chương 3 động học và động lực học chất lỏng

THÔNG SỐ CƠ BẢN3 Vận tốc: Velocity Thông số cơ bản Phân loại chuyển động Đặc trưng thủy lực  Vận tốc điểm tức thời : là vận tốc của một phần tử chất lỏng tại một vị trí nhất định trong

Trang 1

Chương 3 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

CHẤT LỎNG

DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Chất lỏng chuyển động sẽ xuất hiện ứng suất tiếp  thành phần lực tác dụng lên

bề mặt gồm áp suất và lực nhớt  tổn thất năng lượng

Trang 2

THÔNG SỐ CƠ BẢN

3

Vận tốc: (Velocity)

Thông số cơ bản Phân loại chuyển động Đặc trưng thủy lực

 Vận tốc điểm tức thời : là vận tốc của một phần tử chất lỏng tại một vị trí nhất

định trong dòng chảy, tại một thời điểm xác định

u



( , , , )

u   u x y z t 

 Vận tốc trung bình thời gian : là giá trị trung bình của vận tốc điểm tức thời

trong thời gian T

 Vận tốc trung bình trên tiết diện ướt : là giá trị trung bình trên một tiết diện

ngang của dòng chảy

 Trong chất lỏng lý tưởng, áp suất thủy động có tính chất giốngáp suất thủy tĩnh

 Trong chất lỏng thực, áp suất thủy động khácáp suất thủy tĩnh, hướng vào mặt

tác dụng, nhưng không vuông gócvới nó

X

pY

Trang 3

 Phương pháp Lagrange : nghiên cứu chuyển động của từng phần tử chất lỏng

 Phương pháp Euler : nghiên cứu chuyển động của toàn dòng chảy tại những vị

trí cố định trong dòng chảy đó

Trong thực tế, phương pháp Euler được sử dụng rộng rãi hơn phương pháp Lagrange

PHÂN LOẠI CHUYỂN ĐỘNG

Thông số cơ bản Phân loại chuyển động Đặc trưng thủy lực

 Dòng chảy một-, hai-, và ba chiều (One-, Two-, and Three

Dimensional Flows) : là dòng chảy được mô tả bằng một-, hai-,

Trang 4

 Dòng chảy không dừng( Unsteady Flows) : là dòng chảy mà các thông số động

học của nó phụ thuộc cả vào tọa độ không gian và thời gian

( , , , )

u  u x y z t p  p x y z t ( , , , )    ( , , , ) x y z t

 Dòng chảy dừng ( Steady Flows) : là dòng chảy mà các thông số động học của

nó chỉ phụ thuộc vào tọa độ không gian, không phụ thuộc vào thời gian

 Dòng chảy đều : là dòng chảy mà sự phân bố vận tốc điểm trên tiết diện ngang

dọc theo dòng chảy không đổi

 Dòng chảy không đều : là dòng chảy mà sự phân bố vận tốc điểm trên tiết diện

ngang dọc theo dòng chảy thay đổi

Trang 5

 Dòng chảy có áp: là dòng chảy điền đầy ống dẫn, không tồn tại mặt thoáng

 Dòng chảy không áp : là dòng chảy không điền đầy ống dẫn, xuất hiện mặt

thoáng tự do

 Dòng chảy xoáy : là dòng chất lỏng chuyển động và các phần tử quanh xung

quanh trục đối xứng đi qua nó

- Vận tốc chuyển động quay xung quanh trục đối xứng

 Dòng chảy không xoáy : là dòng chất lỏng chuyển động và các phần tử

không quay

0

Trang 6

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CỦA DÒNG CHẤT LỎNG

11

 Đường dòng (Streamline) : là đường cong có tiếp tuyến tại mọi điểm trên nó

trùng với vectơ vận tốc điểm tức thời tại điểm đó

x

u ds

O z

 Ống dòng (Stream Tube) : là ống được tạo thành bởi vô số các đường dòng tựa

lên một vòng kín vô cùng nhỏ

 Dòng nguyên tố : là dòng chất lỏng chảy đầy trong ống dòng

Một dòng chảy hữu hạn có thể xem là tập hợp của vô số các dòng nguyên tố

Trang 7

 Hàm dòng (Stream Function) : 

