máy thủy khí thủy khí

Chương 1MỞ ĐẦU Những khái niệm cơ bản DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 3 Thủy khí Fluid mechanics là một môn học liên quan đến hoạt động của chất nước liquids và chất khí gases ở trạn

THỦY KHÍ

DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

GVGD: Phan Thành Long

Email : ptlong@dut.udn.vn

Số tín chỉ : 03 (Lý thuyết + Bài tập)

1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Thủy lực và Máy thủy lực – Nguyễn Phước Hoàng

2 Bài tập Thủy lực & Máy thủy lực – Ngô Vi Châu

3 Thủy khí động lực kỹ thuật 1,2 – Vũ Duy Quang

4 Fundamentals of Fluid Mechanics – R.Munson,

F.Young, H.Okiishi

Chương 1

MỞ ĐẦU (Những khái niệm cơ bản)

DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 3

Thủy khí (Fluid mechanics) là một môn học liên quan đến hoạt động

của chất nước (liquids) và chất khí (gases) ở trạng thái đứng yên hoặc

chuyển động.

nó là nhỏ?

…

chuyển động qua chúng ta?

4

MỤC ĐÍCH

Mục đích Đối tượng Phương pháp nghiên cứu

chuyển động

5

ĐỐI TƯỢNG

Đối tượng nghiên cứu là chất lỏng (fluids), chất lỏng bao gồm chất nước

và chất khí

 Chất nước(liquids): nước, dầu, cồn …

chất rắn…

 Chất khí(gases): không khí, hơi nước, hydrogen …

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hai cách tiếp cận để nghiên cứu những bài toán về thủy khí:

Lý thuyết : phương pháp giải tích và

phương pháp số

Thực nghiệm : xây dựng các mô hình tỷ lệ với thực tế, sử dụng các thiết bị đặc biệt

để thu được kết quả mong muốn

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

8

Một phương pháp điển hình để nghiên cứu về thủy khí:

một phần tử chất lỏng có hình dạng

 Thay thế ảnh hưởng của các chất lỏng

bao xung quanh bằng các lực tương

đương

chất lỏng này

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY KHÍ

9

Phan Thành Long

Archimedes

(287-212 B.C )

D Bernoulli

(1700-1782) L Euler

(1707-1783)

G G Stokes

(1819-1903)

L Prandtl

(1875-1953)

TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CHẤT LỎNG

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

 Có tính di động cao (do ảnh hưởng của cấu trúc phân tử)

 Không chống được lực kéo và lực cắt

 Có khả năng chống nén lớn, đặc biệt đối với chất nước

KHỐI LƯỢNG RIÊNG (Density)

11

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

 Khối lượng riêng: khối lượng của một đơn vị thể tích, ký hiệu là ρ, đơn vị kg/m3

M là khối lượng của chất lỏng (tính theo kg) chứa trong thể tích V (tính theo m3 )

còn chất khí thì ngược lại

M V

 Thể tích riêng (specific

volume), ký hiệu v, đơn vị

(m3/kg)

1





 (m3/kg)

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG (Specific Weight)

12

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

 Trọng lượng riêng: trọng lượng của một khối chất lỏng chứa trong một đơn vị thể

tích, ký hiệu γ, đơn vị N/m3

Trong tính toán kỹ thuật thường lấy giá trị g = 9,81 m/s2

.

G

g V

 Tỷ trọng(Specific gravity): tỷ số giữa trọng lượng riêng của chất lỏng so với

trọng lượng riêng của nước ở 4oC, ký hiệu δ

2 ,4o

H O C









(N/m3)

TÍNH NÉN (Compressibility )

13

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

 Tính nén: khả năng thay đổi thể tích của chất lỏng khi áp suất thay đổi, được

đặc trưng bởi hệ số nén βp(m2/N)

ΔV = V - V0 : sự thay đổi thể tích

V0 : thể tích ban đầu của chất lỏng

Δp = p - p0 : sự thay đổi áp suất

0

1

p

V

   

2/N)

 Mô đun đàn hồi (Bulk modulus) của chất lỏng, ký hiệu E, đơn vị N/m2:

1

p

E



Chất nước thường được xem không nén được, trong khi chất khí là nén được

TÍNH GIÃN NỞ NHIỆT

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

 Tính giãn nở nhiệt: khả năng thay đổi thể tích của chất lỏng khi nhiệt độ thay

đổi, được đặc trưng bởi hệ số giãn nở βt

ΔV = V - V0: sự thay đổi thể tích

ΔT = T - T0 : sự thay đổi nhiệt độ

0

1

t

V



TÍNH NHỚT (Viscosity)

15

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

Thí nghiệm và giả thuyết nhớt của Newton

 Tác dụng lên tấm trên lực F

 Tấm trên chuyển động với vận tốc đều V

 Xuất hiện lực f cùng độ lớn và ngược chiều F

h



16

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

 Chất lỏng giữa 2 tấm phẳng chuyển động với vận tốc u

 Lớp chất lỏng nằm sát bề mặt tấm phẳng trên

chuyển động với vận tốc u = V

y

u u( y ) V

h

 Lớp chất lỏng nằm sát bề mặt tấm phẳng

dưới đứng yên u = 0

Giả thuyết nhớt của Newton: khi chất lỏng chuyển động, nó chuyển động thành

từng lớp vô cùng mỏng trượt lên nhau xuất hiệnlực ma sát trong, gọi làlực nhớt

phần năng lượng tiềm tàng trong chất lỏng

(m/s)

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

Định luật Newton

dy



 T: lực nhớt trên tiết diện S

S: diện tích của tiết diên nơi xảy ra lực nhớt

μ : hệ số nhớt động lực

: gradient vận tốc theo phương y

du

dy

(N)

.

τ : ứng suất tiếp do lực nhớt gây ra

còn lại gọi là chất lỏng không Newton, ví dụ như hồ, sơn, chất dẻo

Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

Các loại hệ số nhớt

 Hệ số nhớt động lực (dynamic viscosity), ký hiệu μ , đơn vị Ns/m2

Các đơn vị khác: Poiseuille (P), Centi-poiseuille (cP)

 Hệ số nhớt động học (kinermatic viscosity), ký hiệu ν, đơn vị m2/s

Các đơn vị khác: Stoke (St), Centistoke (cSt)







Tính chất chung Tính nén Tính giãn nở nhiệt Tính nhớt

Sự phụ thuộc của độ nhớt vào áp suất và nhiệt độ

áp suấtnhưngphụ thuộc mạnh vào

nhiệt độ

nhiệt độ, còn chất khí thìngược lại

LỰC (Force)

20

Lực Chất lỏng lý tưởng

 Lực mặt (Surface force) FS: lựctác dụng lên cácbề mặt của phần tử chất lỏng,

tỷ lệ với diện tích mặt tác dụng

S S

F   pdS

 Lực khối(Volume force) FV: lựctác dụng lên mỗi phần tử chất lỏngvàtỷ lệ với

khối lượngcủa phần tử chất lỏng đó

V V

F    RdV

R = (RX, RY, RZ) gọi là gia tốc khối

CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG (Ideal Fluids)

21

Lực Chất lỏng lý tưởng

 Chất lỏng lý tưởng là loại chất lỏng mà độ nhớt bằng không ( μ = 0) và không

nén đượcdưới bất kỳ điều kiện nào