Cơ Khí - Giáo trình Máy Phụ Tàu Thủy phần 1 pdf

Giới thiệu chunga Khái niệm về Máy phụ tàu thuỷ và chức năng của chúng Máy phụ tàu thủy bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị động lực trên tàu, trừ máy chính và nồi hơi chính.. Dựa vào t

Giới thiệu chung

a) Khái niệm về Máy phụ tàu thuỷ và chức năng của chúng

Máy phụ tàu thủy bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị động lực trên tàu, trừ máy chính

và nồi hơi chính Chúng bao gồm tổ Diesel - Máy phát điện, các bơm phục vụ trên tàu, các máynén khí, các thiết bị trao nhiệt, các thiết bị lọc và phân ly dầu - nước, v.v cùng với các hệthống đường ống và các thiết bị khác trên đường ống có các chức năng sau

1 Phục vụ cho hoạt động của máy chính (đối với hệ thống động lực diesel) và nồi hơichính (đối với hệ thống động lực hơi nước) như: hệ thống cung cấp nhiên nhiên liệu, hệ thốngbôi trơn cưỡng bức, hệ thống làm mát, hệ thống khí nén Trong trang trí động lực hơi nước làcác thiết bị thuộc các hệ thống: hệ thống cấp nước nồi, bầu ngưng hơi, hút chân không

2 Phục vụ hút khô và cân bằng tàu, gồm các thiết bị thuộc các hệ thống: Hệ thống hútkhô, hệ thống dằn tàu

3 Phục vụ các nhu cầu sinh hoạt của con người trên tàu, gồm các thiết bị thuộc các hệthống: hệ thống cấp nước ăn, nước sinh hoạt, hệ thống thông gió, hệ thống làm lạnh và điều hòakhông khí, hệ thống sưởi, hệ thống nước thải vệ sinh

4 Truyền công suất từ động cơ chính dến thiết bị đẩy: đường trục - chân vịt, hộp số

5 Đảm bảo giữ ổn định hướng đi và điều khiển quay trở tàu, gồm các thiết bị máy mócthuộc hệ thống lái, hệ thống tăng ổn định tàu (các cánh giảm lắc)

6 Cung cấp điện năng và chiếu sáng trên tàu: tổ Diesel – máy phát điện hoặc tua bin máy phát

hơi-7 Neo tàu và phục vụ bốc xếp hàng hoá xuống và lên tàu như các thiết bị đóng mở nắphầm hàng, thiết bị cẩu, hay bơm hàng

8 Đảm bảo an toàn cho tàu và con người trên tàu, gồm các thiết bị: Các thiết bị báo cháy,các thiết bị thuộc hệ thống cứu hỏa, các thiết bị cứu sinh, hệ thống chống chìm,

9 Dùng để đo đạc và theo dõi các thông số, tự động điều khiển và điều khiển từ xa nhưcác hệ thống khí nén, hệ thống khí nén, thuỷ lực- điện cùng các thiết bị đo, các cảm biến và cácthiết bị điện khác

b Phân loại Máy phụ tàu thủy

Máy phụ tàu thủy rất đa dạng về công dụng, kiểu loại, nguyên tắc làm việc, kết cấu, vậtliệu chế tạo và tính năng làm việc, chúng được sử dụng cho các mục đích hoặc trong các điềukiện làm việc khác nhau Nói chung, Máy phụ tàu thủy được phân loại theo các cách sau:

1 Theo công dụng cụ thể có thể chia thành: bơm, máy nén khí, quạt gió, máy lái, máyneo, tời, cẩu, các thiết bị chưng cất nước, bầu ngưng, thiết bị trao nhiệt, máy lọc, phân li vv…

2 Dựa vào tính chất công tác của thiết bị có thể chia ra như sau (có tính qui ước để tiệncho việc học tập và nghiên cứa):

+ Máy thuỷ lực là các máy móc làm việc với các loại chất lỏng trên tàu như các máy

bơm, động cơ thuỷ lực, bộ truyền thủy lực

+ Máy thổi là các máy móc làm việc với chất khí, như các quạt gió, máy nén khí + Máy tời là các thiết bị, máy móc hoạt động theo nguyên lý tang tời như tời neo, tời

cẩu

+ Thiết bị trao nhiệt là các thiết bị dùng để trao đổi nhiệt giữa công chất nóng và

công chất lạnh, như bầu sinh hàn dầu nhờn, sinh hàn nước, hâm dầu, bầu ngưng,dàn bay hơi

+ Các thiết bị phụ khác: gồm các thiết bị, máy móc phụ còn lại, như máy phân ly

dầu, máy lọc nước la canh

3 Dựa vào vị trí bố trí thiết bị trên tàu, các máy phụ được chia ra:

+ Các thiết bị trên boong: bao gồm các máy phụ tàu thủy được lắp đặt trên boong,

như tời cẩu, tời neo, thiết bị cứu sinh, cứu hoả và máy lái

+Các thiết bị trong buồng máy bao gồm các máy phụ tàu thủy còn lại.

