Trang 2 2thông tin cần biếtliệu tham khảo: Trang 3 3NỘI DUNG MÔN HỌCChương 1: Mở đầuChương 2: Tĩnh họcChương 3: Động họcChương 4: Động lực họcChương 5: Dòng chảy ổn định trong ống có áp
Trang 1BÀI GIẢNG
CƠ LƯU CHẤT
(CI2003)
PGS.TS LÊ SONG GIANG
Bm CƠ LƯU CHẤT
P 304 B4 lsgiang@hcmut.edu.vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp HCM
Trang 2thông tin cần biết
liệu tham khảo:
Giáo trình Cơ lưu chất (Bm CLC)
Bài tập Cơ lưu chất (Bm CLC)
và kiểm tra:
Hình thức: trắc nghiệm
Nội dung: gồm các câu hỏi lý thuyết và bài toán;
Thời gian:
• Kiểm tra: 50 phút;
• Thi: 90 phút
Tài liệu: Đề mở (1 tờ A4)
Pgs.Ts
Trang 3NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Tĩnh học
Chương 3: Động học
Chương 4: Động lực học
Chương 5: Dòng chảy ổn định trong ống có áp
Chương 6: Dòng chảy đều trong kênh hở
Chương 7: Chuyển động phẳng có thế
Chương 8: Lớp biên, lực cản, lực nâng
Trang 4Chương 1 MỞ ĐẦU
1 Định nghĩa, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2 Các tính chất vật lý của lưu chất
3 Lực tác dụng trong lưu chất
Trang 51.1 Định nghĩa môn học
Cơ Lưu Chất: Môn khoa học thuộc lĩnh vực Cơ học nghiên
cứu trạng thái tĩnh và chuyển động của chất lỏng, chất khí
và sự tương tác của nó với các vật thể khác
CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
3 Định luật Newton
3 Định luật bảo toàn
Trang 61 ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC, ĐỐI TƯỢNG VÀ PP N.CỨU (2/2)
1.2 Đối tương nghiên cứu
Chất lỏng và chất khí
Tính chất:
• Tính chảy -> Chất chảy được -> Lưu chất
• Tính không chịu lực cắt, lực kéo
Khác biệt giữa chất lỏng và chất khí là ở tính nén được, nhưng chỉ có ý nghĩa khi vận tốc đủ lớn (V > 0.3a) -> Khí động lực học: cho chất khí nén được
Các Định luật cơ học Đối tượng lưu chất
Phương trình mô
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Bài toán Cơ lưu chất
-> Phương pháp thực nghiệm
Pgs.Ts
1.4 Ứng dụng
Nơi nào có nước chảy, có gió thổi và ta muốn biết nước chảy và gió thổi như thế nào, ở đó có Cơ Lưu Ch
Trang 72 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LƯU CHẤT (1/3)
2.1 Khối lượng riêng ()
Khối lượng riêng: là khối lượng của một đơn vị thể tích lưu chất
V, m
A
ΔV
Δm lim
ρ
ΔV 0
Đ.lượng Nước K.khí T.ngân
, kg/m 3 1000 1,228 13,6.10
, N/m 3 9,81.10 3 12,07 133.10
P
V
dp V V
ΔV
Δp lim
E
ΔV
0 0
2.2 Suất Đàn hồi (E)
Đặc trưng cho tính nén được của lưu chất:
nRT
pV (R=8.314472 J.K-1 mol -1 )
T R
Hoặc (Rspecific= R/M =287.058 J.kg -1 K -1 cho k.khí khơ)
Đối với chất khí: phương trình khí lý tưởng
g
nước
Trọng lượng riêng:
Tỷ trọng:
Pgs.Ts
Trang 82 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LƯU CHẤT (2/3)
2.3 Độ nhớt (, )
Đặc trưng cho ma sát giữa các phần tử lưu chất trong chuyển động
, poise 1.10 -2 1,8.10
, stoke 0,01 0,15
Lưu chất Newton Lưu chất phi Newton
