Giáo trình Cơ sở thủy khí và máy thủy khí với mục tiêu giúp các bạn có thể hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy thủy khí thông dụng sử dụng trong ngành kỹ thuật máy lạnh; Giải thích được những kiến thức cơ bản về quy luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng, chất khi những kiến thức về máy thuỷ khí. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 07 năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí “ biên soạn dựa chương trình mơn học mơn “Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí” giảng dạy cho khối cao đẳng, trung cấp ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Nhằm giúp người học có tài liệu học tập dùng tài liệu để tham khảo tính tốn tổn thất lượng cho mạng nhiệt, tính tốn cơng suất bơm quạt máy nén Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đồng nghiệp bạn giúp chúng tơi hồn thiện giáo trình Tài liệu biên soạn khơng trách khỏi thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý kiến để tài liệu hoàn thiện Chân thành cảm ơn Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Lam Nguyễn Văn An i MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU i CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển 1.2 Ứng dụng 2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN 2.1 Một số tính chất đễ nhận biết 2.2 Khối lượng riêng trọng lượng riêng 2.3 Tính nén tính giãn nở nhiệt 2.4 Tính nhớt 2.5 Chất lỏng thực, chất lỏng lý tưởng CHƯƠNG 2: THỦY TĨNH HỌC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ÁP SUẤT TĨNH 1.1 Lực tác dụng lên chất lỏng 1.2 Áp suất thủy tĩnh 1.3 Hai tính chất áp suất thủy tĩnh 10 1.4 Phương pháp cân thuỷ tĩnh 11 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUỶ TĨNH 11 2.1 Mặt đẳng áp 12 2.2 Phương trình thuỷ tĩnh học 12 2.3 Áp suất biều đồ phân bố áp suất 13 TÍNH TƯƠNG ĐỐI 14 3.1 Bình chứa chất lỏng chuyển động thẳng thay đổi (gia tốc a = conts)14 3.2 Bình chứa chất lỏng quay với vận tốc góc ω = conts 15 TÍNH ÁP LỰC THỦY TĨNH 16 4.1 Xác định áp lực tác động lên hình phẳng 16 4.2 Xác định áp lực tác động lên hình cong 17 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THUỶ TĨNH HỌC 18 5.1 Định luật Acsimet – sở lý luận vật 18 5.2 Định luật Patscal ứng dụng thực tế 21 ii CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG 23 MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỊNH NGHĨA 23 1.1 Đường dòng 23 1.2 Đường nguyên tố dòng chảy 24 1.3 Mặt cắt ướt, chu vi ướt, bán kính thủy lực 24 1.4 Lưu lượng 25 1.5 Vận tốc trung bình mặt cắt ướt 25 MỘT SỐ ĐỊNH LÝ CƠ BẢN 26 2.1 Phân loại chuyển động 26 2.2 Gia tốc lưu chất 27 CÁC DẠNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 27 3.1 Phương trình liên tục dòng nguyên tố 27 3.2 Phương trình liên tục tồn dịng chảy 28 CHƯƠNG 4: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG 30 PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG 30 1.1 Phương trình chuyển động chất lỏng lý tưởng (phương trình Ơle thủy động) 30 1.2 Các phương trình Bernulli cho chất lỏng lý tưởng 31 1.3 Ý nghĩa phương trình Bernulli 32 CÁC DẠNG PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG THỰC 33 2.1 Phương trình Bernulli dòng nguyên tố