4 Dựa vào cách truyền động (hay dạng năng lượng sử dụng) cho các máy phụ, chia ra:

+ Truyền động trực tiếp bằng diesel: gồm các máy phụ được truyền động trực tiếp

bởi động cơ Diesel chính hoặc Diesel độc lập, như các bơm hàng, các máy nénkhí, bơm nước cứu hỏa sự cố

+ Truyền động bằng hơi nước (hoặc khí nén, khí cháy) gồm các máy phụ sử dụng

năng lượng từ hơi nước để truyền động, như các bơm piston kiểu đẩy thẳng, cácmáy nén khí li tâm dẫn động bằng tua bin hơi, các bơm phụt (Ejector) dùng hơinước, các bầu hâm dầu

+ Truyền động bằng điện: gồm các máy phụ do động cơ điện lai, như các máy bơm,

máy nén khí Đây là phương thức truyền động được dùng phổ biến cho các máyphụ tàu thủy ngày nay

+ Truyền động bằng thủy lực: gồm các máy phụ được truyền động bởi động cơ thủy

lực, như các máy cẩu hàng thủy lực, máy neo thủy lực, máy lái thủy lực, thay đổibước của chân vịt biến bước, trong các hệ thống tự động điều khiển và điều khiển

từ xa

+ Truyền động bằng sức người: gồm các máy phụ được dẫn động bằng sức người,

như các bơm tay dầu nhờn, các máy nén khí sự cố, bơm tay hút khô,

c Các yêu cầu đối với Máy phụ tàu thủy

Do Máy phụ tàu thủy có rất nhiều kiểu loại, nên việc lựa chọn kiểu loại và quy cách cầnxuất phát từ tình hình cụ thể, trong đó cần xem xét kỹ càng, toàn diện các mặt sau đây:

1) Sử dụng thích hợp, tức là năng lực làm việc, tính năng và khả năng điều chỉnh theo yêucầu qui định trong các điều kiện hoạt động khác nhau của tàu Đây là điều kiện mà mọi máyphụ đều phải thỏa mãn

2) Tin cậy và bền, đặc biệt là đối với các máy phụ có ảnh hưởng lớn đến hệ động lực và sự

an toàn của tàu (như bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, máy lái, bơm nước chữa cháy) thì

đây là yêu cầu quan trọng nhất

3) Có hiệu suất và tính kinh tế cao, trên cơ sở thỏa mãn 2 yêu cầu trên mới xét đến yêucầu này

4) Kích thước và trọng lượng gọn nhẹ Giảm nhẹ trọng lượng và giảm nhỏ không gian đặtmáy phụ rất có lợi cho việc khai thác, kinh doanh tàu thủy Nhất là các máy phụ hiệu suất thấphoặc thời gian hoạt động ít càng cần chú ý đến yêu cầu này

Trọng lượng máy phụ được hiểu là tổng của trọng lượng khô của thiết bị và hệ thống vớitrọng lượng dầu đốt, dầu nhờn, nước chứa trong máy và hệ thống

Chỗ đặt máy phụ là diện tích và không gian mà máy phụ (kể cả hệ thống của nó và cácchi tiết chuyển động) chiếm chỗ

Bất cứ kiểu loại máy phụ nào cũng khó thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên Do đó khi lựachọn và so sánh các máy phụ cụ thể phải căn cứ vào tình hình cụ thể mà xét xem những yêucầu nào là chính, tức là đặt một số yêu cầu lên hàng đầu và coi là điều kiện bắt buộc, các điềukiện khác có thể coi là thứ yếu Việc này đòi hỏi người làm kỹ thuật phải am hiểu hai mặt kiếnthức cơ bản sau:

- các yêu cầu của đối tượng phục vụ của Máy phụ, ảnh hưởng của máy phụ tới đối tượngphục vụ của nó;

- cấu tạo, tính năng, nguyên lí và điều chỉnh Máy phụ, phương pháp lựa chọn và tính toán

