Máy thủy khí Giáo trình, bài giảng dành cho sinh viên Đại học, Cao đẳng

Máy thủy khí Giáo trình, bài giảng dành cho sinh viên Đại học, Cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)

L I NÓI U

Th y khí và máy th y khí là m t trong nh ng môn h c c s c a sinh viên

chuyên ngành c khí Hi n nay, trong nhi u l nh v c vi c ng d ng các lo i máy

th y khí đ c s d ng r t là r ng rãi và đóng vai trò quan tr ng trong s n xu t

Chính vì vây, đ giúp sinh viên n m đ c các nguyên lý ho t đ ng và tính toán các

thông s c a máy th y khí, tôi đã t p h p nhi u tài li u đ biên t p thành bài gi ng

này

Bài gi ng Th y khí và máy th y khí g m 8 ch ng, n i dung trình bày v lý

thuy t quy lu t chuy n đ ng c a ch t l ng và ch t khí, nguyên lý làm vi c c a các

lo i máy th y khí, cách tính toán các thông s c a các đ ng ng

Tôi hy v ng đây s là tài li u thi t th c cho các b n sinh viên chuyên nghành

Công Ngh K Thu t C Khí t i tr ng đ i h c Ph m V n ng h c t p và nghiên

c u môn h c Th y khí và Máy th y khí

Trong quá trình biên so n, ch c ch n tài li u không tránh kh i có nh ng sai

sót M i góp ý xin g i v đ a ch email sau: dmd2482004@yahoo.com Tôi xin

chân thành c m n

Ch t l ng còn đ c coi nh môi tr ng liên t c t c là nh ng ph n t ch t

l ng chi m đ y không gian mà không có kho ng tr ng r ng

t =

Ch t l ng có đ c tính không thay đ i th tích khi nhi t đ và áp su t thay

đ i Nh v y ch t l ng coi nh không nén đ c và không giãn ra d i tác d ng c a

nhi t đ Nên giá tr t r t nh nên trong tính toán có th b qua

1.2.4 S c c ng m t ngoài c a ch t l ng

cân b ng v i s c hút phân t c a ch t l ng t i vùng lân c n m t t do, vì

vùng này s c hút phân t c a ch t l ng không cân b ng nh vùng xa m t t do

Do đó có khuynh h ng gi m nh di n tích m t t do và làm cho m t t do có đ

cong nh t đ nh Do có s c c ng m t ngoài mà gi t n c có d ng hình c u

1.2.5 Tính nh t

Khi các l p ch t l ng chuy n đ ng, gi a chúng có s chuy n đ ng t ng đ i

và n y sinh ra tác d ng lôi đi kéo l i Hay nói cách khác gi a chúng sinh ra l c ma