chất lỏng thực 33 2.2 Phương trình Bernulli tồn dịng chất lỏng thực 33 2.3 Một số ứng dụng phương trình Bernulli 34 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG VÀ MƠMEN ĐỘNG LƯỢNG 37 3.1 Phương trình động lượng 37 3.2 Phương trình mômen động lượng 37 3.3 Ý nghĩa thủy động học 37 3.4 Ứng dụng phương trình động lượng 38 CHƯƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG 39 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRONG DÒNG CHẢY 39 1.1 Hai trạng thái chảy chất lỏng 39 1.2 Quy luật tổn thất lượng dòng chảy 42 DÒNG CHẢY TRONG ỐNG TRÒN 42 iii 2.1 Dòng chảy tầng ống 42 2.2 Dòng chảy rối ống 43 CHẢY TẦNG TRONG CÁC KHE HẸP 43 3.1 Dòng chảy hai phẳng song song 43 3.2 Dòng chảy dọc trục hai trụ tròn 44 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THUỶ ĐỘNG 44 4.1 Dòng chảy hai mặt phẳng song song 44 4.2 Bơi trơn hình nêm 44 4.3 Bôi trơn ổ trục 44 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG 46 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TỐN ĐƯỜNG ỐNG 46 1.1 Phân loại 46 1.2 Những cơng thức dùng tính tốn thủy lực đường ống 47 BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN 47 2.1 Tính H1 biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tương đối) 47 2.2 Tính Q biết H1, H2, l, d, n 47 2.3 Tính d biết H1, H2, Q, l, n 48 2.4 Tính d, H1 biết H2, Q, l, n 48 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP 48 3.1 Hệ thống đường ống nối tiếp 48 3.2 Hệ thống đường ống nối song song 49 3.3 Hệ thống đường ống phân phối liên tục 50 3.4 Hệ thống đường ống phân nhánh hở 50 3.5 Hệ thống đường ống vịng kín 51 BÀI TẬP TÍNH TỐN ĐƯỜNG ỐNG 51 4.1 Phương pháp dùng hệ số đặc trưng lưu lượng K 51 4.2 Phương pháp đồ thị để tính tốn đường ống 51 4.3 Va đập thủy lực đường ống 51 CHƯƠNG 7: NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỒ THỊ KHÍ NÉN 53 NHIỆT VÀ CÔNG 53 1.1 Công 53 1.2 Nhiệt lượng 54 1.3 Nhiệt dung riêng 54 iv KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 54 2.1 Khái niệm 54 2.2 Quá trình nhiệt động 55 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẤT CÔNG TÁC 56 3.1 Nhiệt độ 56 3.2 Áp suất chất khí 56 3.3 Thể tích riêng 56 3.4 Nội chất khí 57 3.5 Năng lượng đẩy 57 3.6 Entanpi - nhiệt hàm 58 3.7 Entropi 58 CAC DỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CHẤT KHI 59 4.1 Định luật nhiệt động thứ 59 4.2 Các trình nhiệt động 60 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 60 5.1 Các chu trình nhiệt động 60 5.2 Chu trình carnot 61 5.3 Định luật nhiệt động thứ hai 61 5.4 Các hệ định luật nhiệt động thứ hai 62 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG VÀ THỰC TẾ MÁY NÉN PITTƠNG 62 6.1 Khái niệm 62 6.2 Chu trình lý tưởng thực tế máy nén pittông 63 CHƯƠNG 8: KHÁI NIỆM VỀ BƠM 65 KHÁI NIỆM 65 1.1 Định nghĩa 65 1.2 Các thông số làm việc 66 PHÂN LOẠI 69 2.1 Phạm vi sử dụng 69 2.2 Phân loại 69 CHƯƠNG 9: BƠM LY TÂM - BƠM HƯỚNG TRỤC 72 BƠM LY TÂM 72 1.1 Khái niệm phân loại bơm ly tâm 72 1.2 Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm ly tâm 73 v 1.3 Các thông số bơm ly tâm 74 BƠM HƯỚNG TRỤC 75 2.1 Khái niệm phân loại bơm hướng trục 75 2.2 Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm hướng