So sánh tổn thất dọc đường của dòng chảy trong ống vuông và ống tròn có hệ số ma sát, diện tích mặt cắt ướt, chiều dài và lưu lượng bằng nhau. Tỷ số giữa tổn thất dọc đường trong ống vuông so với trong ống tròn (h_dvuông/h_dtròn) bằng:

Công thức tính tổn thất năng lượng đột thu (hₐₜ) như sau:

hₐₜ = ζ * (v₂² / (2g))

Trong đó:
* ζ là hệ số tổn thất đột thu, có thể tính gần đúng bằng (1 - S₂/S₁)²
* v₂ là vận tốc dòng chảy sau chỗ thu hẹp
* g là gia tốc trọng trường (≈ 9.81 m/s²)

Tính ζ:
ζ = (1 - 0.005/0.05)² = (1 - 0.1)² = 0.9² = 0.81

Tính v₂:
v₂ = Q / S₂ = 0.02 m³/s / 0.005 m² = 4 m/s

Tính hₐₜ:
hₐₜ = 0.81 * (4² / (2 * 9.81)) = 0.81 * (16 / 19.62) ≈ 0.81 * 0.815 ≈ 0.66 m

Vậy, tổn thất năng lượng đột thu hₐₜ xấp xỉ 0.66 m.

Để giải bài toán này, ta cần xác định độ dốc thủy lực (i) sử dụng công thức Darcy-Weisbach để tính tổn thất cột nước do ma sát dọc đường, sau đó chia cho chiều dài đoạn ống.

1. Tính vận tốc dòng chảy (v):
- Lưu lượng Q = 40 l/s = 0.04 m³/s
- Diện tích mặt cắt ngang của ống: A = πd²/4 = π * (0.15 m)² / 4 ≈ 0.01767 m²
- Vận tốc dòng chảy: v = Q / A = 0.04 m³/s / 0.01767 m² ≈ 2.26 m/s

2. Tính tổn thất cột nước do ma sát (hf):
- Sử dụng công thức Darcy-Weisbach: hf = λ * (L/d) * (v²/2g)
- λ = 0.025 (hệ số ma sát)
- L = 500 m (chiều dài đoạn ống)
- d = 0.15 m (đường kính ống)
- v = 2.26 m/s (vận tốc dòng chảy)
- g = 9.81 m/s² (gia tốc trọng trường)
- hf = 0.025 * (500 m / 0.15 m) * (2.26 m/s)² / (2 * 9.81 m/s²) ≈ 4.32 m

3. Tính độ dốc thủy lực (i):
- i = hf / L = 4.32 m / 500 m ≈ 0.00864

Tuy nhiên, không có đáp án nào trùng với kết quả tính toán này. Có thể có sai sót trong đề bài hoặc các đáp án được đưa ra. Dựa trên các đáp án đã cho, ta sẽ kiểm tra lại bằng cách tính tổn thất cột nước theo từng đáp án và so sánh.

Giả sử đáp án A đúng (i = 0.052):
hf = i * L = 0.052 * 500 = 26m
λ = (hf * 2 * g * d) / (L * v^2) = (26 * 2 * 9.81 * 0.15) / (500 * 2.26^2) = 0.015 < 0.025 (không thỏa mãn hệ số ma sát ban đầu)

Giả sử đáp án B đúng (i = 0.043):
hf = i * L = 0.043 * 500 = 21.5m
λ = (hf * 2 * g * d) / (L * v^2) = (21.5 * 2 * 9.81 * 0.15) / (500 * 2.26^2) = 0.0125 < 0.025 (không thỏa mãn hệ số ma sát ban đầu)

Giả sử đáp án C đúng (i = 0.035):
hf = i * L = 0.035 * 500 = 17.5m
λ = (hf * 2 * g * d) / (L * v^2) = (17.5 * 2 * 9.81 * 0.15) / (500 * 2.26^2) = 0.010 < 0.025 (không thỏa mãn hệ số ma sát ban đầu)

Giả sử đáp án D đúng (i = 0.028):
hf = i * L = 0.028 * 500 = 14m
λ = (hf * 2 * g * d) / (L * v^2) = (14 * 2 * 9.81 * 0.15) / (500 * 2.26^2) = 0.008 < 0.025 (không thỏa mãn hệ số ma sát ban đầu)

Như vậy, không có đáp án nào phù hợp với các thông số đã cho của bài toán.

Để giải bài toán này, ta cần sử dụng công thức tính hệ số ma sát λk cho dòng chảy tầng trong khe hẹp giữa hai bản phẳng song song đứng yên.

