Bài tập lớn i quá quá trình và thiết bị cơ học danh sách thành danh sách thành viện nhóm 04 l04 gvhd phạm hoàng huy phước lợi 2 ८८८

Ứng dụng thực tế của từng loại lưu chất trong công nghiệp hoặc đời sống Lưu chất phi Newton • Lưu chất giả dẻo: Máu là một chất lỏng phi Newton có độ nhớt giảm xuống khi tốc độ dòng chả

BÀI TẬP LỚN I

NHÓM 04 - L04 GVHD: PHẠM HOÀNG HUY PHƯỚC LỢI

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠ HỌC

Danh sách thành viên

1 2313288 Nguyễn Hưng Thịnh Phụ trách nội dung câu 1

2 2310220 Hoàng Gia Bảo Phụ trách nội dung câu 1

3 2310746 Nguyễn Đình Khánh Đoan Phụ trách nội dung câu 2

4 2310254 Phạm Gia Bảo Phụ trách nội dung câu 2

Danh sách thành viên

1 2310343 Hà Kim Chi Phụ trách nội dung câu 3

2 2312913 Nguyễn Như Quỳnh Phụ trách nội dung câu 3

3 2310036 Trần Huỳnh Thúy An Tổng hợp nội dung và thiết kế

slide

4 2115091 Nguyễn Thành Trí Hỗ trợ tổng hợp nội dung và

slide

Câu 1: S ự khác biệt giữa lưu chất Newton và lưu chất phi Newton

Nhóm b ạn hãy thảo luận về s ự khác biệt giữa lưu chất Newton

và l ưu chất phi Newton Đ ồng thời, hãy tìm hiểu và trình bày về

m ột ứng dụng thực tế của từng loại lưu chất trong công nghiệp

ho ặc đời sống

Lưu chất Newton: là lưu chất có là hằng

số, phụ thuộc vào loại chất lỏng và không phụ thuộc vào chuyển động

VD: nước, dầu, không khí, các loại khí

khác

Sự khác nhau giữa lưu chất

Newton và lưu chất phi Newton

Lưu chất phi Newton: là lưu chất có thay

đổi theo chuyển động và gradient lưu tốc

theo phương pháp tuyến của dòng chảy

Có 3 loại lưu chất phi Newton thường gặp:

Sự khác nhau giữa lưu chất Newton và lưu chất phi Newton

• Lưu chất Bingham dẻo (Vd: kem đánh

răng, bơ thực vật, xà phòng,…)

• Lưu chất giả dẻo (Vd: xốt mayonaise,

nhựa nóng chảy, các loại sơn,…)

• Lưu chất giãn nở (Vd: cát ướt, tinh bột

trong nước,…)

• Lưu chất Bingham dẻo

• Lưu chất giả dẻo

• Lưu chất giãn nở

Mối quan hệ giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt trong lưu chất thực là một phần của khoa học về lưu biến học Hình H.1.2 cho ta thấy một số ví dụ về đặc tính lưu biến của lưu chất

Các đường biểu diễn là đồ thị của ứng suất trượt so với tốc độ trượt áp dụng ở nhiệt độ và áp suất không đổi Đặc tính đơn giản nhất được thể hiện bằng đường thẳng Newton, là một đường thẳng đi

Một số chất lỏng ví dụ bùn thải, hoàn toàn không chảy cho đến khi đạt được ứng suất trượt ngưỡng giới hạn, kí hiệu là o và sau đó chảy tuyến tính ở ứng suất trượt lớn hơn o

Bùn thải là chất thải được hình thành trong quá trình xử lý nước thải, các quá trình công nghiệp, sinh hoạt Bùn thải chứa các tạp chất hữu cơ và vô cơ, vi khuẩn, kim loại nặng, và các chất độc hại

khác

Dựa vào đồ thị hình H.1.2 thì lưu chất giả dẻo được cho là trở nên loãng theo tốc độ trượt và lưu chất giãn nở trở nên đặc theo tốc độ trượt.