Phần i Máy thuỷ lực Chương I Thuỷ lực học và các vấn đề cơ bản liên quan đến môn

học

Chương này đề cập đến các khái niệm, kiến thức cơ bản của môn Thuỷ lực học, các tínhchất cơ bản của chất lỏng có liên quan trực tiếp đến môn học Máy phụ nhằm giúp sinh viên hệthống hoá kiến thức, nắm vững và tiện cho việc nghiên cứu môn học

Đ 1.1 Khái niệm chung

1.1.1 Môn Thuỷ lực học

Ngành cơ học nghiên cứu cân bằng và chuyển động của chất lỏng, lực tương tác giữa chấtlỏng và vật thể nó chảy qua hoặc với bề mặt giới hạn được gọi là Cơ chất lỏng Nếu ngoài chấtlỏng còn nghiên cứu cả chuyển động của khí và dòng chảy qua các vật thể- ngành Thuỷ khí

động học

Khoa học về các qui luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng, áp dụng các qui luậtnày để giải quyết các vấn đề thực tế được gọi là Thuỷ lực học Môn thuỷ lực chủ yếu nghiêncứu dòng chất lỏng bị giới hạn và dẫn hướng bằng thành cứng, tức là trong kênh dẫn: sôngngòi, ống, các chi tiết trong các máy thuỷ lực

Như vậy có thể nói là môn Thuỷ lực nghiên cứu dòng chảy bên trong của chất lỏng và giảiquyết các bài toán bên trong, nó khác với trường hợp dòng một môi trường liên tục vòng vật thểrắn khi nó chuyển động trong không khí hoặc chất lỏng được nghiên cứu trong các ngành Hàngkhông và Đóng tàu

Môn Thuỷ lực học cũng chỉ chủ yếu nghiên cứu chuyển động của các chất lỏng giọt vàphần nhiều được xem như không nén được Dòng chảy bên trong của các chất khí chỉ quan hệvới Thuỷ lực khi vận tốc chuyển động của chúng nhỏ hơn nhiều so với tốc độ truyền âm trongmôi trường đó và, dĩ nhiên, khi tính nén được của chúng có thể bỏ qua Các trường hợp chuyển

động như vậy tương đối thường hay gặp trong thực tế, ví dụ dòng chảy của không khí trong các

hệ thống thông hơi, điều hoà không khí và một số hệ thống dẫn khí khác Về sau, thuật ngữ

"chất lỏng" được hiểu là chất lỏng giọt và khí khi có thể coi là không nén được

Môn Cơ chất lỏng phát triển theo hai con đường Con đường thứ nhất- bằng lý thuyết, tức

là dùng phương pháp giải tích toán học chính xác dựa trên cơ sở các định luật cơ học Nó đã tạo

ra môn Cơ chất lỏng lí thuyết, một thời gian dài tồn tại độc lập không liên hệ trực tiếp với thựcnghiệm Phương pháp của cơ lỏng lí thuyết là công cụ nghiên cứu khoa học rất hữu hiệu Tuynhiên, việc nghiên cứu thuần tuý lí thuyết chuyển động của chất lỏng gặp rất nhiều khó khăn vàkhông phải lúc nào cũng giải quyết được những vấn đề mà thực tiễn đặt ra

Con đường thứ hai là áp dụng rộng rãi thí nghiệm và tích luỹ số liệu kinh nghiệm để sửdụng trong thực tế kỹ thuật Phương hướng này dẫn đến hình thành môn Thuỷ lực học Giai

đoạn ban đầu môn Thuỷ lực học là khoa học thực nghiệm thuần tuý, về sau này khi các kỹthuật tính toán phát triển thì nó sử dụng ngày càng nhiều các phương pháp của Cơ lỏng líthuyết, và ngược lại, Cơ lỏng lý thuyết cũng sử dụng thí nghiệm làm tiêu chuẩn đánh giá mức

độ tin cậy cho các kết luận của mình Như vậy, sự khác biệt giữa hai hướng phát triển của mộtngành khoa học dần dần mất đi

Phương pháp sử dụng trong Thuỷ lực học hiện đại như sau Đầu tiên, các hiện tượngnghiên cứu được đơn giản hoá và áp dụng các qui luật của cơ lý thuyết đối với chúng Sau đókết quả tính toán được so sánh với số liệu thực nghiệm, làm rõ mức độ sai khác và hiệu chỉnhlại các công thức và các kết luận lý thuyết để phù hợp cho việc áp dụng thực tế Một loạt hiện

tượng mà tính toán bằng lý thuyết vô cùng khó khăn được nghiên cứu bằng cách thí nghiệm,còn kết quả được cho ở dạng các công thức thực nghiệm.