trục 75 2.3 Các thông số bơm hướng trục 77 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP 78 3.1 Các ví dụ 78 3.2 Bài tập 81 CHƯƠNG 10: BƠM THỂ TÍCH 83 KHÁI NIỆM 83 1.1 Khái niệm chung 83 1.2 Các thông số làm việc bơm thể tích 83 BƠM PISTON 85 2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 85 2.2 Phân loại 87 2.3 Cách tính lưu lượng bơm piston 89 BƠM ROTO 90 3.1 Khái niệm chung 90 3.2 Bơm bánh 90 3.3 Bơm trục vít 91 3.4 Bơm cánh gạt 92 3.5 Bơm chân khơng vịng nước 93 BƠM PITTON – ROTO 94 4.1 Khái niệm chung 94 4.2 Bơm piston - roto hướng kính 94 4.3 Bơm piston - roto hướng trục 95 vi Là đường cong vectơ vận tốc điểm trùng với tiếp tuyến với đường cong điểm Từ ta suy cách vẽ đường dòng vẽ đường cong tiếp tuyến với vec tơ vận tốc điểm không gian Cần phân biệt quỹ đạo với đường dòng: Quỹ đạo đặc trưng cho biến thiên vị trí phần tử chất lỏng theo thời gian, đường dòng biểu diễn phương vận tốc phần tử chất lỏng thời điểm chuyển động dừng chúng trùng 1.2 Đường nguyên tố dòng chảy - Các đường dịng tựa lên vịng kín vơ nhỏ ta ống dòng, chất chảy đầy ống gọi dịng ngun tố, chất lỏng khơng thể xuyên qua ống dòng 1.3 Mặt cắt ướt, chu vi ướt, bán kính thủy lực - Mặt cắt ướt mặt cắt ướt nguyên tố: (dw, W) mặt cắt thẳng góc với tất đường dịng (dịng ngun tố) - Chu vi ướt: () đường tiếp xúc mặt cắt ướt thành vắn giới hạn dòng chảy - Bán kính thuỷ lực: (Rh) tỉ số mặt cắt ướt chu vi ướt: Rh = W/ Trường hợp dịng chảy có áp ống ta có: Rh = W/ = 24 d2 4d = d 1.4 Lưu lượng - Lưu lượng: lượng lưu chất chảy qua mặt cắt ướt đơn vị thời gian: Lưu lượng thể tích (m3/s): dQ, Q Lưu lượng trọng lượng (N/s) : Lưu lượng khối lượng (kg/s) : dG, G, (G = .Q) dM, M, (M = .Q) Lưu lượng dòng nguyên tố: dQ lượng chất lỏng chuyển động qua mặt cắt ướt nguyên tố đơn vị thời gian Được tính theo cơng thức: dQ = u.dW Trong : u : Vận tốc thực dịng nguyện tố (m/s) dW: Diện tích mặt cắt ướt (m2) Tích phân vế theo quy luật phân bố vận tốc tiết diện ướt Nên ta dùng vận tốc trung bình mặt cắt ướt: v (m/s) Q = v.w suy v = Q/w = const Lưu lượng tồn dịng lưu lượng khảo sát tên vận tốc trung bình chuyển động tồn dịng chảy với diện tích mặt cắt ướt 1.5 Vận tốc trung bình mặt cắt ướt Vận tốc chất lỏng điểm định dòng chảy gọi vận tốc điểm tức thời (ký hiệu u) Đại lượng thường thay đổi hướng lẫn cường độ theo thời gian nên việc xác định phức tạp Trong thủy khí kỹ thuật ta thường dùng vận tốc trung bình theo thời gian ký hiệu u u= u.dt T (T) Đối với chuyển động dừng chất lỏng thực dịng có kích thước hữu hạn thường dùng vận tốc trung bình thiết diện ướt ký hiệu vtb vtb = u.dS S (S ) 25 Đối với dịng khí ngồi vận tốc, áp suất ta phải xét đến thông số trạng thái Sự thay đổi thơng số vị trí dịng chảy phụ thuộc vào trình MỘT SỐ ĐỊNH LÝ CƠ BẢN 2.1 Phân loại chuyển động * Theo thời gian: chuyển động chia làm hai loại: Chuyển động dừng (chuyển động ổn định): yếu tố chuyển động biến đổi theo không gian không biến đổi thời gian: u = u (x, y, z) hay /t = Chuyển động không dừng (chuyển động không ổn định): yếu tố chuyển động biến đổi theo không gian thời gian: u = u (x, y, z, t) hay /t * Theo phân bố vận tốc (trong chuyển động dừng): Dòng chảy phân bố vận tốc mặt