Trong dòng chảy 2 chiều (x,y), hàm dòng được định nghĩa như sau:

xu y

Trang 8

Thông số cơ bản Phân loại chuyển động Đặc trưng thủy lực

 Tiết diện ướt, ký hiệu S, đơn vị m2- tiết diện vuông góc với tất cả các đường

dòng của dòng chảy

Trang 9

Thông số cơ bản Phân loại chuyển động Đặc trưng thủy lực





 Lưu lượng : là lượng chất lỏng đi qua tiết diện ướt trong một đơn vị thời gian

 Lưu lượng trọng lượng, ký hiệu G, đơn vị là N/s

 Lưu lượng thể tích, ký hiệu Q, đơn vị là m3/s

PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC

KHÁI NIỆM CƠ BẢN CÁC PT CB PT BERNOULLI TỔN THẤT NL

PT liên tục PT Euler thủy động PT Navier – Stokes MD Hemholtz

Trang 10

Phương trình liên tục dưới dạng tích phân

Dọc theo dòng chảy, lưu lượng là không đổi

PHƯƠNG TRÌNH EULER THỦY ĐỘNG

PT liên tục PT Euler thủy động PT Navier – Stokes MD Hemholtz

R( R , R , R )



O y z

x

a 

Xét phần tử chất lỏng hình hộp

chữ nhật có các cạnh là dx,dy,dz

Chịu tác dụng của lực khối FVvà

lực mặt FS, astt tại tâm là p

Chuyển động với vận tốc u 

Phương trình biểu diễn chuyển động của chất lỏng lý tưởng

Trang 11

KHÁI NIỆM CƠ BẢN PT Euler TT ỨNG DỤNG ÁP LỰC TT

Thiết lập phương trình Ý nghĩa

Phương trình Euler thủy động

Hệ phương trình Euler thủy động

1

X

du p R

PHƯƠNG TRÌNH NAVIER – STOKES

PT liên tục PT Euler thủy động PT Navier – Stokes MD Hemholtz

Trang 12

PHƯƠNG TRÌNH NAVIER – STOKES

PT liên tục PT Euler thủy động PT Navier – Stokes MD Hemholtz

 Đối với chất lỏng không nén được

Trang 13

MỆNH ĐỀ HEMHOLTZ

25

PT liên tục PT Euler thủy động PT Navier – Stokes MD Hemholtz

Biểu diễn phương trình chuyển động xoáy từ phương trình Navier – Stokes

PT Bernoulli PT động lượng PT momen động lượng

Dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng chuyển động dừng

Dòng NT chất lỏng lý tưởng chuyển động không dừng

Dòng NT chất lỏng thực chuyển động dừng

Dòng NT chất lỏng thực chuyển động không dừng

Toàn dòng chất lỏng thực chuyển động dừng

Trang 14

PT Bernoulli cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng chuyển động

z







Trong trường hợp lực khối chỉ có trọng lực :

Trang 15

Ý nghĩa vật lý của các số hạng trong phương trình

Ý nghĩa thủy lực của các số hạng trong phương trình

Trang 16

PT Bernoulli cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng chuyển động