Thuỷ lực học đưa ra các phương pháp tính toán và thiết kế các công trình thuỷ (đập, kênh,

đường ống dẫn chất lỏng), các máy thuỷ lực (bơm, tua bin, bộ truyền động thuỷ lực) và cácthiết bị khác dùng trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau Thuỷ lực học có ý nghĩa đặc biệt trongngành chế tạo máy, ngành thường xuyên phải giải quyết các vấn đề liên quan đến đường dẫnkín ( các ống) và dòng chảy dưới áp lực, tức là dòng không có bề mặt tự do có áp suất khác ápsuất khí quyển

Các hệ thống thuỷ lực, bao gồm các bơm, đường ống và các thiết bị thuỷ lực khác được sửdụng rộng rãi trong phần lớn các hệ thống trên tàu (làm mát, cấp nhiên liệu, bôi trơn ) Cácmáy móc hiện đại sử dụng rộng rãi các bộ truyền động và tự động điều khiển bằng thuỷ lực

So với các phương thức truyền động khác, truyền động thuỷ lực có một loạt ưu điểm đáng

kể sau: biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến đơn giản, thay đổi tỉ số truyền mộtcách đều đặn, kích thước và khối lượng nhỏ gọn so với các phương thức truyền động khác khicùng công suất

Để tính toán thiết kế hệ thống dẫn động thuỷ lực, tự động điều khiển và các máy thuỷ lực,

để khai thác, sửa chữa và điều chỉnh đúng cần phải nắm vững kiến thức lí thuyết cơ bản củamôn Thuỷ lực học

1.1.2 Lực tác dụng lên chất lỏng áp suất trong chất lỏng.

Chất lỏng trong Thuỷ lực học được xem như một môi trường liên tục, không có khoảngtrống, tức là bỏ qua cấu trúc phân tử chất lỏng, thậm chí các phân tố vô cùng bé cũng được coi

Các lực khối theo định luật hai Niutơn tỉ lệ với khối lượng chất lỏng hay, nếu chất lỏng

đồng nhất, - với thể tích của chúng Đó là trọng lượng chất lỏng và lực quán tính của chuyển

động theo tác dụng lên chất lỏng trong chuyển động tương đối có gia tốc của vật chứa chấtlỏng, hoặc quán tính do chất lỏng chuyển động không ổn định

Các lực mặt phân bố liên tục trên bề mặt

khối chất lỏng đang xét và trong trường hợp

phân bố đều sẽ tỉ lệ thuân với diện tích bề mặt

này Các lực này là kết quả tương tác trực tiếp

của các khối chất lỏng kề bên lên khối chất

lỏng đang xét hoặc của các vật thể khác (vật

rắn hoặc khí) tiếp xúc với chất lỏng đang xét

Trong trường hợp tổng quát, lực mặt ΔR,

tác dụng trên diện tích ΔS, nghiêng so với bề

mặt này một góc nào đó và có thể phân thành

thành phần vuông góc ΔF và tiếp tuyến ΔT

Thành phần đầu được gọi là lực áp suất, thành

khối lượng, còn lực mặt- trên một đơn vị diện tích Vì lực khối bằng tích của khối lượng với giatốc, do đó lực khối đơn vị chính là gia tốc (nên có thể gọi là gia tốc lực khối).

Lực mặt đơn vị được gọi là ứng suất của lực mặt, nó có thể phân thành các ứng suất pháp

và tiếp ứng suất pháp được gọi là áp suất thuỷ lực hay đơn giản là áp suất Nếu lực áp suất ΔFphân bố đều trên diện tích ΔS thì áp suất được xác định bằng công thức

Trong trường hợp tổng quát

S /

1 bar=105Pa=1,02 at

ứng suất tiếp trong chất lỏng, tức là ứng suất ma sát được biểu diễn bằng công thức

S /

còn đơn vị của nó cũng giốngcủa áp suất

1.1.3 Các tính chất cơ bản của chất lỏng giọt

Một trong những đặc tính cơ học cơ bản của chất lỏng là khối lượng riêng của nó Khốilượng riêng ρ là khối lượng một đơn vị thể tích chất lỏng Nếu chất lỏng đồng nhất thì

ρ=m/V,(kg/m3), (1.4)trong đó m- khối lượng chất lỏng có thể tích V.

