báo cáo bài tập cơ lưu chất thí nghiệm chuyên đề thủy tĩnh

Mục đích thí nghiệm Để hiểu rõ phương trình cơ bản của thủy tĩnh học và biết vận dụng nó trong một số vấn đề liên quan tới lưu chất không nén được ở trang thái tĩnh.. Phương trình cơ bản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ; TRUONG DAI HOC BACH KHOA-DHQG THANH PHO HO CHi

MINH

BAO CAO BAI TAP

HOC: CO LUU CHAT THi NGHIEM

CHUYÊN ĐỀ: THỦY TĨNH

LỚP:

GVHD:

= o>

eit 6 oe +-

2 >

MỤC LỤC

BÀI 1: THỦY TĨNH - - Ăn ket 2

1 Mục đích thí nghiệm cu n 2

2 Phương trình cơ bản của thủy tĩnh học 2

3 Thiết bị thí nghiệm -.- no nu nu nn 3

4 Trình trình tự thí nghiệm - cu nu nu nu e 3

5 Tính toán kết quả thí nghiệm sen se 4

6 Một số ứng dụng và ví dụ về áp suất thủy tĩnh trong cuộc

1 4 Thí nghiệm thùng của Blaise Pascal: - 4

Bình tưới nƯỚC: - - - cọ nọ nh ni HH nh KN 6 Thiết bị đo mực nưƯỚC: - on nn rx, 8 Tháp nƯỚC: co nh nh nh Hà mm mm im mg 9 Cầu nâng thủy lực: - - ung 10 Máy nén thuỷ lỰC: - cu nu nu nà na 11

BÀI 1: THỦY TĨNH

1 Mục đích thí nghiệm

Để hiểu rõ phương trình cơ bản của thủy tĩnh học và biết vận dụng

nó trong một số vấn đề liên quan tới lưu chất không nén được ở trang thái tĩnh

2 Phương trình cơ bản của thủy tĩnh học

Vi ms

a"

z

>

Hình 1.1

Trạng thái lưu chất tĩnh, không nén được được mô tả bởi phương trình cơ bản:

(1.1)

Từng phương trình này, ta có thể có một vài vẫn dụng sau:

- Mặt đẳng áp là mặt trên đó áp suất đều bằng nhau Hình ảnh cụ thể của mặt đẳng áp mà ta quan sát thấy là các mặt thoáng Khi

áp suất tại các điểm trên mặt thoáng bằng nhau thì cao độ của các điểm đó phải bằng nhau Nghĩa là mặt thoáng là mặt nằm ngang

- Vận dụng phương trình (1.1) để tính toán áp suất tại điểm bất kì trong khối lưu chất tĩnh

- Nếu ta biết cả po, p, Zo, và z, từ (1.2) ta có thể tính được trọng lượng riêng của chất lỏng:

(1.3)

Trong trường hợp chất lỏng bên trong một ống nhỏ có đường kính

d <.3mm thì ảnh hưởng của mao dẫn là đáng kể, phương trình (1.1) không còn chính xác nữa Nếu chất lỏng là nước, cồn, đầu thì mực chất lỏng trong ống có đường kính nhỏ dâng cao hơn trong ống có đường kính lớn, còn nếu chất lỏng là thủy ngân thì ngược lại, mực chất lỏng trong ống có đường kính nhỏ thấp hơn trong ống

có đường kính lớn

3 Thiết bị thí nghiệm

& Hình 1.2

Bộ thí nghiệm thủy tĩnh

- Cap ống 1-3 được dùng làm áp kế chất lỏng để đo áp suất khí trong bình T

- Nhóm ống số 2 gồm 3 ống 21, 22, 2 có đường kính tương ứng 1mm, 2mm, 3mm được dùng để quan sát hiện tượng mao dẫn

- _ 3 ống chữ U là các cặp ống 4-5, 6-7 và 8-9, trong có chứa các chất lỏng cần xác định trọng lượng riêng

Bộ phận tạo áp suất gồm bình tĩnh T kín khí và bình động Ð hở treo trên ròng rọc 12 trong chứa nước Nhờ tay quay 11 ta có thể

thay đổi độ cao của bình Ð, làm cho khí trong bình T có các áp suất khác nhau

4 Trình trình tự thí nghiệm

Kiểm tra mặt chuẩn của số đo cao độ (trên bảng kể mm) các thước đo có nằm ngang hay không bằng cách đọc mực nước trong ống 3 và ống 10 Hai mực nước này phải nằm ngang

