Bài giảng cơ học chất chương 1 pgs ts lê song giang

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp HCM BÀI GIẢNG CƠ LƯU CHẤT (CI2003) PGS.TS LÊ SONG GIANG Bm CƠ LƯU CHẤT P 304 B4 lsgiang@hcmut.edu.vn 1 hông tin cần biết Pgs.Ts iệu tham khảo: 2 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) NỘI 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 3 Chương 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 4 ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC, ĐỐI TƯỢNG VÀ PP N.CỨU (1/2) Pgs.Ts 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 lý thuyết Cơ học vật rắn biến dạng Cơ học đất Cơ lưu chất Thuỷ lực Khí động lực học … CƠ HỌC CỔ ĐIỂN 3 Định luật Newton 3 Định luật bảo toàn 5 ĐỊNH NGHĨA MÔN HỌC, ĐỐI TƯỢNG VÀ PP N.CỨU (2/2) Pgs.Ts 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 -> Khí động lực học: cho chất khí nén được 3 Phương pháp nghiên cứu Bài toán Cơ lưu chất Các Định luật cơ học Phương trình mô Giải u, p… Đối tượng lưu chất tả Phương pháp nghiên cứu = Phương pháp giải: -> Phương pháp giải tích -> Phương pháp thực nghiệm 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 Lư6u C CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LƯU CHẤT (1/3) Pgs.Ts 1 Khối lượng riêng () Khối lượng riêng: là khối lượng của một đơn vị thể tích lưu chất Δm A ρ  lim V, m ΔV 0 ΔV Trọng lượng riêng:   g Đ.lượng Nước K.khí T.ngân Tỷ trọng:     nöôùc , kg/m3 1000 1,228 13,6.10 , N/m3 9,81.103 12,07 133.10 2 Suất Đàn hồi (E) Đặc trưng cho tính nén được của lưu chất: P E   lim Δp  V dp V ΔV 0 ΔV V0 dV p Đối với chất khí: phương trình khí lý tưởng pV  nRT (R=8.314472 J.K-1mol-1) Hoặc p  RspecificT (Rspecific= R/M =287.058 J.kg-1.K-1 cho k.khí khô) 7 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LƯU CHẤT (2/3) Pgs.Ts 3 Độ nhớt (, ) Đặc trưng cho ma sát giữa các phần tử lưu chất trong chuyển động Định luật Newton về ma sát: y   du   const u dy  dy du Độ nhớt động học:    Hai loại lưu chất: Newton và phi Newton  Lưu chất phi Newton Lưu chất Newton Lưu chất phi Newton Đ.lượng Nước K.kh 0 , poise 1.10-2 1,8.10 , stoke 0,01 du/dy 0,15 8 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LƯU CHẤT (3/3) Pgs.Ts 4 Sức căng bề mặt () 9 Giả thiết tồn tại một màng mỏng trên bề mặt chất lỏng với sức căng σ d 4  cos  d h h d  h 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: p • sủi bọt -> Đứt đoạn chân không Bắt đầu sủi bọt • vỡ bọt -> khí thực pV Bắt đầu vỡ bọt LỰC TÁC DỤNG TRONG LƯU CHẤT (1/2) Pgs.Ts 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 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: F - vector cường độ lực khối   F  lim f A V0 V V, V  Ví dụ:   f • Trọng lực: Fg  • Lực quán tính: F  a  2  10 • Lực ly tâm: F   r LỰC TÁC DỤNG TRONG LƯU CHẤT (2/2) Pgs.Ts 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   Thông số:  - vector ứng suất f  A S  f   lim S0 S   Ví dụ: - áp suất p  p   n  n  - ứng suất ma sát  z Tensor trạng thái ứng suất  xx  xy  xz      yx  yy    ij   ji  yz  x  zx  zy  zz    x  11 y  z 3 LỰC TÁC DỤNG TRONG LƯU CHẤT (2/2) Pgs.Ts Tính toán ứng suất trên mặt bất kỳ: z         n  f  m.a  V F  S x x  S y y  S z z  S n n  V a n V  S x  S y  S z   V    F   x   y   z   n   a S n S n S n S n S n   0 -nx -ny -nz 0  z      n   xnx   yny   znz 12 (1)  y Trạng thái ứng suất cầu: Khi  = 0  xx 0 0        yy 0      zz  x     (1) =>  n   xxi nx   yy j.ny   zzk nz (2)    Cách khác:  n   nn   n nxi  ny j  nzk  (3) (2) và (3) =>  xx   yy   zz   n VÍ DỤ Pgs.Ts 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 nhiêu để áp suất trong bình tăng thêm Δp=100at? Biết suất đàn hồi của nước là E=2,2.109N/m2 và hệ số nở thể tích thùng là α=0,01%/at Giải Thể tích nước ban đầu: => V0=V+V’ V Δp Thể tích nước sau khi nén thêm: V1=V(1+αΔp) V’ Thay đổi thể tích nước: V0=V+V’ V1=V(1+αΔp) ΔV=V1-V0=αΔpV-V’ Từ pt trạng thái: dp p p  V   V p1 E E  V  V0  V V ' dV V p.V V  E  p Thay số:  4 1 4 100at11.10 2,24.10 at  at  V   100l    1,45l 13 4 2,24.10 at 100at VÍ DỤ Pgs.Ts Ví dụ: Một bình kín có thể tích là V=15 lít chứa khí nén Ban đầu bình có áp suất p0=12at Sau một thời gi dụng áp suất trong bình còn p1=3at Hỏi thể tích khí đã sử dụng (tính ở áp suất khí trời)? Giải Xem sơ đồ bài toán trên hình vẽ W V0, pa W, pa V1, pa V, p chính là thể tích khí đã sử dụng tính ở 0 áp suất khí trời: V, p1 Sử dụng pt trạng thái khí: pV=const Tính được: V0  V p0  pa  15l 12at 1,02at  191,5l pa 1,02at V1  V p1  pa  15l 3at 1,02at  59,1l pa 1,02at Thể tích khí đã sử dụng: 14 W = V0 - V1 = 191,5l - 59,1l = 132,4l VÍ DỤ Pgs.Ts Ví dụ: Nhớt (có ρ=980kg/m3; μ=12 poise) chảy trên một mặt phẳng y nghiêng với góc α=30o Biết bề dày lớp nhớt là t=2mm, hỏi vận tốc chuyển động của lớp nhớt l Giải t Xét một phần tử nhớt hình khối hộp chữ nhật dài l, rộng b, có y Gs đáy song song với mặt phẳng nghiêng và ở độ cao y Đáy của phần tử chính là mặt trượt τ G (ρ, α Phần tử chuyển động đều nên: Fms=Gs Phân tích: du du Fms   l.b   l.b   l.b  dy dy   du  g.sin  t  ydy Gs  G.sin   g.l.b.t  ysin     P.trình cho lời giải:  y  y 2  g sin.t 2  3 u  umax 2     Với umax   8,01.10 m / s  t  t   15 2