cắt dọc theo dịng chảy giống (khơng đổi) Ngược lại dịng chảy khơng * Theo giá trị áp suất: Dịng chảy có áp dịng chảy khơng có mặt thống, cịn dịng chảy khơng áp dịng chảy có mặt thoáng Chuyển động đổi dần: chuyển động mà đường dòng gần song song xem chuyển động Chuyển động đổi gấp: chuyển động yếu tố chuyển động thay đổi đột ngột dọc theo chiều dòng chảy Chuyển động chiều hay gọi chuyển động thẳng 26 Chuyển động chiều hay gọi chuyển động mặt phẳng Chuyển động chiều hay gọi chuyển động khơng gian Chuyển động xốy chuyển động phân tử chất lỏng chuyển động quay quanh trục tức thời qua thân chất lỏng chuyển động khơng xốy ngược lại 2.2 Gia tốc lưu chất du u Theo Lagrange: có u = u ( xo ; y o ; z o ; t ) → gia tốc a = = dt t CÁC DẠNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 3.1 Phương trình liên tục dịng ngun tố Phương trình liên tục tổng quát: Viết dựa phương trình bảo tồn khối lượng + 𝑑𝑖𝑣( 𝑢 ⃗)=0 𝑡 Đối với dòng chuyển động ổn định chất lỏng không nén = const: 𝜕𝜌 𝜕𝑡 = => 𝑝hương trình 𝑑𝑖𝑣𝑢 ⃗ = 𝑢𝑥 𝑥 + 𝜕𝑢𝑦 𝜕𝑦 + 𝜕𝑢𝑧 𝜕𝑧 =0 Xét dòng nguyên tố chuyển động ổn định = const xét đoạn giới hạn mặt cắt - – 2: Tại mặt cắt - có mặt cắt ướt dw1, vận tốc u1 Tại mặt cắt - có mặt cắt ướt dw2, vận tốc u2 Trong khoảng thời gian dt Thể tích chất lỏng chảy qua - u1dw1dt Thể tích chất lỏng chảy qua - u2dw2dt Vì ta có: u1dw1dt = u2dw2dt 27 Hay: u1dw1 = u2dw2 Hay: dQ1 = dQ2 Đây phương trình liên tục dịng ngun tố 3.2 Phương trình liên tục tồn dịng chảy Muốn lập phương trình liên tục tồn dịng chảy khoảng thời gian xác định ứng với mặt cắt w ta mở rộng phương trình liên tục dịng ngun tố thành tồn dịng cách tích phân hai vế : u dw = u dw 1 w1 2 w2 Suy Q1 = Q2 Hay v1.w1 = v2.w2 Trong dòng chảy lưu lượng qua mặt cắt ướt vận tốc trung bình ln tỉ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ướt Phương trình Becnully cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng chuyển động ổn định: Đây phương trình Becnully chất lý tưởng chuyển động ổn định môi chất không nén Đối với chất lỏng thực, có phần lượng tiêu hao để thắng lực ma sát, cho nên: 𝑝1 𝑢12 𝑝2 𝑢22 𝑧1 + + > 𝑧2 + + 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 𝑝1 𝑢12 𝑝2 𝑢22 𝑧1 + + = 𝑧2 + + + ℎ′𝑤1−2 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 h’w1 - 2: Tổn thất cột áp (ý nghĩa thủy lực) Tổn thất lượng đơn vị (ý nghĩa lượng) dòng nguyên tố chuyển động từ vị trí – 2 Phương trình cho tồn dịng: Phương trình Becnully cho tồn dịng sau : 28 𝑝1 𝛼1 𝑣12 𝑝2 𝛼2 𝑣22 => 𝑍1 + + = 𝑍2 + + + ℎ′𝑤1−2 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 𝛼= 𝐸𝑢 𝐸𝑣 Eu: Động tính theo vận tốc điểm Ev: Động tính theo vận tốc trung bình : Được gọi hệ số điều chỉnh động (đưa vào có phân bố vận tốc khơng mặt cắt ướt) =2 : dịng chảy tầng = 1,01 1,1: dòng chảy rối = : dịng chảy rối có giá trị bé v1,v2 : Vận tốc trung bình mặt cắt 1-1,2-2 Phương trình phương trình Becnully cho tồn dịng chất lỏng thực Lưu ý : việc mở rộng phương trình Becnully khơng phải loại dịng chảy làm được, ta tiến hành mở rộng điều kiện dòng chảy biến đổi chậm Trong trường hợp chuyển động tương đối chuyển động khơng dừng (chuyển động khơng ổn định) trường hợp tổng qt phương trình Becnully viết cho tồn dịng