Trọng lượng riêng chất lỏng là trọng lượng một đơn vị thể tích

γ=G/V,(N/m3), (1 5)trong đó G- trọng lượng chất lỏng trong thể tíchV Liên hệ hai công thức trên và biết G=gm, có

trong đóg=9,81m/s2, gia tốc trọng trường

Nếu chất lỏng không đồng nhất thì các công thức trên chỉ cho trị số khối lượng và trọnglượng riêng trung bình của khối chất lỏng trong thể tích đang xét Để xác định trị số chính xáccủa ρ vàcần phải xét phân tố thể tích vô cùng bé và tìm giới hạn của các tỉ số tương ứng.Ngoài ra người ta còn dùng khối lượng riêng tương đối của chất lỏng ρo,bằng tỉ số khốilưọng riêng chất lỏng so với của nước ở 4oC:

Sau đây là tóm tắt các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng

1 Tính nén được hay là tính chất thay đổi thể tích dưới tác dụng của áp suất, được đặc

trưng bằng hệ số nén thể tích βp (m2/N), đó là độ thay đổi thể tích tương đối khi thay đổi một

ρ2≈ ρ1/(1- βpΔp) (1.9)

Đại lượng nghịch đảo với hệ số βp được gọi là mô đun đàn hồi K, thông qua K có thể viết

(1.8) dưới dạng hữu hạn như sau:

ΔV/V=-Δ p/K, (1.8' )

đây chính là định luật Húc tổng quát

Sau khi thay thể tích bằng khối lượng riêng, từ công thức (1.8) thu được

K=-dp/[ρd(1/ρ)]=ρdp/dρ hay K/ρ=dp/dρ=c2, (1.10)trong đó c- vận tốc truyền sóng dọc trong môi trường đàn hồi, bằng vận tốc âm thanh

Đối với các chất lỏng giọt mô đun đàn hồi K giảm khi tăng nhiệt độ và tăng khi áp suất

tăng Với nước ở áp suất môi trường thì giá trị của K vào khoảng 2000 MPa, mô đun đàn hồi

của các chất lỏng khác cũng ở cấp độ như vậy, ví dụ đối với các dầu khoáng thì K xấp xỉ 1200MPa

Ví dụ theo (1.8') có thể thấy, khi áp suất tăng lên 0,1 MPa thì thể tích nước sẽ giảm đi1/20000 Hoặc theo (1.9), khi áp suất nước tăng đến 40 MPa thì mật độ (khối lượng riêng) chỉ

tăng khoảng 2%, còn đối với dầu khoáng- khoảng 3% Cho nên, nói chung, có thể coi các chấtlỏng giọt là không nén được, tức là coi mật của chất lỏng không phụ thuộc áp suất của nó.Nhưng ở các áp suất rất lớn và khi xét đến các hiện tượng dao động đàn hồi thì cần phải xét đếntính nén được của chất lỏng Người ta còn phân biệt mô đun đàn hồi đoạn nhiệt và đẳng nhiệt.Trị số mô đun đàn hồi đoạn nhiệt lớn hơn đẳng nhiệt (khoảng 1,5 lần) và xảy ra ở các quá trình

nén hoặc giãn nở nhanh gần như không có sự trao đổi nhiệt, các trị số cho ở trên là các giá trị K

ứng với các quá trình đẳng nhiệt

2.Giãn nở nhiệt được đặc trưng bằng hệ số giãn nở thể tích βT, đó là độ thay đổi thể tíchtương đối khi nhiệt độ thay đổi 1oC ở áp suất không đổi, tức là

βT=(∂V/∂ T)/V, (1.1 1)

nếu xét đến (1.4) thì thu được

ρ=ρ1/(1+βTΔT), (1.12)trong đó ρ và ρ1 mật độ ở nhiệt độ T1vàT.

Đối với nước, khi áp suất và nhiệt độ tăng (từ 0,1 MPa và 0oC đến 10 MPa và 100oC) thìcác hệ số βT tăng (từ 14.10-6 đến 700.10-6) Còn đối với dầu khoáng, khi áp suất nằm trongphạm vi từ 0 đến 15 MPa có thể lấy trung bình khoảng 800.10-6

3 Sức bền kéo trong chất lỏng giọt theo thuyết phân tử có thể là đáng kể Trong các thí

nghiệm đối với nước đã được khử khí và làm sạch cẩn thận, ứng suất kéo trong thời gian ngắn

có thể đạt tới 23- 28 Mpa [1] Tuy nhiên nước sạch kỹ thuật, chứa các phần tử rắn lơ lửng vàcác bọt khí nhỏ, không chịu được ứng suất kéo dù rất nhỏ, do đó coi trong chất lỏng không tồntại ứng suất kéo

4 Trên bề mặt danh giới giữa chất lỏng và khí có các lực căng bề mặt tác dụng và tạo ra

một áp suất bổ sung nào đó Tuy nhiên, áp suất này chỉ đáng kể khi chất lỏng có thể tích nhỏ

áp suất này được xác định bằng công thức p=2б/r , trong đó б- hệ số sức căng bề mặt của

chất lỏng;r là bán kính cong (trị số âm khi mặt cong lõm xuống).

