MỞ đầu và các TÍNH CHẤT của lưu CHẤT (cơ lưu CHẤT SLIDE)

PHÂN BIỆT LƯU CHẤT & CHẤT RẮN• Chất rắn « cứng » và khó biến dạng • Lưu chất « mềm » và dễ biến dạng có dạng của bình chứa lỏng Lưu chất khí plasma  Lưu chất chảy khi chịu tác dụng ví

CHẤT

 42 tiết (14 buổi × 3 tiết)

 Kiểm tra giữa kỳ (20%)

Tài liệu tham khảo

 Giáo trình Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)

 Bài tập Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)

 Introduction to Fluid Mechanics

 Mécanique des Fluides

PHÂN BIỆT LƯU CHẤT & CHẤT RẮN

• Chất rắn «  cứng » và khó biến dạng

• Lưu chất « mềm » và dễ biến dạng (có dạng của bình chứa)

lỏng

Lưu chất khí plasma

 Lưu chất chảy khi chịu tác dụng (ví dụ khi ta khuấy cà phê)

 Chất rắn bị biến dạng hay bị cong

Sức hút phân tử: rắn > lỏng > khí

ĐỊNH NGHĨA LƯU CHẤT

• Lưu chất được xem là một môi trường liên tục

• Lưu chất là một chất biến dạng liên tục khi chịu tác dụng của

lực cắt, dù rất nhỏ

Các tính chất của lưu chất như khối lượng riêng, nhiệt độ, áp suất,

vận tốc … là những hàm liên tục phụ thuộc vị trí và thời gian

ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC

• Môn Cơ học lưu chất nghiên cứu các qui luật đứng yên và

chuyển động của lưu chất và sự tương tác giữa lưu chất và vật rắn

 Ngược lại sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ ảnh

hưởng nhiều đến khối lượng riêng của chất khí

mkg

LFTML

mlim

3

4 - 2 3

0

♦ Trọng lượng riêng là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích lưu chất

2 2 3

2 - 2 - 3

-mN81,9m

Kgf

smKgm

N

TMLFL

ρ

=γ

3 C

4

@ nuoc C

4

@ nuoc C

4

@ nuoc

mkg

1000

o o

o

=

ργ

γ

=ρ

ρ

=δ

 ρ là khối lượng riêng (Kg/m3) (SI)

 T là nhiệt độ tuyệt đối (độ Kelvin OK)

 R là hằng số, phụ thuộc chất khí

M là phân tử khối của chất khí

TÍNH NHỚT

Ứng suất xuất hiện do đâu?

 Đối với chất rắn, ứng suất xuất hiện khi vật thể bị biến dạng đàn hồi

 Đối với lưu chất, ứng suất xuất hiện do nhớt

Vì thế người ta nói vật rắn đàn hồi, còn lưu chất nhớt

Tính nhớt của lưu chất thể hiện ở sự lơi đi kéo lại khi cĩ

chuyển động tương đối giữa các phần tử lưu chất

Phần tử lưu chất ở thời điểm,

Lực, dFx, Vận tốc, du

y

x y

x 0 A xy

dA

dF A

F lim

y

= δ

δ

=

τ

→ δ

dy

du dt

dy

dl dt

d t

lim 0

δ

δα

→ δ

TÍNH NHỚT (tt)

là các lưu chất

có ứng suất tiếp

tỉ lệ thuận với

suất biến dạng

newton là các lưu

chất có ứng suất

tiếp không tỉ lệ

thuận với suất

Suất biến dạng du/dy

τ

Newtonia n

Dilatant

Pseudoplasti c

Bingham plastic

TÍNH NHỚT (tt)

là các lưu chất

có ứng suất tiếp

tỉ lệ thuận với

suất biến dạng

newton là các lưu

chất có ứng suất

tiếp không tỉ lệ

thuận với suất

Suất biến dạng du/dy

τ

Newtonia n

Dilatant

Pseudoplasti c

Bingham plastic

TÍNH NHỚT (tt)

 τ : ứng suất tiếp, đơn vị N/m2 = Pa (SI)

 µ : độ nhớt tuyệt đối hay độ nhớt

động lực học, hay gọi tắt là độ nhớt

ν = µ / ρ : độ nhớt động học

Thứ nguyên [µ] = FTL-2 đơn vị

N.s/m2 = Pa.s

[ν] = L2T-1 đơn vị m2/s (SI)

 du/dy là suất biến dạng hay gradient

vận tốâc hay biến thiên vận tốc theo phương

vuông góc với chuyển đđộng

dy

du µ

=

TÍNH NHỚT (tt)

 Độ nhớt động lực học là một đặc tính của lưu chất liên quan đến ứng suất tiếp và chuyển động của lưu chất đó Với lưu chất Newton, độ nhớt là hằng số phụ thuộc loại lưu chất

 Độ nhớt sức hút phân tử

sự trao đổi động lượng giữa các phần tử lưu chất

 Độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ

nhiệt độ tăng.

 Độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng.