chất lỏng thực ngồi hạng mục phương trình nêu ta phải thêm thành phần tổn thất cột áp qn tính CÂU HỎI ƠN TẬP Các định nghĩa số định lý động học chất lỏng Phương trình liên tục dịng ngun tố Phương trình Becnully cho dịng ngun tố chất lỏng lý tưởng chuyển động ổn định Phương trình cho tồn dịng 29 CHƯƠNG 4: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG Mã chương: MH 32-04 Giới thiệu: Thuỷ động lực học (hay động lực học chất lỏng).Nghiên cứu qui luật đặc trưng chuyển động chất lỏng ứng dụng quy luật vào thực tiễn sản xuất Nhiệm vụ chủ yếu thuỷ động lực học xác lập liên hệ trị số đặc trưng cho chuyển động vận tốc dòng chảy U, độ sâu h áp suất thuỷ động p sinh chất lỏng chuyển động Cần ý áp suất thuỷ động có hướng khác tuỳ theo chất lỏng ta nghiên cứu chất lỏng thực hay chất lỏng lý tưởng Trong chất lỏng lý tưởng áp suất thuỷ động hướng theo pháp tuyến mặt chịu tác dụng ; chất lỏng thực áp suất thuỷ động hướng vào mặt tác dụng, khơng hướng theo pháp tuyến, tổng hợp thành phần ứng suất pháp tuyến thành phần ứng suất tiếp tuyến lực nhót gây Mục tiêu: Kiến thức: + Hiểu phương trình chuyển động chất lỏng Kỹ năng: + Viết phương trình vi phân chuyển động chất lỏng lý tưởng chất lỏng thực dạng phương trình Bernulli cho chất lỏng lý tưởng + Viết phương trình động lượng phương trình mơ men động lượng + Trình bày Định lý Ơle Định lý Ơle + Giải tập Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Cẩn thận, tỉ mỉ, xác có tư khoa học Nội dung chính: PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG 1.1 Phương trình chuyển động chất lỏng lý tưởng (phương trình Ơle thủy động) 30 Trong trạng thái tĩnh ta có phương trình Ơle thủy tĩnh 𝐹− ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑝 = 𝑔𝑟𝑎𝑑 Khi lưu chất chuyển động ta có thêm lực qn tính trạng thái cân bằng: Vì theo nguyên lý động lực học ( định luật Newton) 𝐹− ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑝 = 𝑔𝑟𝑎𝑑 𝑑𝑢 ⃗ 𝑑𝑡 (1) Phương trình vi phân chuyển động chất lỏng lý tưởng chiếu lên trục tọa độ: 𝐹𝑥 − 𝑑𝑝 𝑑𝑢𝑥 = 𝜌 𝜕𝑥 𝑑𝑡 𝐹𝑦 − 𝑑𝑢𝑦 𝑑𝑝 = 𝜌 𝜕𝑦 𝑑𝑡 𝐹𝑧 − 𝑑𝑝 𝑑𝑢𝑧 = 𝜌 𝜕𝑧 𝑑𝑡 (2) (1) & (2): Được gọi phương trình Ơle thủy động Chất lỏng chuyển động thẳng hay đều: u = const nên du/dt = 0, phương trình Ơle thủy động trở thành phương trình Ơle thủy tĩnh Chất lỏng chuyển động ống có độ cong khơng đáng kể Nếu chọn mặt phẳng oyz thẳng góc với trục ống dịng vectơ vận tốc u gia tốc du/dt thẳng góc với mặt phẳng oyz Từ ta có: du y dt = du du z = 0; x dt dt Vậy mặt cắt ướt ống dịng có độ cong khơng đáng kể áp suất phân bố theo quy luật thủy tĩnh 1.2 Các phương trình Bernulli cho chất lỏng lý tưởng Lấy tích phân Becnoulli cho phương trình Euler thủy động (2) điều kiện cụ thể thường gặp: chất lỏng chuyển động dừng (ổn định) lực khối tác dụng chỉ có trọng lực 31 Vậy viết cho vị trí 1& đường dịng ta được: 𝑝1 𝑢12 𝑝2 𝑢22 𝑧1 + + = 𝑧2 + + 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 Đây phương trình Becnully chất lý tưởng chuyển động ổn định môi chất không nén 1.3 Ý nghĩa phương trình Bernulli Về mặt lượng: Cơ đơn vị dịng chảy ln ln số điểm Về mặt hình học: Cột áp thủy động ln ln số điểm Đại lượng Ý nghĩa thủy lực Ý nghĩa lượng Z Độ cao hình học Vị đơn vị 𝒑 ⁄𝜸 