Đường thẳng Bingham là ví dụ thể hiện mối quan hệ này, chất lỏng có đặc

tính này gọi là chất dẻo Bingham

Đường cong Pseudo Plastic thể hiện cho lưu chất giả dẻo, đường cong này

đi qua gốc tọa độ, lõm xuống khi lực trượt thấp và trở nên gần như tuyến

tính ở lực trượt cao, mũ cao su là một ví dụ điển hình về lưu chất giả dẻo

Đường cong Dilatant thể hiện cho lưu chất giãn nở, đường cong này lõm

lên khi lực trượt thấp và gần như tuyến tính ở lực trượt cao, cát lún là một

ví dụ điển hình cho lưu chất giãn nở

Ứng dụng thực tế của từng

loại lưu chất trong công

nghiệp hoặc đời sống

và duy trì hiệu suất động cơ

• Mật ong: Trong thực phẩm, mật ong

được sử dụng như một chất làm ngọt tự nhiên Trong sản xuất, mật ong được sử dụng làm hương liệu và dưỡng ẩm trong

xà phòng và mỹ phẩm

Ứng dụng thực tế của từng

loại lưu chất trong công

nghiệp hoặc đời sống

Lưu chất phi Newton

• Lưu chất giả dẻo: Máu là một chất lỏng phi Newton có độ nhớt giảm xuống khi

tốc độ dòng chảy tăng lên Điều này giúp máu dễ dàng lưu thông qua các mạch

máu nhỏ

• Lưu chất Bingham dẻo: Kem đánh răng, với tính chất lưu chất Bingham dẻo, giúp kiểm soát lượng kem sử dụng, duy trì

hình dạng trong tuýp, trên bàn chải và

tránh lãng phí khi chưa cần sử dụng

• Lưu chất giãn nở: Bùn có độ nhớt rất cao khi ở trạng thái tĩnh, đủ để giữ cho các

hạt đất đá không bị lắng xuống Tuy

nhiên, khi chịu tác động lực (ví dụ: khi

bơm), bùn sẽ bắt đầu chảy

Câu 2: Ứng dụng của áp suất thủy tĩnh và định luật Pascal Nhóm b ạn

hãy th ảo luận về các ứng dụng thực tế của áp suất thủy tĩnh và định luật Pascal trong đời sống và kỹ thuật Đ ồng thời, phân tích

cách các nguyên lý này được sử dụng trong một hệ thống

ho ặc thiết bị cụ thể

Đơn vị đo áp suất thủy tĩnh là: N/m

• Đặc điểm:

- Tác dụng theo phương pháp tuyến và hướng vào lòng chất lỏng

- Tại một điểm bất kỳ trong chất lỏng

áp suất thủy tĩnh có giá trị bằng nhau theo mọi phương

- Tại những điểm khác nhau trong chất lỏng thì có giá trị khác nhau

- Phụ thuộc vào khối lượng riêng và gia tốc trọng trường của chất lỏng

2

Ứng dụng của áp

suất thủy tĩnh

• Thiết kế và xây dựng các công trình

đập nước: Nó giúp kỹ sư xác định lực

tác động của nước lên bề mặt đập, từ

đó tính toán và thiết kế cấu trúc đập

để đảm bảo an toàn và bền vững

• Xử lý nước: Áp suất thủy tĩnh được sử

dụng trong xử lý nước để loại bỏ tạp

chất và chất gây ô nhiễm khỏi nước

Quá trình này bao gồm việc dẫn nước

qua màng bán thấm dưới áp suất cao,

giúp tách nước khỏi chất gây ô

nhiễm Quá trình này được gọi là

thẩm thấu ngược và được sử dụng

trong nhiều ứng dụng khác nhau,

chẳng hạn như khử muối

Áp suất thủy tĩnh tác dụng lên đập vòm.

Nhà máy xử lý nước

Ứng dụng của áp

suất thủy tĩnh

• Thiết kế hệ thống thủy lực: Hệ thống thủy lực được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp như máy móc xây dựng, máy bay và ô tô Các

hệ thống này sử dụng chất lỏng để

truyền công suất và năng lượng giữa các thành phần khác nhau Áp suất

thủy tĩnh là một yếu tố quan trọng

trong thiết kế hệ thống thủy lực, vì

nó xác định lực cần thiết để di

chuyển chất lỏng và áp suất mà hệ

thống có thể chịu được

Ứng dụng của áp

suất thủy tĩnh

• Đo áp suất chất lỏng: Trong nhiều

ứng dụng công nghiệp, việc đo áp

suất chất lỏng một cách chính xác

là điều cần thiết Áp suất thủy tĩnh

thường được sử dụng trong các bộ

chuyển đổi áp suất Các bộ chuyển

đổi này được sử dụng rộng rãi trong

nhiều ngành công nghiệp khác

nhau, chẳng hạn như dầu khí, hàng

không vũ trụ và ô tô

Bộ chuyển đổi áp suất (thiết bị chuyển đổi

áp suất thành tín hiệu điện)