Dùng tay quay thay đổi độ cao giữa bình Ð so với bình T, đo ở 3 trường hợp:

- Bình Ð cao hơn T: 15 - 20cm

- Bình Ð cao hơn T: 5 - 7cm

- Bình Ð thấp hơn T: 15 - 20cm

5 Tính toán kết quả thí nghiệm

- _ Áp suất thủy tĩnh của khí trong bình T

Dr Pa + (L;:-Li) (1.4a)

- _ Trọng lượng riêng của nước trong bình được xác định tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường Nếu lấy pa = 0, ta tính được áp

suất dư:

- Trong luong riéng cla cac chat long trong cac ống chữ U

- Sai số của phương pháp đo áp suất

Trong đó: =

Thông thường ta lấy: = 0.12% và

- Sai số xác định của chất lỏng trong các ống chữ U

Trong đó: =

Ta cũng lấy = 0.12% và = 0,5mm

6 Một số ứng dụng và ví dụ về áp suất thủy tĩnh trong

cuộc sống:

Thí nghiêm thùng của Blaise Pascal:

Thí nghiệm sau đây, dựa trên thí nghiệm của Blaise Pascal vào thế kỷ 17, chứng minh sự phụ thuộc đơn thuần của áp suất thủy tĩnh vào độ sâu Với mục đích này, một bình thủy tỉnh lớn chứa đầy nước Áp suất nước (thủy tĩnh) ở đáy chai có thể được tính bằng phương trình (Ph=p.g.h) Nếu giả sử chiều cao là nửa mét, thì áp suất nước thủy tĩnh ở đáy là khoảng 0,05 bar Chai thủy tỉnh vẫn có thể chịu được áp suất nước tương đối thấp này mà không gặp vấn đề gi

Thùng của Pascal Tuy nhiên, nếu một ống thẳng đứng nhỏ được gắn vào cổ

chai và đổ đầy nước, thì áp suất thủy tĩnh sẽ tăng lên khi mực

nước dâng lên Ví dụ, nếu ống chạy qua nhiều tầng của một tòa nhà, áp suất có thể tăng lên đáng kể Ở độ cao 30m, áp lực nước lên đến hơn 3 bar Rốt cuộc, áp lực nước cuối cùng sẽ cao đến mức chai thủy tinh không còn chịu được lực cực lớn và bị vỡ

Khía cạnh ấn tượng của thí nghiệm này là đường kính trong

của ống không quan trọng miễn là có thể bỏ qua hiệu ứng mao

5

dẫn Về mặt lý thuyết, một ống có đường kính trong là 4 mm là đủ

Để đổ đầy nước vào ống này, chỉ cần khoảng 380 ml nước Do đó,

380 ml nước hoàn toàn đủ để tăng áp suất nước trong bình thủy tinh lên hơn 60 lần, bất kể dung tích của bình là bao nhiêu!

Áp lực nước trong đại dương:

Áp suất thủy tĩnh làm cho áp suất trong nước ngày càng tăng khi độ sâu tăng Với mật độ nước khoảng 1000 kg/m? va gia toc trọng trường khoảng 10 N/kg, áp suất nước tăng khoảng 1 bar trên

10 mét độ sâu của nước Lưu ý rằng các giá trị áp suất trong hình bên dưới chỉ đề cập đến áp suất thủy tĩnh (áp suất nước) Đối với

áp suất tuyệt đối ở độ sâu nhất định, phải cộng thêm áp suất xung quanh 1 bar (áp suất khí quyển) trên mặt nước

water pressure

water depth 10m † 1 bar

20 m + 2 bar

40 m+ 4 bar

Ví dụ, áp suất nước tăng lên trong quá trình lặn dẫn đến việc phải hít nhiều không khí hơn từ bình khí nén khi độ sâu tăng lên

Để cân bằng áp suất nước xung quanh, phổi phải tạo ra áp suất tương tự thông qua không khí hít vào, nếu không phổi sẽ bị nén bởi

áp suất nước lớn hơn Áp suất phổi lớn hơn chỉ có thể đạt được bằng cách hít vào nhiều không khí hơn, tương tự như lốp xe đạp