Trị số б (N/m) của các chất lỏng tiếp giáp với không khí ở 20oC như sau: nước- 73-3, 22,5-3, dầu hoả- 27-3, thuỷ ngân- 460.10-3 Khi nhiệt độ tăng thì hệ số sức căng bề mặt giảm.Trong các ống đường kính nhỏ, áp suất phụ do sức căng bề mặt làm nâng (hoặc hạ) chất lỏnglên so với mức bình thường đặc trưng cho hiện tượng mao dẫn của chất lỏng

cồn-5 Tính nhớt là tính chất cản trở xê dịch (trượt) giữa các lớp chất lỏng Tính chất này

biểu hiện ở chỗ, là trong chất lỏng ở điều kiện nhất định sẽ xuất hiện các ứng suất tiếp Tínhnhớt là tính trái ngược với tính linh động, chất lỏng có độ nhớt cao hơn thì kém linh động hơn

và ngược lại

Trong dòng chảy của chất lỏng nhớt dọc

theo ống xảy ra sự hãm dòng là do có tính nhớt

(H.1.2) Vận tốc v giảm cùng với khoảng cách y

tới thành ống cho tới v=0 khi y=0, còn các lớp

chất lỏng trượt tương đối nhau kèm theo xuất hiện

ứng suất tiếp hay còn gọi là ứng suất ma sát

Theo giả thiết, lần đầu tiên được Niutơn đề

xuất năm 1686, sau đó dựa trên cơ sở thí nghiệm

của N P Petrov năm 1883, ứng suất tiếp trong

chất lỏng phụ thuộc vào tính chất chất lỏng và đặc

điểm dòng chảy, ở chế độ chảy tầng nó có thể

được biểu diễn bằng

trong đó μ(Pa.s)- hệ số tỉ lệ được gọi là độ nhớt động lực học của chất lỏng.

Từ qui luật ma sát (1.13) thấy rằng ứng suất tiếp chỉ có thể có ở chất lỏng chuyển động,nghĩa là tính nhớt của chất lỏng chỉ thể hiện khi nó chảy và ở trạng thái tĩnh có thể coi ứng suấttiếp bằng không (đối với chất lỏng đặc biệt, còn gọi là không niutơn, thì hệ số μ không phải là hằng số mà là hàm của dv/dy, tức là μ=f(dv/dy), khi đó có thể có ứng suất tiếp ở trạng thái tĩnh, ví dụ, các chất keo).

ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt có thể đánh giá bằng công thức

μ=μoe-β(T-To), (1.1 5)

trong đó μ và μo- độ nhớt ở nhiệt độT và T0; β- hệ số, đối với dầu nhờn vào khoảng 0,02-0,03

Độ nhớt của chất lỏng còn phụ thuộc vào áp suất, tuy nhiên sự phụ thuộc nay chỉ đáng kểkhi áp suất thay đổi tương đối lớn (hàng trục MPa) Khi áp suất tăng, độ nhớt của đa số các

chất lỏng tăng và có thể đánh giá bằng công thức

trong đó μ vàμo- độ nhớt ở áp suấtP và P0 ; α- hệ số, đối với dầu nhờn khoáng vào khoảng 0,02-0,03

(giới hạn dưới ứng với nhiệt độ cao, còn giới hạn trên- nhiệt độ thấp).

Độ nhớt của chất lỏng được đo bằng nhớt kế Phổ biến hơn cả là ống nhớt kế Engle, nó làmột bình hình trụ đường kính 106 mm và có gắn một ống ngắn đường kính 2,8 mm ở đáy.Thời gian chảy t qua ống này dưới tác dụng của lực trọng trường của 200 cm3 chất lỏng được

Hình 1.2.Biểu đồ vận tốc của chất lỏng nhớt dọc thành ống.

thử chia cho thời gian chảy tncủa lượng nước cất như thế ở 20oC được gọi là 1 oE (1 độ Engle):

1oE=t/tn, trong đótn=51,6 s

Để chuyển đổi oE thành St đối với dầu nhờn dùng công thức: ν=0,073oE-0,063/oE

6.Tính bay hơi là tính chất vốn có của tất cả các chất lỏng giọt, tuy nhiên cường độ bay

hơi của chúng khác nhau và phụ thuộc vào điều kiện môi trường trong đó có chất lỏng