 Độ nhớt ít thay đổi theo áp suất

CT3 2

+

=µ

T / B

De

=µ

TÍNH NHỚT (tt)

Ví dụ 2: Chất lỏng newton (hệ số nhớt

1,9152Pa.s) chảy giữa 2 tấm phẳng song song, với vận tốc phân bố theo qui luật :

V là vận tốc trung bình

2

V 3 u

h

y h

TÍNH NHỚT (tt)

Giải:

Trên mặt tấm dưới:

Tại điểm giữa: y = 0 , du/dy = 0

2

V 3 u

dy

du µ

du

h y



 µ

du

0 y



µ

=τ

s / m 6 , 0 3 Pa 9152 ,

TÍNH NHỚT (tt)

Ví dụ 1: Một tấm phẳng chuyển động trên tấm phẳng thứ 2 với lớp chất lỏng bôi trơn ở giữa có chiều dày d =0,3mm

Với d nhỏ ta giả thiết rằng vận tốc của các lớp chất lỏng phân bố theo qui luật tuyến tính

Hệ số nhớt của chất lỏng là 0,65 centipoise và tỉ trọng là 0,88

Xác định: Ứng suất tiếp tại tấm phẳng trên và tấm phẳng dưới

d=0,3m m

V=0,3m/

s

y

TÍNH NHỚT (tt)

d=0,3m m

V=0,3m/ s

y

s Pa 10

65 , 0 centipoise

65 ,

=

µ

(0 , 65 10 Pa s)( 1000 s ) 0 , 65 Pa dy

d y

duoi



 µ

= τ

10 3

0

s m 3

0 d

V 0

d

0

V y

u dy

 Suất đàn hồi:

dp là sự thay đổi áp suất cần thiết để tạo sự thay đổi thể tích d∀ của thể tích ∀ Dấu –

vì khi áp suất tăng thì thể tích giảm Khi thể

nên khối lượng riêng tăng

 Tính nén (dãn) của chất khí:

 Quá trình nén đẳng nhiệt (T=const) của khí lý tưởng: p = ρRT ⇒ p/ρ = const

hay p∀ = const

 Quá trình nén đẳng entropi (quá trình nén không ma sát và không có sự

trao đổi nhiệt): p/ρ k = const

k là tỉ số nhiệt dung

ρρ

dpE

(k = cp cv ; R = cp −cv)

TÍNH NÉN (tt)

Lưu chất được xem là không nén được khi

khối lượng riêng thay đổi không đáng kể (ρ = const) Chất lỏng thường được xem là không nén được trong hầu hết các ứng dụng kỹ thuật

Ví dụ: Một xilanh chứa 0,1lít nước ở 20oC Nếu ép piston để thể tích giảm 1% thì áp suất trong xilanh tăng lên bao nhiêu?

Giải: Ở 20oC, suất đàn hồi của nước E = 2,2.109Pa

ρρ

E

100/

1

d∀ ∀ = −

Pa10

2,210

102

,2

dE

TÍNH NÉN (tt)

Vận tốc truyền âm trong lưu chất:

Đối với khí lý tưởng trong quá trình nén đẳng entropi:

Ví du:ï không khí ở 15,55oC(tức khoảng 60oF hay 288,55oK)

ρ

= ρ

d

dp c

TÍNH NÉN (tt)

0,2m3 chứa đầy nước ở điều kiện chuẩn Tìm gia tăng áp suất nước trong bình sau khi nén thêm vào ∀’= 2 lít nước ở cùng điều kiện chuẩn trong 2 trường hợp:

1) Bình được xem như tuyệt đối cứng

2) Bình dãn nở Thể tích bình gia tăng

10 18

,

2 202

, 0

002 ,

0 10

2 , 2

'

' E

E p

7 9

b

b b

∀

∀ +

( )

[1 p at ]b

pE

p

b

b

∀+

Pa 10 2 , 2 at

10 24 , 2 m

2 , 0 0001 ,

0

at 10 24 , 2 m

002 , 0

' at

E

at E ' at

p

3 4

3

4 3

b b

= +

∀ +

∀ α

∀

=

∆

ÁP SUẤT HƠI

† Aùp suất hơi của chất lỏng là áp suất cục bộ của phần hơi trên bề mặt tiếp xúc với chất lỏng bão hòa ở một

nhiệt độ nhất định

† Tại một số vùng nào đó trong dòng

giá trị áp suất hơi, chất lỏng sẽ sôi và tạo bọt Các bọt này khi vỡ sẽ gây tổn hại đến bề mặt của thành rắn gọi là hiện tượng xâm thực khí

SỨC CĂNG BỀ MẶT

ª Sức căng bề mặt σ là lực hút phân tử trên một đơn vị chiều dài của bề mặt chất lỏng

Thứ nguyên [σ]=F/L, đơn vị: N/m (SI)

ª Chênh lệch áp suất bên trong (i) và

bên ngoài (e) của vòng tròn diện tích

2 p

p

p = i − e = σ

∆ p π R 2 σLực tác dụïng lên nửa hạt chất lỏng

cos 2

h

γ

θ σ

=

SỨC CĂNG BỀ MẶT (tt)

ª Hiện tượng mao dẫn xuất hiện trong các ống nhỏ, tại mặt giao tiếp giữa rắn –

lỏng – khí, gây ra bởi sức căng bề mặt

ngân

SỨC CĂNG BỀ MẶT (tt)

Ví dụ: Aùp suất đôi khi được đo bằng cách đo độ cao cột chất lỏng trong ống thẳng

đứng Xác định đường kính nhỏ nhất của

ống thủy tinh sạch (θ ≈ 0o) sao cho độ dâng của nước (20oC) trong ống do hiện tượng

mao dẫn không quá 1mm

N9789

m/N0728,

02

mm 8

, 29 m

0298 ,

0 R

2