Lưu chất phi Newton
0
du/dy
Hai loại lưu chất: Newton và phi Newton
Độ nhớt động học:
dy
du
y
u
dy
du
const
Pgs.Ts
Trang 92 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LƯU CHẤT (3/3)
2.4 Sức căng bề mặt ()
Giả thiết tồn tại một màng mỏng trên bề mặt chất lỏng với sức căng σ
d
cos h
4
h
d
d
Bắt đầu sủi bọt
p V p
Bắt đầu vỡ bọt
2.5 Áp suất hơi bão hòa (pV)
Áp suất hơi: là phần áp suất của chất khí do các phần tử hơi gây ra
Áp suất hơi bão hòa: Áp suất hơi ở trạng thái mà quá trình bay hơi và ngưng tụ
cân bằng (bão hòa)
Hiện tượng sủi và vỡ bọt hơi:
• sủi bọt -> Đứt đoạn chân không
• vỡ bọt -> khí thực
Pgs.Ts
Trang 103 LỰC TÁC DỤNG TRONG LƯU CHẤT (1/2)
3.1 Lực tác dụng:
Lực tác dụng chỉ duy nhất là lực phân bố
Hai loại lực:
• Nội lực
• Ngoại lực
Nội lực có thể trở thành ngoại lực Tuy nhiên ta sẽ thường bỏ qua
nội lực
Ngoại lực gồm lực khối và lực mặt
g
F
a
F
r
F 2
Ví dụ:
V
f lim
F
0
V, V A
f
3.2 Lực khối
Định nghĩa: Là ngoại lực tác dụng lên mọi phần tử của thể tích lưu chất và tỷ lệ với khối lượng lưu chấ Thông số: - vector cường độ lực khối.F
Pgs.Ts
A
B
Trang 113 LỰC TÁC DỤNG TRONG LƯU CHẤT (2/2)
3.3 Lực mặt
Định nghĩa: Là ngoại lực tác dụng lên thể tích lưu chất thông qua bề mặt bao bọc và tỷ lệ với diện t mặt
zz zy
zx
yz yy
yx
xz xy
xx
x
x
z
y
z
ij ji
Tensor trạng thái ứng suất
S
f lim
0
S A
f
Thông số: - vector ứng suất
Ví dụ: - áp suất p
- ứng suất ma sát
p n
n
Pgs.Ts
Trang 123 LỰC TÁC DỤNG TRONG LƯU CHẤT (2/2)
Tính toán ứng suất trên mặt bất kỳ:
x
z
y
z
n
n
Pgs.Ts
Trạng thái ứng suất cầu:
Khi = 0
zz yy
xx
0 0
z z y
y x
x
n n n n
z zz y
yy x
xx
(1) =>
n i n j n k
n n
n zz
yy
(2) và (3) =>
a V S
S S
S F
V a
m
a S
V S
S S
S S
S F
S
V
n
n z
n
z y
n
y x
n
x
n
Trang 13VÍ DỤ
Ví dụ: Một thùng kín có thể tích là V=100l chứa đầy nước Hỏi thể tích nước V’ cần nén thêm vào bình là
nở thể tích thùng là α=0,01%/at
Giải
Pgs.Ts
V
V’
Δp
=>
Thể tích nước ban đầu:
Thể tích nước sau khi nén thêm:
Thay đổi thể tích nước:
Từ pt trạng thái:
V V p
p V
V V
p V dV
dp V E
.
'
0
p E
E p
V
V
Thay số:
l at
at
at at
at l
100 10
24 , 2
10 24 , 2
1 10 1 1 100
4 4
Trang 14VÍ DỤ
Giải
Pgs.Ts
Sử dụng pt trạng thái khí:
pV=const
Xem sơ đồ bài toán trên hình vẽ W
chính là thể tích khí đã sử dụng tính ở
áp suất khí trời:
V, p0
V, p1
V0, pa
V1, pa W, pa
Tính được:
l at
at at
l p
p p
V V
a
02 , 1
02 , 1 12
15
0
l at
at at
l p
p p
V V
a
02 , 1
02 , 1 3
15
1
Thể tích khí đã sử dụng:
Trang 15VÍ DỤ
tốc chuyển động của lớp nhớt
Giải
Pgs.Ts
Xét một phần tử nhớt hình khối hộp chữ nhật dài l, rộng b, có
đáy song song với mặt phẳng nghiêng và ở độ cao y Đáy của
phần tử chính là mặt trượt
y
t y
l
G
τ
G s
α (ρ,
Phần tử chuyển động đều nên:
F ms =G s
sin sin
. g l b t y G
b
l dy
du b
l dy
du b
l
F ms .
Phân tích:
t ydy
g
sin
P.trình cho lời giải:
2
max 2
t
y t
y u
2
max
Với