6

cần bơm nhiều không khí hơn để tăng áp suất Vì vậy, nguồn cung cấp không khí trong bình lặn sẽ cạn kiệt nhanh hơn khi bạn lặn sâu hơn

Bình tưới nước:

Thực tế là áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào độ sâu là điều hiển nhiên ở nhiều nơi trong cuộc sống hàng ngày Đó cũng là lý do tại sao mực nước giống nhau được tìm thấy ở khắp mọi nơi trong các bình được nối với nhau bằng đường ống (cái gọi là bình thông nhau) Điều này có thể được nhìn thấy, ví dụ như trong một bình tưới chứa đầy nước Theo thời gian, mực nước trong ống rót (còn gọi là vòi) sẽ giống như trong chính lon

Điều này có thể được giải thích bằng toán học như sau Nước trong lon dẫn đến một áp suất thủy tĩnh nhất định Pc ở độ sâu hc nơi hàn miệng vòi trên:

Pc= p.g.hc : áp suất thủy tĩnh trong lon

Theo cách tương tự, áp suất thủy tĩnh trong vòi Ps ở độ sâu hs dưới mực nước có thể được xác định:

PS= p.g.hS : áp suất thủy tĩnh trong vòi

Trong quá trình đổ đầy lon, có thể quan sát thấy các mức nước khác nhau giữa lon và ống rót Rốt cuộc, nước trong vòi được đẩy lên trên bởi áp lực nước lớn hơn trong lon

#e-scienc=.com

Tuy nhiên, sau khi đổ đầy, trạng thái cân bằng đạt được và nước không còn bị ép qua đường ống Trong trường hợp này, áp suất thủy tĩnh do cột nước trong vòi gây ra rõ ràng phải cao bằng áp suất thủy tĩnh do cột nước trong hộp gây ra Nếu không phải như vậy, thì áp suất thủy tĩnh nào lớn hơn sẽ đẩy nước trong hộp hoặc trong vòi lên cao hơn Ở trạng thái cân bằng, áp suất thủy tĩnh chắc chắn phải giống nhau, điều này cuối cùng chỉ xảy ra với một mực nước chung

Thực tế là áp suất thủy tĩnh giống hệt nhau hình thành ở trạng thái cân bằng cũng được chỉ ra bởi thực tế là áp suất trong chất lỏng tác dụng như nhau theo mọi hướng Như vậy, không thể có hai áp suất thủy tĩnh khác nhau ở một độ sâu nhất định Nếu đây là trường hợp, dòng điện sẽ hình thành và sẽ không có trạng thái cân

bằng

Thiết bị đo mực nước:

Thực tế là các mực nước giống hệt nhau hình thành trong các bình được kết nối với nhau về mặt kỹ thuật được sử dụng trong cái gọi là thiết bị đo mực nước Hai bình đều được cung cấp một thang

đo và được nối với nhau bằng một ống mềm chứa đầy nước Mực nước có thể được đọc từ thang đo

Vì cả hai bình đều đạt được cùng một mực nước, nên rất dễ dàng đặt cùng một mức ngay cả trên một khoảng cach xa Vi du, mực nước được sử dụng trong công nghệ xây dựng, theo đó các cảm biến điện tử được sử dụng chủ yếu hiện nay

Tháp nước:

Một triển khai kỹ thuật khác sử dụng áp suất thủy tĩnh hoặc nỗ lực đạt được mức chất lỏng thông thường trong các bình thông nhau là tháp nước

TS CIENC=

Về nguyên tắc, tháp nước là một bể chứa trên cao được bơm

đầy nước bằng máy bơm Do áp suất thủy tĩnh tạo ra, nước có thể tràn vào các hộ gia đình ở phía dưới mà không cần thêm máy bơm

10

Do trong tháp có khoang chứa nước lớn, thường vài triệu lít nên mực nước chỉ hạ xuống tương đối chậm Điều này đảm bảo áp suất nước gần như không đổi trước khi nước được bơm trở lại khi mực nước giảm xuống dưới một giới hạn nhất định

Tuy nhiên ngày nay tháp nước ngày càng ít được sử dụng Trong các hệ thống cấp nước hiện đại, máy bơm chủ yếu được sử dụng để vận chuyển nước trực tiếp đến người tiêu dùng

Cầu nâng thủy lực:

-Cầu nâng thủy lực là gì?