sát, t o nên s chuy n bi n m t ph n c n ng c a ch t l ng thành nhi t n ng và

bi n đi L c ma sát này g i là l c ma sát trong Tính ch t n y sinh ra l c ma sát

Th y t nh h c nghiên c u nh ng v n đ v ch t l ng tr ng thái cân b ng,

t c là tr ng thái không có s chuy n đ ng t ng đ i gi a các phân t ch t l ng

Y u t th y l c c b n c a ch t l ng tr ng thái cân b ng là áp su t th y t nh

Ch t l ng có hai tr ng thái t nh: t nh t ng đ i và t nh tuy t đ i

Tr ng thái t nh tuy t đ i: là tr ng thái mà các phân t ch t l ng không có s

chuy n đ ng t ng đ i v i nhau c ng nh không có s chuy n đ ng t ng đ i v i

qu đ t

Tr ng thái t nh t ng đ i: là tr ng thái mà các phân t ch t l ng không có s

chuy n đ ng t ng đ i v i nhau nh ng có s chuy n đ ng t ng đ i v i qu đ t

Ta l y m t kh i ch t l ng đ ng cân b ng, n u chia c t kh i b ng m t m t

ph ng ABCD (hình 1.1) tùy ý và v t b ph n trên, mu n gi cho d i kh i đó

tr ng thái cân b ng nh c ta thay th tác d ng ph n trên lên ph n d i b ng m t h

- Ta tính dP tác d ng lên dS sau đó tích phân toàn ph n s tính đ c P

- Ph ng P vuông góc v i S, chi u h ng vào m t S

S S

0

0 S

ydS sin

S p hdS dS p dS h p pdS

dP

( p h ) S p S S

y sin S

p

P = 0 + γ α c = 0 + γ c = c

D y ydP y hdS y y sin dS sin y dS sin J

P = ∫ = ∫ γ = ∫ γ α = γ α ∫ = γ α

V i :

S y J dS y

c S

0 2

+ J0: Mômen quán tính trung tâm

+ JX: Mômen quán tính c a S quanh tr c Ox

Mà

D c

D c D

D y h S y y sin S y

Ta có đi m đ t c a D:

S y

J y y

c

0 c

Ta xét di n tích dS coi nh ph ng Ta có áp l c th y t nh tác d ng lên dS

đ sâu đ c xác đ nh :

dS h

dP = γ

Theo 3 tr c t a đ có:

x cx s

x s

x

x dP h dS h S P

x x

γ γ

∫

=

y cy s

y s

y

P

y y

γ γ

∫

=

V dS h dP

P

z

z s

( )

P

P y , P cos = y

( )

P

P z , P cos = z

i m đ t t i giao đi m c a ph ng l c P v i m t cong

1.5.3 M t đ ng áp

1.5.3.1 nh ngh a

M t đ ng áp là t p h p t t c các đi m có cùng giá tr áp su t nh nhau, áp

su t th y t nh t i m i đi m b t kì, đ u b ng nhau đ c g i là m t đ ng áp p=const

1.5.3.2 Tính ch t

- Hai m t đ ng áp khác nhau không th c t nhau

- L c th tích tác d ng lên m t đ ng áp th ng góc v i m t đ ng áp

1.6 PH NG TRÌNH LE T NH

Xét m t kh i ch t l ng cân b ng trong hình h p v i các c nh dx,dy, dz đ t

trong h t a đ Oxyz , đi m M là tr ng tâm ch u áp su t th y t nh p(x,y,z) nh sau:

p 2

1 p

1 p

L c kh i theo ph ng Ox:

x x

x m a dx dy dz a

F = = ρ

Ph ng trình cân l c theo ph ng Ox:

0 P P

Fx + x + x ' =

Chi u theo ph ng tr c Ox ta có:

0 P P

Fx + x ' − x =

x

p a dz dy dx

δ

δ ρ

0 x

p 1

ax − =

δ

δ ρ

T ng t cho 2 tr c Oy, Oz ta có:

0 y

p 1

ay − =

δ

δ ρ

0 z

p 1

az − =

δ

δ ρ

p 1 a

0 y

p 1 a

0 x

p 1 a

z y x

δ

δ ρ

δ

δ ρ

δ

δ ρ

= +

z

p dy y

p dx x

p 1 dz a dy a dx

δ

δ δ

δ δ

δ ρ

Hay: ax dx ay dy az dz 1 dp

ρ

= +

z p

=

= +

( )

γ

γ

γ γ

h p p

z z p p

z

p z p

0 A

A 0 0 A

A A 0 0

+

=

− +

=

+

= +

dp

dz g dy a 0

dp

1 dz a dy a dx

+

ρ ρ

ρ

ρ

T i y=0, z=0 thì C=pa áp su t t i m t thoáng ch t l ng

Phân b áp su t t i m i đi m trong ch t l ng có d ng sau:

z g y a p

p = 0 − ρ − ρ

Ph ng trình m t đ ng áp: p=const, dp=0 nên :

C z g y a 0 dz g dy

C z g y

x 2 p

dp

dz g dy y dx x

dp

1 dz a dy a dx a

2 2

2 2 2

2

2

z y

=

→

=

− +

= +

+

ρ

ω ρ

ρ

ω ρ

ρ ω

ω

ρ

T i x=0, y=0, z=0 thì C=p0 áp su t t i m t thoáng ch t l ng nên:

0 2

2

p z g r 2

p = ρ ω − ρ +

Ph ng trình m t đ ng áp p=const, nên dp=0 có d ng nh sau:

0 z g r 2 2

2

=

ω ρ

ây là m t parabolit tròn xoay quanh tr c Oz

c kí hi u pd xác đ nh theo công th c:

p d = p - p a (1.13) Trong đó:

Áp su t t i m t đi m có th đo b ng chi u cao c t cao ch t l ng k t đi m

đang xét đ n m t thoáng c a c t ch t l ng đó Ta có th dùng đ cao c t ch t l ng

đ bi u th các lo i áp su t tuy t đ i, áp su t d và áp su t chân không nh sau:

- h=p/ bi u th cho áp su t tuy t đ i, g i là đ cao đo áp su t tuy t đ i

- h du =p du / bi u th cho áp su t d , g i là đ cao đo áp d

- h ck =p ck / bi u th cho áp su t chân không, g i là đ cao đo áp su t chân

không

n v tính là m

Trong công th c trên = 9810 (N/m3) đ i v i n c, còn áp su t khí tr i p a =

98100 (N/m2) (còn g i là átm tphe k thu t) M t átm tphe k thu t t ng đ ng

v i c t n c cao: h=10m Tr s chân c c đ i đ c l y b ng m t átm tphe k thu t

1.9 NGUYÊN T C BÌNH THÔNG NHAU NH LU T PASCAL VÀ NG

D NG

1.9.1 nh lu t Pascal

nh lu t Pascal đ c phát bi u nh sau: “ Trong m t bình kín ch a ch t

l ng tr ng thái t nh, áp su t do ngo i l c tác d ng lên m t thoáng ch t l ng đ c

truy n nguyên v n t i m i đi m trong ch t l ng”

Xét m t bình ch t l ng đ y kín b ng 1 piston, áp su t t i m t thoáng ch t

l ng là p0, áp su t t i 2 đi m đ xét 1 và 2 là: p1=p0 + h1 , p2=p0 + h2

N u ta nén piston b ng m t l c G đ t ng áp su t trên m t thoáng ch t l ng

lên có giá tr m i là: p0’=p0 + Ấp Thì áp su t t i 2 đi m đang xét s là:

p1’=p0’+ h1 , p2’=p0’+ h2 hay p1’=p0 + Ấp + h1 , p2’=p0 + Ấp + h2

Rõ ràng áp su t t i 2 đi m đang xét đ u t ng thêm 1 l ng là Ấp , nh v y áp

su t truy n nguyên v n đ n các đi m trong ch t l ng

Hình 1.12: Minh h a đ nh lu t Pascal

1.9.2 ng d ng c a đ nh lu t Pascal

Trong k thu t d a trên đ nh lu t Pascal ng i ta đã ch t o ra các thi t b

nh máy ép th y l c, máy tích n ng, máy t ng áp, kích…

Hình 1.13: Kích th y l c ng d ng đ nh lu t Pascal

Hình 1.14: S đ phân tích l c c a Kích th y l c

L c Q gây ra áp su t p1 t i xylanh nh có đ ng kính d.Áp su t này truy n

nguyên ven trong ch t l ng t o nên áp l c P2 trong xylanh l n có đ ng kính d Ta

có công th c tính áp l c P2:

1 2

d 4

P p

π

=

Nên áp l c P2đ c tính l i:

1 2

1.10 VÍ D VÀ BÀI T P

Ví d 1.1

M t toa tàu t ga, đi v i gia t c đ u, sau 3 phút đ t t i v n t c 30km/h Hãy

vi t ph ng trình m t t do c a n c đ ng trong toa tàu và m c n c h dâng lên

phía cu i toa tàu

F1 =γ C1ω =9810.8.70=5493

i m đ t:

m 833 , 8 70

8 12

93 , 53 sin 10 7 8 y

j y y

0 3

c

0 C 1

ω+ T phía trái:

2 2

0 0

2 2

67,6

93,53sin

C C C

C D

h

h y

j y

ω

L y mômen các l c tác d ng lên van đ i v i đi m B:

) 93 , 53 cos 5 ( 3000 ) 833 , 0 5 ( 5493600 67

, 6 5 686700

) 93 , 53 cos 5 ( ) 833 , 0 5 ( 67 , 6 5 0

0 2

2

0 1

2 2

C B

h h

G F

h F

Ch ng 2

2.1 NH NG KHÁI NI M C B N V TH Y NG

2.1.1 M c đích nghiên c u

Th y đ ng h c nghiên c u nh ng quy lu t chung v chuy n đ ng c a ch t

l ng mà không xét đ n các l c tác d ng lên ch t l ng Nhi m v c a th y đ ng h c

là xác đ nh m i liên h gi a nh ng tr s c b n đ c tr ng cho chuy n đ ng nh v n

t c dòng ch y, đ sâu, áp su t th y đ ng sinh ra trong ch t l ng chuy n đ ng

2.1.2 Phân lo i chuy n đ ng

C n c vào tính ch t ch y phân chuy n đ ng làm 2 tr ng h p : Chuy n

đ ng d ng và chuy n đ ng không d ng

2.1.2.1 Chuy n đ ng d ng

Có các y u t chuy n đ ng không bi n đ i theo th i gian

V n t c u = u(x,y,z); p = p(x,y,z); h = h(x,y,z) …

Trong chuy n đ ng d ng đ c chia ra:

Ch y đ u: V n t c c a dòng ch y là không đ i

Ch y không đ u: V n t c c a dòng ch y thay đ i

2.1.2.2 Chuy n đ ng không d ng

Có các y u t chuy n đ ng bi n đ i theo th i gian

V n t c u=u(x,y,z); p=p(x,y,z); h=h(x,y,z) …

Theo đi u ki n và nguyên nhân ch y ng i ta phân ra ch y có áp và ch y

không áp

Ch y có áp: Là ch y trong ng kín hay trong h th ng th y l c kín Ch y có

áp là do s chênh l ch v áp su t theo chi u dòng ch y

Tr c h t ta ph i làm quen m t s khái ni m v đ ng dòng, dòng nguyên

t , ng dòng

ng dòng: Là đ ng cong t i th i đi m cho tr c đi qua các ph n t ch t

l ng có vect v n t c là nh ng ti p tuy n c a đ ng y

Hình 2.1: Hình nh đ ng cong

ng dòng: Trong không gian ch a đ y ch t l ng chuy n đ ng, ta l y m t

đ ng cong kín gi i h n b i m t di n tích ds vô cùng nh , t t c các đ ng dòng đi

qua các đi m trên đ ng cong kín đó t o thành m t m t có d ng hình ng g i là ng

dòng

Hình 2.2: Hình nh ng dòng

Dòng nguyên t : Kh i l ng ch t l ng chuy n đ ng trong không gian gi i

h n b i ng dòng g i là dòng nguyên t

Dòng ch y:Trong không gian ch a đ y ch t l ng chuy n đ ng, ta l y m t

đ ng cong kín gi i h n b i m t di n tích h u h n w bao g m vô s di n tích dw

vô cùng nh , ngh a là t o ra vô s đ ng nguyên t T p h p nh ng dòng nguyên t

Trên th c t ch t l ng chuy n đ ng trong nh ng biên gi i r n, chu vi m t c t t có

b ph n là thành r n có b ph n không ph i là thành r n Chu vi t là b dài ph n

c) Dòng tia: là dòng ch y mà toàn b chu vi c a m t c t t không có b ph n nào

ti p xúc v i thành r n mà ti p xúc v i không khí ho c ch t l ng khác

2.3.4 Dòng ch y đ i d n và dòng ch y đ i đ t ng t

a) Dòng ch y đ i d n: là dòng ch y có các đ ng dòng g n nh nh ng đ ng

th ng song song nhau

b) Dòng ch y đ i đôt ng t: là dòng ch y có các đ ng dòng không th coi nh

nh ng đ ng th ng song song nhau

V 1 = 1 ω1

Th tích ch t l ng đi qua m t c t t 2-2 là V2 v i:

dt d v

V 2 = 2 ω2

Vì ch t l ng có tính không nén đ c và liên t c nên th tích ch t l ng đi

vào ph i b ng th tích ch t l ng đi ra đo n dòng đang xét trong cùng khoãng th i

v 1 ω1 = 2 ω2

2 2 1

2 2 1

v

ω ω

ω ω

2 2 1

V =Δ

( )

0 dt

V d

=Δ

V d V

1 dt

d 1

=

Δ

ρ ρ

Sau khoãng th i gian t thì ch t l ng qua m t ABCD d ch chuy n đo n

Th tích c a ch t l ng thay đ i theo h ng tr c Ox là:

dt dz dy dx x

u dt dz dy u dt dz dy dx x

v

x x

x

δ

δ δ

u dt dz dx u dt dz dx dy y

v

δ

δ δ

dt dz dy dx z

u dt dz dx u dt dy dx dz z

v

z z

δ δ

u y

u x

u V

=

δ

δ δ

δ δ

δ Δ

Hay vi t l i:

z

u y

u x

u dt

V d V

δ

δ δ

δ δ

δ Δ

Ta có ph ng trình liên t c c a dòng ch y nh sau:

0 z

u y

u x

u dt

d

=+++

δ

δ δ

δ δ

δ

ρ ρ

0 v div dt

u x

u v

δ

δ δ

δ δ

2 1 2

2

v v 2

V 2

v m 2

v m

K = Δ − Δ = ρ Δ −Δ

(2.8) Thành ph n W là th n ng c a ch t l ng do tr ng l c Wg và l c do áp su t

Wp gây ra

V i : W =W g +W p

) z z ( V g z

g m z

g m

Wg = Δ 1 − Δ 1 = − ρ Δ 2 − 1

V ) p p ( x A p x A p

W p = 1 1 Δ 1− 2 2 Δ 2 =− 2 − 1 Δ

V ) p p ( ) z z ( V g

W =−ρ Δ 2 − 1 − 2 − 1 Δ (2.9)

Hình 2.5: Ph ng trình Becnuli ch t l ng n đ nh

Thay 2.8 và 2.9 vào 2.7 :

(v v ) g V ( z z ) ( p p ) V 2

V

1 2 1

2 2

1 2

Δ

2 2 2

2 2 1 1

2

1 z g p v 2

1 z g

p +ρ + ρ = +ρ + ρ

2 2 2

2 2 1 1

g 2

1 p z v g 2

1 p

v p

z

2

=++

v p

z

2

++

v p z g 2

v p z

2 2 2 2

2 1 1

γ γ

t h ’ w1-2 là t n th t n ng l ng c a m t đ n v tr ng l ng ch t l ng khi

ch t l ng chuy n đ ng t m t 1-1 đ n m t 2-2 thì ta có:

' 2 1 w

2 2 2 2

2 1 1

g 2

v p z g 2

v p

v p z dQ g 2

v p

2 1 w

2 2 2 2

2 1 1

2 2

1

dQ h dQ g 2

v p z dQ g 2

v p

2 1 w

2 2 2 2

2 1 1 1

ω ω

ω

γ γ

γ

γ γ

γ

ω

1 1 1

1 1

1

p z Q dQ

p z dQ

p z

2 1

γ

ω

2 2 2

2 2

2

p z Q dQ

p z dQ

p z

2 2

Các tích phân này bi u th th n ng

2

dQ

2 1

w dQ Q h h

2

v dQ g 2

γ α γ

2 2 2 2

2

2 1 1 1

g 2

v Q

p z Q g 2

v Q

=+

α γ

γ

2 1 w

2 2 2 2 2

2 1 1 1

g 2

v p

z g 2

v p

v m d

m v

m v

m

1 2

th

v S

dS u

Tr s ph thu c vào phân b v n t c trong dòng ch y( 1,01-1,35)