• Đo thể tích của bất kỳ vật thể nào:

Định luật Pascal

• Trong chất lỏng không bị nén ép ở

trạng thái tĩnh, nếu ta tăng áp

suất p tại z lên một giá trị nào đó

thì áp suất p ở mọi vị trí khác

trong chất lỏng cũng tăng lên một

giá trị như vậy

• Độ tăng áp suất lên một chất lỏng

chứa trong bình kín được truyền

nguyên vẹn cho mọi điểm của

chất lỏng và thành bình

Chân dung là nhà khoa học, triết gia đầy tài năng của nước Pháp và thế giới -

Blaise Pascal

Ứng dụng của định luật Pascal

• Hệ thống phanh thủy lực của ô tô : Khi người

lái nhấn bàn đạp phanh, áp suất được truyền

qua chất lỏng trong hệ thống phanh đến các

phanh bánh xe Áp suất này được khuếch đại

và tác dụng lên các má phanh, giúp dừng xe

một cách hiệu quả.

• Kích thủy lực : Sử dụng định luật Pascal để

nâng các vật nặng với một lực nhỏ Khi một

lực nhỏ được tác dụng lên một diện tích nhỏ,

áp suất được truyền qua chất lỏng đến một

diện tích lớn hơn, tạo ra một lực lớn hơn để

nâng vật nặng.

• Máy ép thủy lực : Được sử dụng để ép, nén

hoặc tạo hình các vật liệu Áp suất được

truyền qua chất lỏng trong máy ép, tạo ra

lực lớn để thực hiện các công việc như ép

kim loại, ép nhựa, hoặc nén giấy.

Ứng dụng của định luật Pascal

• Ghế văn phòng, trong tiệm cắt tóc : Áp dụng

định luật Pascal để điều chỉnh độ cao dễ dàng

Khi bơm hoặc xả khí, áp suất được thay đổi

và ghế có thể nâng lên hoặc hạ xuống một

cách mượt mà.

• Bơm tay, bơm xe đạp : Khi chúng ta nhấn

xuống tay cầm của bơm, áp suất trong hệ

thống tăng lên, từ đó làm nổi lên chất lỏng

hoặc khí Định luật Pascal giải thích ràng áp

suất áp dụng lên một điểm trong chất lỏng

được truyền đến toàn bộ chất lỏng Do đó, khi

áp suất tăng trong bơm, chất lỏng hoặc khí

sẽ được bơm ra.

• Máy xúc : Sử dụng nguyên lý định luật Pascal

để tạo ra lực nâng mạnh mẽ Máy xúc sử

dụng áp lực từ hệ thống thủy lực để nâng và

di chuyển vật liệu năng trong quá trình xây

dựng, khai thác mỏ và các công trình công

nghiệp khác

Ứng dụng của định luật Pascal

• Ứng dụng trong y tế : Các thiết bị y tế như

máy đo huyết áp, máy thở và bơm tiêm tự

động đều hoạt động dựa trên nguyên lý của

định luật Pascal, giúp cải thiện chất lượng

chăm sóc sức khỏe và cứu sống nhiều mạng

người

• Máy đo huyết áp : Khi băng cốc được bơm

căng xung quanh cánh tay, máy đo áp suất

sẽ đo được áp suất trong băng cốc Định

luật Pascal giải thích cách áp suất trong

băng cốc được truyền đến mày đo áp suất,

từ đó cho kết quả đo áp suất huyết áp.