-Cầu nâng thủy lực là một thiết bị được ứng dụng công nghệ nâng thủy lực có chức năng chính là để nâng lên hoặc hạ xuống theo chiều cao bất kỳ mà người dùng mong muốn ở trong phạm vi

chuyển động thẳng đứng của thiết bị

Bàn nâng này thường được sử dụng phổ biến phục vụ công tác nâng hạ xe ô tô khi rửa hoặc khi kiểm tra, sửa chữa xe Ngoài ra thiết bị còn được sử dụng rất rộng rãi trong các khu công nghiệp

để hỗ trợ các công việc nâng và hạ hàng hóa

-Nguyên lý hoạt động của cầu nâng ô tô thủy lực

Van điều khiển khí nén

Van đóng mở đường đầu

Cầu nâng 1 trụ với nguyên lý hoạt

động tối wu mang lại nhiều hiệu qua

11

Những chiếc câu nâng thủy lực vận hành trên nguyên tắc khí nén - thủy lực Piston được đặt phía trong ống xy lanh Nó đẩy dầu nhớt trong xilanh tạo ra áp suất bởi khí nén từ bình nén khí Khi khí nén được đưa vào bình chứa dầu sẽ tạo ra áp suất lớn lên dầu truyền lực Dâu này lại bị đẩy qua van tiết lưu dầu sau đó

đi vào trong xilanh để đẩy piston lên Trên đỉnh của piston được lắp ban nâng hình chữ H hoặc X Xe ô tô sẽ được nâng lên bởi bàn nâng chữ H này

Khi hạ xe xuống, van khí được đóng lại Dưới tải trọng lớn của

xe, dầu nhớt sẽ bị đẩy ra khỏi xy lanh Piston bị ép xuống làm cho dau hồi về lại bình chứa thông qua các ống dẫn Khi đó bàn nâng

xe sẽ hạ xuống

Bên cạnh đó, ngoài lựa chọn được model cầu nâng thủy lực phù hợp sử dụng trong gara ô tô.Lắp đặt đúng cách là bước quan trọng giúp cầu nâng hoạt động, vận hành đúng, hiệu quả công việc cao

Máy nén thuỷ lực:

-Máy ép thuỷ lực là gì?

-Máy nén thủy lực còn có tên gọi khác là máy ép thủy lực Bởi đây là một loại máy ép thường dùng để nén, ép, đè bẹp một vật dụng nào đó Máy hoạt động trên cơ chế tạo ra áp lực lên chất lỏng

để có áp lực mạnh hơn, tùy theo nhu cầu của công việc

Sở dĩ gọi là máy ép thủy lực là vì lực của máy được tạo ra nhờ

áp lực của chất lỏng trong xi lanh thủy lực Định luật Pascal đã được áp dụng thành công trên máy ép thủy lực giữa 2 chiếc xi lanh

có ống thông nhau (hai bình thông nhau) Nhờ đó máy tạo ra được một sức ép rất lớn tác động lên vật khác

12

Piston rod

Xy lanh của máy ép thuỷ lực

-Nguyên lý hoạt động của máy nén thuỷ lực

Máy nén thuỷ lực được dựa theo nguyên lý định luật Pascal

Có nghĩa là để tạo ra một lực ép lớn thì máy nén thủy lực được chế tạo theo định luật truyền áp suất trong chất lỏng Theo đó, trong

hệ thống máy ép thủy lực, áp suất được áp dụng trên các chất lỏng

13

Simple Hydraulic System

Ỷ Apply

Máy nén thuỷ lực được dựa theo nguyên lý định luật Pascal

Cụ thể, trong toàn hệ thống khép kín của máy, áp lực luôn luôn không đổi Sẽ có một piston hoạt động ở hệ thống tạo ra một lực tương ứng có diện tích lớn trên toàn bộ diện tích của piston đó

14

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1) https://www.tec-science.com/mechanics/gases-and- liquids/applications-and-examples-of-hydrostatic-

pressure/

2) Giáo trình HUGNG DAN THi NGHIEM CO LUU CHAT (CO SO 2)

3) https://dienmayhoanglien.vn/cau-nang-1-tru-thuy-luc- cau-tao-nguyen-ly-hoat-dong.html

4) https://thietbichuyendung.com.vn/nguyen-ly-hoat-dong-va- cong-thuc-may-nen-thuy-luc/

15