Đô cao đo áp Áp đơn vị 𝒑 𝒛 + ⁄𝜸 Cột áp thủy tĩnh Thế đơn vị 𝒖𝟐 𝟐𝒈 Độ cao vận tốc Động đơn vị 𝒖𝟐 𝒑 𝒛 + ⁄𝜸 + 𝟐𝒈 Cột áp thủy động Cơ ( NL) đơn vị 32 CÁC DẠNG PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG THỰC 2.1 Phương trình Bernulli dòng nguyên tố chất lỏng thực Đối với chất lỏng thực, có phần lượng tiêu hao để thắng lực ma sát, cho nên: 𝑝1 𝑢12 𝑝2 𝑢22 𝑧1 + + > 𝑧2 + + 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 𝑝1 𝑢12 𝑝2 𝑢22 𝑧1 + + = 𝑧2 + + + ℎ′𝑤1−2 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 h’w1 - 2: Tổn thất cột áp (ý nghĩa thủy lực) Tổn thất lượng đơn vị (ý nghĩa lượng) dịng ngun tố chuyển động từ vị trí - 2.2 Phương trình Bernulli tồn dịng chất lỏng thực Coi tồn dịng vơ số dịng ngun tố, Tại mặt cắt ướt có dịng chảy đổi dần Viết phương trình Becnully cho tồn dịng cách viết phương trình Becnully cho dG trọng lượng, sau tích phân tồn mặt cắt, nghĩa nhân phương trình với dG = .dQ sau tích phân => 𝑍1 + 𝑝1 𝛼1 𝑣12 𝑝2 𝛼2 𝑣22 + = 𝑍2 + + + ℎ′𝑤1−2 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 𝛼= 𝐸𝑢 𝐸𝑣 Eu: Động tính theo vận tốc điểm Ev: Động tính theo vận tốc trung bình : Được gọi hệ số điều chỉnh động (đưa vào có phân bố vận tốc không mặt cắt ướt) =2 : dòng chảy tầng = 1,01 1,1: dòng chảy = : dịng chảy rối có giá trị bé v1,v2 : Vận tốc trung bình mặt cắt 1-1,2-2 rối 33 Phương trình phương trình Becnully cho tồn dịng chất lỏng thực Lưu ý : việc mở rộng phương trình Becnully khơng phải loại dòng chảy làm được, ta tiến hành mở rộng điều kiện dòng chảy biến đổi chậm Trong trường hợp chuyển động tương đối chuyển động không dừng (chuyển động không ổn định) trường hợp tổng quát phương trình Becnully viết cho tồn dịng chất lỏng thực ngồi hạng mục phương trình nêu ta cịn phải thêm thành phần tổn thất cột áp quán tính 2.3 Một số ứng dụng phương trình Bernulli Khi vận dụng cần ý: Chọn mặt cắt, chọn điểm, chọn mặt chuẩn cho phù hợp Mặt cắt chọn để viết phương trình phải vng góc với dịng chảy Mặt chuẩn phải mặt phẳng ngang Hai điểm chọn nằm đường dịng Áp suất tính theo áp suất tuyệt đối dư, vế phương trình phải thống loại Kiểm tra trạng thái dòng chảy để chọn trị số thích hợp Chú ý chiều dịng chảy tính tổn thất lượng: hw dương tính xi theo dịng chảy Năng lượng đơn vị mặt cắt thượng lưu lớn mặt cắt hạ lưu a Ống pitto: Sử dụng ống đo áp ống pitto dạng chữ L đặt vào dịng chảy hình vẽ Ống đo áp cho ta giá trị z + p/ Ống pitto dâng cao đoạn H = u2/2g Từ ta suy ra: u = gH 34 Vì kết hợp ống lại với nên ta nói ống pitto dùng để đo vận tốc b Ống Ventury: Là dụng cụ dùng để đo lưu lượng dòng chảy ống, gồm đoạn ống hình thu hẹp đoạn ống hình mở rộng ghép với đoạn ống ngắn hình trụ Đặt hai ống đo áp, đầu hình (mặt cắt 1) đầu hình trụ ( mặt cắt - 2) Vận dụng cách chọn mặt cắt, điểm mặt chuẩn viết phương trình Becnully bỏ qua tổn thất lượng: p1 v12 p2 v22 + = + 2g 2g Ở hệ số hiệu chỉnh động 1, 2 = xem dòng chảy rối có giá trị bé Đồng thời ta có phương trình liên tục cho tồn dịng: w1 D2 = v1 Q1 = Q2 suy v2 = v1 w2 d Thay vào phương trình ta có được: p1 − p2 p v12 D = = − 1 g d d4 p d4 v1 = 2g = g.h 4 4 D − d D − d Hay: p1 − p2 = h Là độ chênh hai độ cao đo áp, lưu lượng chất lỏng qua lưu lượng kế bằng: 