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

• Áp suất thủy tĩnh

Đây là áp suất tạo ra bởi trọng lượng của chất lỏng, hay đúng hơn là do lực hấp dẫn tác động lên chất lỏng Điều này có nghĩa là chất lỏng sẽ tác dụng một lực nào đó lên một vật tùy thuộc vào độ sâu của vật trong chất lỏng, bất kể chuyển động của nó Áp suất thủy tĩnh có một định nghĩa đơn giản dựa trên độ sâu bên dưới bề mặt chất lỏng h, gia tốc trọng trường g và khối lượng riêng của chất lỏng ⍴ :

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Cảm biến đo mức dạng thả chìm hay còn gọi là cảm biến đo mức nước thủy tĩnh, cảm biến áp suất thủy tĩnh dùng để đo lường liên tục mực nước hay các loại chất lỏng tương tự nước Bất kỳ một chất lỏng nào trong bình chứa, hồ chứa đều tạo áp suất lên đáy bình, đáy hồ Việc đo

áp suất tại điểm đó cho phép chúng ta tính toán được mức cao của bồn chứa nước, hồ nước.

Cảm biến đo áp suất thủy tĩnh

Cấu tạo: Gồm cảm biến có ống thông và đoạn dây dài nối với đồng hồ đo áp suất

• Áp suất thủy tĩnh

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Nguyên

lí hoạt động

Nguyên lý hoạt động cảm biến áp

suất thủy tĩnh

Ứng dụng

• Áp suất thủy tĩnh

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Trong cơ học chất lưu (khí hoặc lỏng) , phát biểu rằng, trong một chất lưu đứng yên trong một bình kín, một sự thay đổi áp suất ở một phần được

truyền mà không bị mất mát đến mọi phần của chất lỏng và đến thành bình chứa, được gọi là định luật Pascal

Một ứng dụng điển hình của nguyên lý Pascal đối với khí và chất lỏng là thang máy ô tô được thấy ở nhiều trạm dịch vụ (Kích thủy lực) Áp suất không khí tăng lên do máy nén khí tạo ra được truyền qua không khí đến bề mặt dầu trong một bể chứa ngầm Đến lượt mình, dầu truyền áp suất đến

piston, giúp nâng ô tô lên Áp suất tương đối thấp tạo ra lực nâng lên piston gần bằng áp suất không khí trong lốp ô tô Thủy lực được sử dụng bởi các thiết bị hiện đại từ rất nhỏ đến rất lớn.

• Định luật Pascal

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Công thức Pascal được tóm tắt trong phương trình đơn giản này:

Áp suất = Lực chia cho Diện tích (P = F/A)

Hoặc, tùy thuộc vào những gì bạn muốn tính toán, bạn có thể hoán đổi các đơn vị xung quanh

Lực = Áp suất tác dụng nhân với Diện tích của pít-tông (F = P x A)

• Định luật Pascal

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Trong hình bên dưới, diện tích của mỗi pittông là như nhau Chúng ta cũng biết rằng theo Định luật Pascal, áp suất là hằng số trong toàn bộ chất lỏng

Do đó, lực đầu ra sẽ bằng với lực ban đầu được áp dụng và mỗi pittông sẽ di chuyển cùng một khoảng cách.

Sơ đồ cho thấy Định luật Pascal được áp dụng cho hai

kích thước pít-tông/pi-tông bằng nhau

• Định luật Pascal

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Bây giờ chúng ta hãy xem điều gì xảy ra khi diện tích bề mặt của pít-tông khác nhau Như hình 2 bên dưới cho thấy, định luật Pascal cho chúng ta biết rằng áp suất bên trong chất lỏng là bằng nhau trên toàn bộ.

Vì vậy, nếu pít tông thứ hai (A2) có diện tích bề mặt hoạt động lớn hơn pít tông thứ nhất mười lần (A1), lực kết quả sẽ lớn hơn mười lần Lưu ý rằng pít tông thứ hai sẽ không di chuyển xa bằng pít tông thứ nhất nhỏ hơn

• Định luật Pascal

Phân tích cách các nguyên lý được sử dụng trong một hệ thống hoặc thiết bị cụ thể

Định luật Pascal áp dụng cho hai diện tích bề mặt pít-tông có kích

thước khác nhau

• Định luật Pascal

Câu 3: Ứng dụng phương trình Bernoulli Nhóm b ạn hãy thảo luận về

ph ương trình Bernoulli và ứng dụng thực tế của nó trong kỹ thu ật và đời sống Đ ồng thời, hãy lựa chọn một ứng dụng cụ thể

để phân tích sâu hơn về nguyên lý hoạt động.