Ph ng trình đ ng l ng cho toàn dòng ch y có th vi t l i nh sau:

s m 1 1 2

Q ⎜⎝⎛β −β ⎟⎠⎞= +

Q 2 2 1 1⎟=

2 2 1 1

g 2

1 p z v g 2

1 p

γ γ

2 2 a

a

v g 2

1 p 0 0

p

H + + = + +

γ γ

gH 2

v 2 =

i v i ch t l ng th c thì:

gH 2

v 2 =ϕ

V i : là h s l u t c

L u l ng qua l :

gH 2 s v s

Q= 2 = ϕ

Chi u ph ng trình theo ph ng ngang ta có:

H g 2 H g 2 s

R =ρ ϕ β2ϕ

H g s 2

v Q cos

v Q v Q

−

2 2

1 1

0

cos

cos Q cos

Q v Q R

α

α ρ

α ρ

h d: Là t ng t n th t d c đ ng c a dòng ch y

h c: Là t ng t n th t c c b c a dòng ch y

2.8.2 T n th t d c đ ng và t n th t c c b

2.8.2.1 T n th t d c đ ng

a) Nguyên nh n sinh ra t n th t d c đ ng

Ch y u là do ma sát gi a các phân t ch t l ng v i nhau Ngoài ra t n th t

l

h d

2

2

λ

= (2.17) Trong đó:

3164 , 0

a) Nguyên nhân gây ra t n th t c c b

Nguyên nhân ch y u là do s ma sát gi a các phân t ch t l ng v i nhau

- v: V n t c trung bình dòng ch y, l y m t c t tr c và sau n i t n

th t c c b

* i v i dòng ch y đ t ng t m r ng:

g 2

v S

S 1 h

2 1 2

v S

S 1 2

1 h

2 2 2

l

h d

2

Hình 2.11: Ch t l ng ch y trong b

Gi i:

Tính v n t c trung bình c a n c ch y ra kh i ng m t c t 3-3:

s m d

Q Q

025,0.14,3.3600

4.10

4

2 2

3 3

πω

C t n c c n thi t H, đ c xác đ nh t ph ng trình Becnuli, vi t cho m t

c t 0-0 và 3-3, l y m t chu n 0-0:

3 0

2 3 3 3 3

2 0 0 0 0

z g

v p

γ

α γ

Ta l y α0 =α3 =1,v0 ≈0,p0 = p avà theo gi thi t hw0-3 = 0

Ta có :

g

v p p

2 0

0

2 3

+ +

= + +

γ γ

Rút ra :

m g

v

H 1,63

81,9.2

65,52

2 2

=

v đ c đ ng đo áp, c n ph i xác đ nh v n t c trung bình và c t n c

v n t c các đo n ng 1 và 2:

s m

Q

05 , 0 14 , 3 3600

4 10

2 1

42,12

2 2

s m

Q

04 , 0 14 , 3 3600

4 10

2 2

21,22

2 2

Hãy xác đ nh n c dâng lên đ cao nào trong ng, n u m t đ u c a ng

đ c n i v i m t c t thu h p c a ng d n, còn đ u kia đ c th vào n c L u

l ng trong ng Q = 0,025 m3/s; áp su t d p1= 49.103Pa, các đ ng kính d1= 100

mm và d2= 50 mm (Hình v )

p g

v g

p

22

2 2 2 2 1

ρρ

2

4 1 2

2 2 1

2

4

d d g

Q g

p g

p

π ρ

ρ

m

7,205

,0

11

,0

114,3.81,9.2

025,0.1681,9.1000

10.49

4 4

2

2 3

Ta đ c chi u cao v i d u âm và chính là chi u cao chân không N c trong

ng s dâng lên chi u cao hck= 2,7 m