Lực cản thuỷ động của dây giềng, thừng và cáp

Lực cản thủy động của một dây thẳng (chỉ, thừng, cáp) có thể được tính theo công thức tương tự như công thức (2.7) là:

R_x = C_x.q.(L.D). (3.17)

ở đây: C_x là hệ số lực cản; L là chiều dài; D là đường kính; q = ρV²/2 là áp lực hãm thủy động.

Hệ số lực cản C_x thì luôn phụ thuộc vào góc tống giữa phương của dây và phương dòng chảy. Nó còn phụ thuộc vào kiểu cấu tạo và vật liệu làm dây, mức bao bọc thừng và số Reynolds. Sự phụ thuộc của C_x vào góc tống α theo các tính toán cho cáp thép có đường kính 12 mm được cho trong Bảng 2.3.

Bởi vì sự phụ thuộc của C_x vào góc tống α thì cũng tương tự với các loại dây khác nên Bảng 2.3 có thể được dùng để tính lực cản của chúng.

Nếu thừng và cáp không bị kéo quá căng, khi đó hệ số lực cản C_x sẽ phụ thuộc vào hình dáng làm việc của chúng, nghĩa là phụ thuộc vào tỉ số của độ võng b với chiều dài dây cung Lc (H 2.14). Các dữ liệu này có thể được thấy trong Bảng 2.4.

Hệ số lực cản của dây cũng phụ thuộc vào số Reynolds. Tuy nhiên, đối với hầu hết tính toán trong điều kiện thực tế thì số Reynolds có thể bỏ qua. Ngoài lực cản còn có lực bổng khi chúng hợp với dòng chảy một góc tống α.

Thí dụ 2.6

Tính lực cản của cáp kéo dài 500m, làm việc ở độ sâu H = 150 m. Cáp có độ thô D = 15 mm và tốc độ kéo V = 4 knot (2,06 m/s) trong nước biển (ρ = 105 kg-sec²/m⁴).

Giải:

Để đơn giản, ta xem cáp là thẳng và hợp với góc tống: sin α = H/L = 150/500 = 0,3

Tra bảng lượng giác , ta được α = 17,5^o. Bằng cách ngoại suy từ Bảng 3.3, ta được hệ số lực cản C_x = 0,29. Áp lực hãm thủy động là: q = ρV²/2 = (105)(2,06)²/2 = 223 kg/m²

Do vậy, lực cản thủy động của dây cáp kéo theo công thức (3.7) sẽ là:

R_x = 0,29 x 500 x 0,015 x 223 = 485 kg