Một trong những chỉ số đặc trưng cho tính bay hơi của chất lỏng là áp suất hơi bão hoàcho theo hàm của nhiệt độ áp suất hơi bão hoà ứng với nhiệt độ nhất định càng lớn thì tính bayhơi càng lớn Khi tăng nhiệt độ thì áp suất hơi bão hoà tăng, nhưng mức độ khác nhau ở cácchất lỏng khác nhau

Đối với các chất lỏng đơn giản thì sự phụ thuộc trên hoàn toàn xác định, nhưng đối vớicác chất lỏng phức tạp, là hỗn hợp nhiều thành phần, thì áp suất hơi bão hoà không chỉ phụthuộc vào nhiệt độ và các tính chất lý- hoá mà còn phụ thuộc vào tương quan của thể tích cácpha hơi với pha lỏng áp suất hơi bão hoà tăng khi tăng phần thể tích của pha lỏng Thườngngười ta cho giá trị áp suất (hay độ đàn hồi) hơi bão hoà ở tỉ lệ thể tích pha hơi và lỏng bằng

4:1

7.Tính hoà tan khí trong chất lỏng đặc trưng bằng lượng khí hoà tan trong một đơn vị thể

tích chất lỏng, nó khác nhau ở các chất lỏng khác nhau và thay đổi khi áp suất thay đổi

Thể tích tương đối khí hoà tan đến trạng thái bão hoà trong chất lỏng có thể tính theo địnhluật Henry, nó tỉ lệ thuận với áp suất, tức là

Đ 1.2 Thuỷ tĩnh học

1.2.1 áp suất thuỷ tĩnh và tính chất của nó.

Thuỷ tĩnh học là một bộ phận của ngành thuỷ lực học nghiên cứu các qui luật cân bằngchất lỏng và ứng dụng thực tế Như đã nói ở mục trước, chất lỏng thực tế không có khả năngchịu kéo, và ở trạng thái tĩnh không có các lực ứng suất tiếp tác dụng Do đó, các lực mặt tácdụng lên chất lỏng tĩnh chỉ là các lực áp suất, tức là trên bề mặt ngoài của khối chất lỏng đangxét các lực phân bố luôn vuông góc với bề mặt và hướng vào trong khối chất lỏng, và dĩ nhiên,các lực này là các lực nén Bề mặt ngoài của khối chất lỏng có thể là bề mặt phân chia chất lỏngvới môi trường khí, thành cứng hoặc một bề mặt một khối chất lỏng tưởng tượng được tách rakhỏi khối chất lỏng chung

Như vậy, trong chất lỏng tĩnh chỉ có thể có một dạng ứng suất- ứng suất nén hay còn gọi là ápsuất thuỷ tĩnh Tính chất cơ bản của áp suất thủy tĩnh là: ở một điểm bất kì trong chất lỏng ápsuất thuỷ tĩnh không phụ thuộc vào pháp tuyến của bề mặt trên đó nó tác dụng Để chứng minh

điều này, trong chất lỏng tĩnh ta tách ra một tứ diện phân tố chất lỏng có các cạnh song songvới các trục toạ độ dài dx, dy và dz (hình 1.3) Giả sử trong lòng khối chất lỏng tách ra này cáclực khối tác dụng có mật độ (lực khối đơn vị) là X, Y và Z Kí hiệu áp suất thuỷ tĩnh tác dụnglên bề mặt vuông góc với trục Ox, Oy, Oz là px, py và pz áp suất thuỷ tĩnh tác dụng lên bề mặtnghiêng là pn, diện tích bề mặt này là dS

Ta đi thành lập các phương trình cân

bằng của khối chất lỏng phân tố này theo

các phương Ox, Oy, Oz, chú ý rằng tất cả

các lực mặt đều có phương vuông góc với

tố chất lỏng,- khối lượng riêng hay mật độ

chất lỏng Chia hai vế cho dydz, biết rằng

dydz/2= dScos(n,x), thu được:

Px- Pn+ dxX/3=0

Khi các kích thước tứ diện tiến tới không, số hạng cuối chứa dx tiến tới không, còn các ápsuất Px và Pn giữ các giá trị hữu hạn Do đó, tại giới hạn Px= Pn Tương tự như vậy, thành lậpcác phương trình cân bằng đối với các trục Oy và Oz, tìm được

y

2 x

n cos sin ,   (    ) sin 2 

1.2.2 Phương trình vi phân cân bằng và tích phân của chúng trong các trường hợp đơn giản.

a) Các phương trình.