Thảo luận về phương trình bernoulli

Phương trình Bernoulli được dùng cho

dòng chảy lý tưởng chuyển động ổn định,

áp dụng khi chất lỏng không có độ nhớt,

và không bị mất năng lượng do ma sát

Nguyên tắc chính: Tổng năng lượng của

chất lỏng tại mọi điểm trên một đường

dòng là không đổi, nếu chất lỏng chảy qua

một ống hẹp vận tốc tăng nhưng áp suất

giảm Đây là hiệu ứng Bernoulli

Giả định của dòng chảy lý tưởng: Không

có ma sát giữa chất lỏng và thành ống,

không có tổn thất năng lượng do nhiễu

loạn dòng chảy, không có thay đổi nhiệt

độ làm thay đổi mật độ chất lỏng

Dạng cơ bản của phương trình Bernoulli

Thảo luận về phương trình bernoulli

• Áp dụng định luật 2 Newton cho phần

tử này theo phương chuyển động

(phương của vận tốc v), ta có:

• Chia cả hai vế cho ρA:

• Nên phương trình trở thành

• Lấy tích phân phương trình này, ta có

• Nếu ta xét tại 2 vị trí bất kì của dòng chảy, ta có:

Đây là dạng cơ bản của phương trình Bernoulli

Thảo luận về phương trình bernoulli

• Ý nghĩa của phương trình Bernoulli:

Vì thế, ta có thể xem tổng của ba số hạng này

là năng lượng toàn phần của dòng chảy

Ứng dụng thực tế của phương trình Bernoulli

trong thực tế và đời sống

• trong kỹ thuật

Định luật Bernoulli được áp dụng rất nhiều trong

các hoạt động thực tế của xã hội hiện đại ngày

nay, từ áp suất tĩnh, áp suất động, đo lưu lượng

dòng chảy, đo tốc độ,… Trong công nghiệp, định

luật Bernoulli được áp dụng trong các loại động

hồ đo lưu lượng (hay lưu lượng kế) kiểu chênh áp

Đồng hồ lưu lượng: Trong sản xuất

công nghiệp, để so sánh áp suất

giữa hai điểm và tính toán lưu

lượng chảy trong đường ống hay

bồn nước thì người ta phải dùng

các loại đồng hồ đo lưu lượng Từ

đó, định luật Bernoulli được áp

dụng để trở thành một lưu lượng

kế, đo chênh áp giữa hai điểm

Trong các ngành công nghiệp chế tạo máy móc, khi bạn cần đo áp suất giữa hai khu vực để tìm ra một tỷ lệ hoàn toàn cho động cơ, việc sử dụng định luật này là một điều cần thiết Với nguyên tắc bảo toàn năng lượng, chúng ta dễ dàng tính được áp suất tại các điểm bất kỳ trong chế tạo máy

móc

Ứng dụng để nâng máy bay: Theo nguyên lý hoạt

động, khi cất cánh, máy bay sẽ có dòng khí chảy

xung quanh cánh và dòng khí phía trên cánh luôn

lớn hơn dòng khí dưới cánh, nó tạo nên một sự

chênh lệch về áp suất (theo định luật của Bernoulli)

và tạo ra một lực mạnh mẽ nâng máy bay lên

khi có sự chênh lệch áp suất giữa trên và dưới cánh

máy bay, dòng khí sẽ di chuyển từ nơi có áp suất

cao đến nơi có áp suất thấp, điều này tạo nên lực

nâng máy bay Áp dụng phương trình Bernoulli

chúng ta cũng có thể tính được vận tốc của máy bay

khi nó hoạt động

Thêm vào đó, nếu cánh máy bay càng rộng thì sẽ hỗ

trợ lực nâng càng lớn, do đó tốc độ cất cánh sẽ nhỏ

Nó giống như việc chúng ta cần ít lực hơn để đưa

máy bay lên không trung, thời gian cất cánh sẽ

nhanh hơn

Ứng dụng thực tế của phương trình Bernoulli

trong thực tế và đời sống

• trong kỹ thuật