Công thức tính λk cho dòng chảy tầng trong ống tròn hoặc khe hẹp là:
λk = 64 / Rek (đối với ống tròn)
λk = 96 / Rek (đối với khe hẹp giữa 2 bản phẳng song song)

Trong trường hợp này, ta có Rek = 480. Vì vậy:
λk = 96 / 480 = 0.2

Tuy nhiên, không có đáp án nào trùng với kết quả tính toán. Có thể có sự nhầm lẫn trong đề bài hoặc các đáp án. Nếu công thức λk = 64/Rek được áp dụng nhầm lẫn, ta có:
λk = 64/480 = 0.133
Như vậy, đáp án B là gần đúng nhất nếu có sự nhầm lẫn công thức.
Tuy nhiên, công thức đúng cho khe hẹp là λk=96/Rek do đó không có đáp án đúng trong các lựa chọn đã cho.

Để giải bài toán này, ta sử dụng công thức Hagen-Poiseuille để tính độ chênh lệch áp suất cần thiết để duy trì lưu lượng dầu chảy tầng trong ống:

ΔP = (128 * μ * L * Q) / (π * d⁴)

Trong đó:
- ΔP là độ chênh lệch áp suất
- μ là độ nhớt động học (0,002 Ns/m²)
- L là chiều dài ống (10 km = 10000 m)
- Q là lưu lượng (13,9 dm³/s = 0,0139 m³/s)
- d là đường kính ống (0,1 m)

Thay số vào công thức:
ΔP = (128 * 0,002 * 10000 * 0,0139) / (π * 0,1⁴)
ΔP = (35,6352) / (π * 0,0001)
ΔP = 35,6352 / 0,000314159
ΔP ≈ 113436,4 Pa

Đổi sang đơn vị atmosphere (at):
1 at = 101325 Pa
ΔP ≈ 113436,4 / 101325 ≈ 1,1195 at

Giá trị này gần nhất với đáp án A. 1,16 at

Để giải bài toán này, ta cần áp dụng phương trình Bernoulli cho đoạn ống hút từ mặt thoáng bể chứa đến mặt cắt vào bơm.

1. Tính vận tốc dòng chảy:
- Lưu lượng Q = 6,6 lít/s = 0,0066 m³/s
- Diện tích mặt cắt ngang của ống hút: A = πd²/4 = π(0,12)²/4 ≈ 0,0113 m²
- Vận tốc dòng chảy: v = Q/A = 0,0066/0,0113 ≈ 0,584 m/s

2. Tính tổn thất cột áp dọc đường:
- hf = λ(L/d)(v²/2g) = 0,035 * (10/0,12) * (0,584²/ (2*9,81)) ≈ 0,050 m

3. Tính tổn thất cột áp cục bộ:
- Tổn thất tại lưới chắn rác: hr = ξᵣ(v²/2g) = 8 * (0,584²/ (2*9,81)) ≈ 0,139 m
- Tổn thất tại chỗ uốn: hu = ξᵤ(v²/2g) = 0,15 * (0,584²/ (2*9,81)) ≈ 0,0026 m
- Tổng tổn thất cục bộ: Σhcb = hr + hu = 0,139 + 0,0026 ≈ 0,142 m

4. Áp dụng phương trình Bernoulli:
- p₀/γ + z₀ + v₀²/2g = pck/γ + zₕ + v²/2g + hf + Σhcb
- Chọn mặt thoáng bể chứa làm gốc (z₀ = 0), áp suất tại mặt thoáng là áp suất khí quyển (p₀ = patm), vận tốc tại mặt thoáng coi như bằng 0 (v₀ = 0).
- Khi đó: patm/γ = pck/γ + zₕ + v²/2g + hf + Σhcb
- Suy ra: pck/γ = patm/γ - zₕ - v²/2g - hf - Σhcb
- pck = patm - γ[zₕ + v²/2g + hf + Σhcb]

5. Tính áp suất chân không:
- Cho γ = 10000 N/m³ (khối lượng riêng của nước nhân với gia tốc trọng trường).
- pck = patm - 10000 * [5 + (0,584²/(2*9,81)) + 0,050 + 0,142]
- pck = patm - 10000 * [5 + 0,017 + 0,050 + 0,142]
- pck = patm - 10000 * 5,209
- pck = patm - 52090 Pa

6. Đổi đơn vị áp suất:
- patm ≈ 101325 Pa (áp suất khí quyển tiêu chuẩn)
- pck = 101325 - 52090 = 49235 Pa
- Đổi ra at (atmosphere): 1 at ≈ 98066.5 Pa
- pck ≈ 49235 / 98066.5 ≈ 0,502 at
- Vì pck là áp suất tuyệt đối tại mặt cắt vào bơm, áp suất chân không sẽ là pck - patm = 0.502 - 1 = -0.498 at, nhưng vì đề hỏi áp suất chân không nên ta lấy trị tuyệt đối = 0.498 at.

Vậy, đáp án gần đúng nhất là pck = 0,52 at