Trong trường hợp chung, lực khối tác dụng lên chất lỏng không chỉ có trọng lượng mà còncác lực quán tính khác, ví dụ như các lực quán tính chuyển động theo khi xét cân bằng tương

đối Lấy điểm M bất kì trong khối chất lỏng tĩnh có toạ độ x, y và z và áp suất p (h.1.4) Hệ toạ

độ được coi là gắn cứng với bình chứa Tách một khối chất lỏng phân tố hình hộp có các cạnhsong song với các trục toạ độ và có độ lớn tương ứng bằng dx, dy và dz Giả sử mật độ lực khốibên trong hình hộp có các thành phần bằng X,Y và Z Khi đó các lực khối tác dụng lên phân tốchất lỏng tách ra này theo hướng các trục toạ độ sẽ bằng tích của các thành phần này với khốilượng của phân tố chất lỏng

áp suất p là hàm của các toạ độ x, y và z, do tính chất của áp suất thuỷ tĩnh đã đượcchứng minh ở trên, ở lân cận điểm M trên tất cả ba mặt hình hộp nó như nhau Khi chuyển từ

điểm M đến N chỉ theo phương Ox một đoạn vô cùng bé dx thì hàm p gia tăng một lượng bằng

vi phân riêng của p theo x, cho nên tại N nó bằng:

trong đó  p /  x - gradien áp suất ở lân cận điểm M theo phương trục x

Hình1.3 Sơ đồ để chứng minh bản chất của

áp suất thuỷ tĩnh.

Khi xét áp suất ở các điểm khác trên các mặt

vuông góc với trục x, ví dụ các điểm N’ và M’, thấy

chúng khác nhau một lượng như nhau (với độ chính xác

tới cấp vô cùng bé bậc cao hơn):

, dx

Xét áp suất ở các điểm trên các mặt vuông góc với

trục x, ví dụ ở N’ và M’, thấy chúng khác nhau một

lượng như nhau (với độ chính xác đến vô cùng bé bậc

cao hơn):

dx x

p )

y

p



và

Lực tác dụng lên phân tố hình hộp chất lỏng tách ra bao gồm các lực khối và lực áp suất,

do đó phương trình cân bằng theo ba phương trục toạ độ có thể viết dưới dạng:

p dxdydz

Z

; 0 dxdydz y

p dxdydz

Y

; 0 dxdydz x

p dxdydz

X

Chia các phương trình trên cho khối lượng phân tố chất lỏng dxdydz và chuyển tới giớihạn khi dx, dy và dz tiến tới không, tức là thu hình hộp về điểm xuất phát M, khi đó ở giới hạnthu được các phương trình cân bằng chất lỏng tại M:

p

1

Z

; 0 y

p

1

Y

; 0 x

0 ) dz z

p dy y

p dx x

p (

1 Zdz Ydy

Biểu thức trong ngoặc chính là vi phân toàn phần của hàm áp suất p(x,y,z), do đó phươngtrình này có thể viết ở dạng:

).

Zdz Ydy Xdx

z / F Z

; y / F Y

Trong kĩ thuật người ta nhiều khi quan tâm đến mặt đẳng áp – là mặt mà tại mọi điểm trên

đó áp suất có giá trị không đổi, các mặt thoáng hay các mặt danh giới giữa các chất lỏng cókhối lựơng riêng khác nhau và không hoà tan với nhau ở trạng thái cân bằng tĩnh cũng là cácmặt đẳng áp

Từ định nghĩa mặt đẳng áp p(x,y,z)=const, nên dp=0, và từ (1.19) suy ra trên mặt đẳng áp

0 ) Zdz Ydy

F dy

- các mặt đẳng áp không giao nhau, vì nếu như vậy thì tại các điểm giao cùng một lúc sẽ

có hai giá trị áp suất, điều này là phi thực tế;

- vec tơ lực khối vuông góc với mặt đẳng áp Trong Toán giải tích đã biết rằng gradien tạicác điểm trên mặt mức đồng phương với vec tơ pháp của mặt mức (trong trường hợp này là mặt

Trong đó n là vectơ pháp của mặt đẳng áp, còn vế phải chính là véc tơ lực khối tại điểm

đang xét, tính chất thứ hai đã được chứng minh

Mặt thoáng hay các mặt danh giới giữa các chất lỏng trạng thái cân bằng tĩnh là mặt đẳng

áp Ta có thể chứng minh điều này như sau Xét hai điểm trên bề mặt danh giới hai loại chấtlỏng có khối lượng riêng khác nhau, giả sử là 1và2 Ta có

p

p

p

12 12

Trong đó- là đường cong bất kì trên mặt phân cách và là vec tơ chỉ phương của đường

 ở lân cận  về hai phía là các chất lỏng có mật độ khác nhau1 2nên

F

12

2 12