CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG
3. Phân loại chuyển động
3.1 Phân loại theo thời gian
3.2 Phân loại theo không gian
3.3 Phân loại theo tính chất của chất lỏng
3.3.1 Tính nhớt
3.3.2 Tính nén được
3. Phân loại chuyển động
3.1 Theo thời gian
CƠ HỌC CHẤT LỎNG VÀ MÁY - BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP 11
Phân loại chuyển động
3.2 Theo không gian
3D – ba chiều không gian: dòng khí chuyển động qua máy bay, qua xe hơi đang chạy, qua một quả bóng…có vận tốc với ba thành phần trong không gian x,y, z
2D – hai chiều không gian: các thông số chuyển động thay đổi theo hai chiều trong một mặt phẳng và xem như không thay đổi trong các mặt phẳng song song với mặt phẳng đó.
Ví dụ: nước chảy trong hai mặt phẳng song song với chiều thứ ba có thể xem là vô tận
1D - một chiều không gian: các thông số của dòng chuyển động chỉ phụ thuộc vào một chiều. Ví dụ: dòng chuyển động với vận tốc trung bình trong ống
3. Phân loại chuyển động
3.2 Theo không gian
Hầu hết dòng chuyển động trong tự nhiên là 3D.
Để tính toán, có thể giả thiết là dòng 2D hay 1D để có kết quả gần đúng và giảm được tính phức tạp của bài toán (giảm được số biến)
CƠ HỌC CHẤT LỎNG VÀ MÁY - BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP 13
3. Phân loại chuyển động
3.3 Theo tính chất chất lỏng tính nhớt
Dòng chuyển động không nhớt (không ma sát) – inviscid flow chuyển động của chất lỏng lý tưởng: hệ số nhớt μ = 0, không có lực ma sát nhớt cản trở chuyển động của phần tử chất lỏng giả thiết để đơn giản hoá bài toán hoặc khi tính nhớt ảnh hưởng ít đến chuyển động
Dòng chuyển động có nhớt – viscous flow chuyển động của chất lỏng thực: hệ số nhớt μ ≠ 0
Khi chất lỏng chuyển động qua biên rắn, lớp chất lỏng sát biên rắn (từ vài mm đến vài cm) (vùng lớp biên) là chất lỏng nhớt, xuất hiện ứng suất ma sát do tính nhớt theo định luật Newton. Các lớp chất lỏng ở ngoài lớp biên chịu ảnh hưởng lực ma sát không đáng kể có thể xem là chất lỏng lý tưởng
3. Phân loại chuyển động
3.3 Theo tính chất chất lỏng tính nhớt
Trong dòng chuyển động của chất lỏng thực có ma sát phân loại theo cấu trúc dòng chuyển động. Quan sát thực nghiệm, thí nghiệm Reynolds, cho thấy có 2 loại chuyển động:
Chuyển động tầng - laminar flow: chất lỏng chuyển động thành từng lớp, không hoà lẫn vào nhau
Chuyển động rối - turbulent flow: chất lỏng chuyển động hỗn loạn, vận tốc thay đổi liên tục cả về trị số và phương
Số vô thứ nguyên phân biệt hai trạng thái chuyển động này là số Reynolds
CƠ HỌC CHẤT LỎNG VÀ MÁY - BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP 15
3. Phân loại chuyển động
3.3 Theo tính chất chất lỏng tính nhớt
3. Phân loại chuyển động
3.3 Theo tính chất chất lỏng tính nén được
Chất lỏng không nén đượcρ≈const (khối lượng riêng ít phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ): chất lỏng; chất khí chuyển động vận tốc thấp
Chất lỏng nén đượcρ=ρ(x,y,z,t) ≠ const : chất khí chuyển động vận tốc lớn, khối lượng riêng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ
Số vô thứ nguyên phân biệt các trạng thái chuyển động theo tính nén được là số MACH
CƠ HỌC CHẤT LỎNG VÀ MÁY - BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP 17
v : vận tốc chuyển động của chất lỏng a : vận tốc âm thanh
3. Phân loại chuyển động
3.3 Theo tính chất chất lỏng tính nén được
Ma <0,3: dòng chảy không bị nén khi Ma < 0,3. Ảnh hưởng của lực nén lên dòng chảy là không đáng kể, có thể bỏ qua.
Ma ≥ 0,3 dòng chảy bị nén
Ma < 1: dòng chảy dưới vận tốc âm thanh
Ma ~ 1: chế độ lân cận vận tốc âm thanh. Ma > 1: dòng chảy siêu thanh
Ma >> 1: dòng chảy cực siêu thanh.
Thường thì khi Ma > 5 sẽ xuất hiện các biến đổi hóa tính của môi trường như ion hóa chất khí.
5
%
M<0.3: ρ thay đổi dưới 5%
Biến thiên khối lượng riêng theo số Mach
B. Low-density and free- molecule flows
AERODYNAMICS
A. Continuum flow
C. Viscous flow D. Inviscid flow
F. Compressible flow E. Incompressible flow
H. Transonic flow M=1 G. Subsonic
flow M<1
I. Supersonic flow 1<M<5
J. Hypersonic flow M>5