênh.

- VÁ năng lāc tā chă và trách nhiệm: + Nhận thąc đ°ÿc ý ngh*a căa môn hãc đçi vçi các môn chuyên ngành. + Có thái đå làm việc khoa hãc, cẩn thận. Māc tiêu, nåi dung, tài lißu, ph°¢ng pháp hác t¿p: Māc tiêu căa hác phÅn - Ki¿n thąc: + Trình bày đ°ÿc các khái niệm áp suÃt, áp lāc; quỹ đ¿o, đ°éng dòng, çng dòng, dòng nguyên tç, dòng chÁy; các y¿u tç thăy lāc; tán thÃt cåt n°çc; dòng tia; çng ngắn, çng dài trong thăy lāc; đ°éng çng đ¢n giÁn; đ°éng çng nçi ti¿p; đ°éng çng song song; + Trình bày và giÁi thích đ°ÿc các ph°¢ng trình: ph°¢ng trình c¢ bÁn căa thăy t*nh hãc; ph°¢ng trình liên tāc; ph°¢ng trình Bernoulli; + Trình bày và vận dāng đ°ÿc các công thąc tính các lo¿i áp suÃt; tính trá sç, điểm đặt căa áp lāc chÃt lång tác dāng lên thành phÁng; tính tán thÃt; tính l°u l°ÿng căa dòng chÁy qua lã, vòi, dòng tia; tính çng dài, các công thąc tính kênh để hãc ti¿p các môn chuyên ngành. - Kỹ năng: + Tính toán các bài toán vÁ áp suÃt; + Xác đánh đ°ÿc áp lāc tác dāng lên thành phÁng; + Xác đánh tán thÃt áp lāc trong dòng chÁy; + Tính toán l°u l°ÿng các dòng chÁy qua lã, vòi, dòng tia; + Tính toán thuÿ lāc dòng chÁy trong çng có áp; + Tính toán thuÿ lāc dòng chÁy không áp trong kênh.

- Thái đå: + Nhận thąc đ°ÿc ý ngh*a căa môn hãc đçi vçi các môn chuyên ngành. + Có thái đå làm việc khoa hãc, cẩn thận. Nåi dung hác phÅn: Môn hãc gßm 2 phÅn. PhÅn Thuÿ lāc đ¿i c°¢ng bao gßm các nåi dung: Thuÿ t*nh hãc, C¢ së đång lāc hãc chÃt lång, Tán thÃt cåt n°çc trong dòng chÁy.

PhÅn Thuÿ lāc ąng dāng bao gßm các nåi dung: Dòng chÁy qua lã, qua vòi, dòng tia; Dòng chÁy trong çng có áp; Dòng chÁy đÁu không áp trong kênh. Bå môn CÃp n°çc, Bài giÁng chi ti¿t môn Thuÿ lāc. Tài liệu tham khÁo: [2]. TrÅn Thá Sen, Giáo trình Thuÿ lāc, NXB Xây dāng, Hà Nåi 2006.

Ph°¢ng pháp hác t¿p: Nghe giÁng trên lçp, làm ví dā theo h°çng dẫn căa giÁng viên, làm bài tập vÁ nhà đÅy đă. Nhÿng tính chÃt v¿t lý c¢ bÁn căa chÃt lãng 1. Tính có khái lượng - Đặc tính này đ°ÿc biểu thá bëi khçi l°ÿng riêng (khçi l°ÿng đ¢n vá, khçi l°ÿng thể tích, mật đå), ký hiệu là ρ M 3 ρ= ( kg/m ) (1-1) ¦W Trong đó : M – khçi l°ÿng chÃt lång chąa trong thể tích W (kg) 6 3 W – thể tích chÃt lång có khçi l°ÿng M (m ). Tính có trọng lượng - Đặc tính có trãng l°ÿng căa chÃt lång đ°ÿc đặc tr°ng bëi trãng l°ÿng đ¢n vá hay trãng l°ÿng riêng (trãng l°ÿng thể tích) (ký hiệu ´) G Mg 3 ÷ = = = ò .g (N/m ) (1-2) ¦W ¦W Trong đó : G - Trãng l°ÿng căa chÃt lång có thể tích W (N, KN) 2 g - gia tçc trãng tr°éng (9,81 m/s ) 0 3 * Đçi vçi n°çc ë nhiệt đå 4 C: ´ = 9810 N/m * Thuÿ ngân: ´ = 134.

Tính thay đổi thể tích khi nhiệt độ và áp suất thay đổi - Khi nhiệt đå tăng thì thể tích chÃt lång tăng (trừ trong khoÁng nhiệt đå 0-40C, chÃt lång bi¿n đái theo quy luật ng°ÿc l¿i). - Khi áp suÃt tăng thì thể tích chÃt lång giÁm. - Khi nhiệt đå và áp suÃt thay đái thì chÃt lång có sā thay đái vÁ thể tích. Tuy nhiên sā thay đái này rÃt nhå (≈ 0) nên trong thuÿ lāc hãc ng°éi ta coi chÃt lång không co dãn vì nhiệt đå và áp suÃt.

Tính có sức căng mặt ngoài. - Đặc tính này thể hiện ë khÁ năng cháu đ°ÿc ąng suÃt kéo không lçn trên mặt ti¿p xúc (Ví dā nh° cắm måt çng thăy tinh nhå vào chÃt lång, māc chÃt lång trong çng dâng lên cao h¢n so vçi bÁ mặt chÃt lång cũ måt khoÁng là h). Điển hình là måt thể tích nhå căa chÃt lång trong tr°éng trãng lāc có d¿ng h¿t. - Tính nhçt là tính chÃt làm nÁy sinh ąng suÃt ti¿p giÿa các lçp chÃt lång chuyển đång.

Đây là nguyên nhân sinh ra ma sát trong làm tán thÃt năng l°ÿng khi chÃt lång chuyển đång. 2 * Tính nhçt căa chÃt lång đặc tr°ng bëi hệ sç nhçt đång lāc ¼ (Ns/m hoặc kg/ms) hoặc hệ sç nhçt đång hãc : ý 2 ½= (m /s) (1-3) ò * Thăy lāc hãc nghiên cąu chÃt lång tuân theo đánh luật ma sát trong căa Niut¢n. ChÃt lång tuân theo đánh luật ma sát trong căa Niut¢n gãi là chÃt lång Niut¢n hay chÃt lång thāc. 7 - Để thuận tiện trong việc nghiên cąu trong måt sç tr°éng hÿp, ng°éi ta đ°a ra khái niệm chÃt lång lý t°ëng thay cho chÃt lång thāc.

ChÃt lång lý t°ëng là chÃt lång đ°ÿc coi là không có tính nhçt. Khi nghiên cąu chÃt lång ë tr¿ng thái t*nh thì không cÅn phân biệt chÃt lång thāc vçi chÃt lång lý t°ëng. Trái l¿i khi nghiên cąu chÃt lång chuyển đång thì từ chÃt lång lý t°ëng sang chÃt lång thāc phÁi tính thêm Ánh h°ëng căa ma sát trong, tąc là Ánh h°ëng căa tính nhçt. Các lāc tác dāng vào chÃt lãng: Lāc mặt và lāc khçi (lāc khçi l°ÿng - lāc thể tích).

- Lāc khçi: là lāc tác dāng lên tÃt cÁ các phÅn tử trong khçi chÃt lång đang xét. Trãng lāc, lāc quán tính…là nhÿng lāc thể tích. - Lāc mặt: là lāc tác dāng lên mặt giçi h¿n căa khçi chÃt lång đang xét hoặc lên mặt đặt trong khçi chÃt lång.