PT Bernoulli cho dòng nguyên tố chất lỏng thực chuyển động dừng

- Tổn thất năng lượng đơn vị

t

h  H  H

Trang 17

Đường đo áp : là đường biểu diễn sự thay

đổi của thế năng đơn vị hay cột áp tĩnh

u g

2 22

u g

Đường đo áp Đường năng

Đường năng : là đường biểu diễn sự thay

đổi của tổng cơ năng đơn vị hay tổng cột

PT Bernoulli cho dòng nguyên tố chất lỏng thực chuyển động

Trang 18

PT Bernoulli cho toàn chất lỏng thực chuyển động dừng

 Dòng chảy chịu tác dụng của lực khối là trọng lực

 Dòng chảy đều hoặc biến đổi chậm

Trang 19

PT Bernoulli cho toàn chất lỏng thực chuyển động không dừng

Các lưu ý khi sử dụng PT Bernoulli

 Chọn 2 tiết diện trên đó biết nhiều thông số trong phương trình nhất

Trang 20

PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG

39

PT Bernoulli PT động lượng PT momen động lượng

PT động lượng cho dòng nguyên tố chuyển động dừng

PT Bernoulli PT động lượng PT momen động lượng

PT động lượng cho toàn dòng chất lỏng chuyển động dừng

Trang 21

PHƯƠNG TRÌNH MOMEN ĐỘNG LƯỢNG

41

PT Bernoulli PT động lượng PT momen động lượng

Khái niệm cơ bản

Khái niệm cơ bản Tổn thất dọc đường Tổn thất cục bộ

Tổn thất năng lượng: trong dòng chảy gồm hai dạng sau:

 Tổn thất năng lượng dọc đường : là phần năng lượng tiêu hao dọc theo

đường di chuyển của dòng chảy

d

h

 Tổn thất năng lượng cục bộ : là phần năng lượng tiêu hao dọc xảy ra tại một

vài vị trí cục bộ trong dòng chảy mà tại đó có sự cản trở chuyển động của chất lỏng

c

h

h   h   h

Trang 22

Thí nghiệm của Reynolds về hai trạng thái dòng chảy

Trạng thái chảy tầng(laminar) : chất lỏng

chuyển động thành từng lớp riêng biệt,

không xáo trộn lẫn nhau

Trạng thái chảy rối (turbulent) : chất lỏng

chuyển động hỗn loạn, có sự tương tác với

nhau

: vận tốc khi dòng chảy chuyển từ tầng sang rối

Đối với ống dẫn tròn có đường kính d:

Đối với ống dẫn không tròn có bán kính thủy lực Rh:

v

Trang 23

: trạng thái dòng chảy là tầng (chảy tầng)

Re  2320

Đối với ống dẫn tròn có đường kính d:

Đối với ống dẫn không tròn có bán kính thủy lực Rh:

Re  2320 : trạng thái dòng chảy là rối (chảy rối)

ReR  580: trạng thái dòng chảy là tầng (chảy tầng)

ReR  580 : trạng thái dòng chảy là rối (chảy rối)

Tổn thất năng lượng dọc đường

Công thức Darcy:

Đối với ống dẫn tròn có đường kính d:

22

d

l v h

l - Chiều dài ống dẫn trên đó xảy ra tổn thất

v - Vận tốc trung bình trên tiết diện ướt

Trang 24

Hệ số ma sát dọc đường

Hệ số ma sát dọc đường phụ thuộc vào trạng thái của dòng chảy( số Re) và tính

Xét dòng chảy rối trong ống tròn đường kính d

 Nếu : chảy rối thành trơn thủy lực

 Nếu   t : chảy rối thành nhám không hoàn toàn

 Nếu t   : chảy rối thành nhám hoàn toàn

Trang 25

Đồ thị Nicuratze

Mục đích: Xác định với các ống tròn có độ nhám tương đối khác nhau ( thay đổi

r



 1 360 1 60 1 126

1(Re)

f



: Khu vực quá độ từ tầng sang rối

: Khu vực chảy rối thành trơn thủy lực

(Re, )

f r

Chảy rối thành nhám

ko hoàn toàn

Chảy rối thành nhám hoàn toàn

64 Re

 

 Chảy rối thành trơn thủy lực (Công thức Blasius): 0,25

0,3164Re



 Chảy rối thành nhám không hoàn toàn (Công thức Autosun):

0,25

100 0,1(1, 46 )





Trang 26



Trong đó:

 - Hệ số ma sát cục bộ

v - Vận tốc trung bình trên tiết diện ướt, thường lấy ở hạ lưu vật cản

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	1,78 MB