35 D d4 Q = v1 w1 = g.h = K h D4 − d Dựa vào công thức muốn xác định lưu lượng chảy qua lưu lượng kế chỉ cần đo độ chênh h tính lưu lượng Đối với chất lỏng thực có tổn thất hw1−2 v12 = 2g Trong hệ số tổn thất cục Q = K1 h D 2 gd K1 = D − 1d + d c Biểu diễn hình học phương trình Becnoulli: Đường Đường đo áp 36 Đường trường hợp lưu chất lý tưởng đường thẳng nằm ngang, trường hợp lưu chất thực đường dốc xuống dọc theo dòng chảy Nếu dịng chảy (vận tốc khơng đổi) đường đường đo áp song song với Đường biểu diễn lượng đơn vị dòng chảy, cột áp thủy động Để đánh giá mức độ biến thiên lượng đơn vị dọc theo dòng chảy, ta xét tổn thất lượng đơn vị đơn vị chiều dài dòng chảy, gọi độ dốc thủy lực: 𝐽= ℎ𝑤 : Độ 𝑑ố𝑐 𝑡ℎủ𝑦 𝑙ự𝑐 𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑏ì𝑛ℎ 𝑙 Đường đo áp biểu diễn đơn vị dòng chảy cột áp thủy tĩnh PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG VÀ MƠMEN ĐỘNG LƯỢNG 3.1 Phương trình động lượng Trong học lý thuyết ta nghiên cứu định lý biến thiên động lượng gọi định lý Ơle hay phương trình động lượng 𝑑(𝑚𝑢) =𝐹 𝑑𝑡 Hoặc m.∆u = F.∆t 3.2 Phương trình mơmen động lượng Là đại lượng đóng vai trị quan trọng động lực học chuyển động quay Tương tự nguyên lý bảo toàn động lượng, ta có ngun lý bảo tồn mơmen động lượng Mômen động lượng hệ cô lập không đổi Đối với mômen động lượng, hệ cô lập hệ khơng có mơmen ngoại lực tác dụng lên hệ Nếu có mơmen ngoại lực tác dụng lên hệ hệ khơng lập Giống định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo tồn mơmen động lượng định luật vật lý, có giá trị hệ tương đối lượng tử 3.3 Ý nghĩa thủy động học Phương trình động lượng dùng cho chất lỏng Ơle lập năm 1755 Đây phương trình thủy khí động lực, tốn khơng 37 thể giải phương trình Becnuli thường phải dùng đến phương trình động lượng 3.4 Ứng dụng phương trình động lượng Phương trình động lượng ứng dụng rộng rãi thủy khí động lực học: - Tính lực đẩy động phản lực tên lửa; - Tính cánh quạt máy bay, chân vịt tàu thuỷ; - Tính lực tác dụng lên cánh tua bin, cánh quạt; - Nghiên cứu tượng va đập thuỷ lực ống; - Nghiên cứu dòng chảy biến đổi gấp (như thu hẹp, mở rộng đột ngột) CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu phương trình chuyển động chất lỏng lý tưởng (phương trình Ơle thủy động) Phương trình Bernulli dịng ngun tố chất lỏng thực Phương trình Becnully dòng chất lỏng thực Cho biết vài ứng dụng dùng phương trình Becnully Phương trình động lượng Phương trình mơmen động lượng 38 ... chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh - Ý nghĩa vai trị mơn học: Là mơn học liên quan đến khối môn kỹ thuật sở có ngành kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Cơ sở thủy khí máy thủy khí mơn học sở quan trọng,... THIỆU Giáo trình ? ?Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí “ biên soạn dựa chương trình mơn học mơn ? ?Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí? ?? giảng dạy cho khối cao đẳng, trung cấp ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành Kỹ thuật. .. piston - roto hướng trục 95 vi GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ Mã mơn học: MH 32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Cơ sở thủy khí máy thủy