SLIDE CƠ LƯU CHẤT CHƯƠNG 1

Các thông tin cần thiết Các thông tin cần thiết Tài liệu tham khảo: o Giáo trình Cơ lưu chất (Bm. CLC) o Bài tập Cơ lưu chất (LS Giang & NT Phương) Thi cuối kỳ (80%): o Hình thức: trắc nghiệm, đề mở (được xem tài liệu) o Số lượng câu: - lý thuyết: 12 câu x 0,3đ/câu = 3,6đ - bài toán: 8 câu x 1,2đ/câu = 9,6đ o Tổng số điểm: 13,2/10 o Thời gian: 90’ Thi giữa kỳ (20%): = 1/2 thời gian và số câu hỏi của thi cuối kỳ CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU I./ Đònh nghóa môn học, đối tượng và phương pháp nghiên cứu II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất III./ Lực tác dụng trong lưu chất I./ Đònh nghóa môn học, đối tượng và phương pháp nghiên cứu: I./ Đònh nghóa môn học, đối tượng và phương pháp nghiên cứu: 1./ Đònh nghóa môn học: Cơ lưu chất là một môn khoa học thuộc lãnh vực Cơ học, nghiên cứu Cơ lưu chất là một môn khoa học thuộc lãnh vực Cơ học, nghiên cứu các quy luật chuyển động và đứng yên của lưu chất và các quá trình các quy luật chuyển động và đứng yên của lưu chất và các quá trình tương tác lực của nó lên các vật thể khác. tương tác lực của nó lên các vật thể khác. Cơ học lý thuyết Cơ học vật rắn biến dạng Cơ học đất Cơ lưu chất Cơ học Cơ lưu chất Thuỷ lực Khí động lực học 2./ Đối tượng nghiên cứu: • Lưu chất gồm: ch t l ng, ch t khí ấ ỏ ấ • *Tính chất : • - Lực liên kết phân tử yếu ⇒ có hình dạng của vật chứa nó. • - Tính chảy được ⇒ không chòu lực cắt và lực kéo • - Tính liên tục *Khác biệt giữa chất lỏng và chất khí là ở tính nén được, nhưng chỉ khi vận tốc đủ lớn (V > 0.3c). 3./ Phương pháp nghiên cứu: - Các đònh luật Cơ học của Newton và các đònh luật về bảo toàn và chuyển hoá trong cơ học ⇒các phương trình mô tả trạng thái giải u, p… - Phương pháp giải: + phương pháp giải tích + phương pháp thực nghiệm I./ Đònh nghóa môn học, đối tượng và phương pháp nghiên cứu (tt) I./ Đònh nghóa môn học, đối tượng và phương pháp nghiên cứu (tt) II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất: II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất: 1./ Khối lượng riêng ρ: -Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vò thể tích lưu chất. Thứ nguyên: [ ρ ] = ML -3 Đơn vò: kg/m 3 - Trọng lượng riêng γ: là lực tác dụng cuả trọng trường lên khối lượng của một đơn vò thể tích chất đó. γ = ρ g Thứ nguyên: [ ρ ] = ML -3 Đơn vò: kgf/m 3 hay N/m 3 - Tỷ trọng: tỷ số giữa trọng lượng riêng γ của một chất với trọng lượng riêng của nước γ n ở điều kiện chuẩn δ = γ/ γ n V m V ∆ ∆ = →∆ lim 0 ρ Đ.lượng Nước K.khí T.ngân ρ, kg/m 3 1000 1,228 13,6.10 3 γ, N/m 3 9,81.10 3 12,07 133.10 3 ∆ V, ∆ m A 2./ Tính nén được: Suất đàn hồi đặc trưng cho tính nén được của lưu chất. - Đối với chất lỏng: Nước ở 20 0 C có E n = 2,2x10 9 N/m 2 Lưu chất được xem là không nén được khi khối lượng riêng thay đổi không đáng kể ( ρ = const). Chất lỏng thường được xem là không nén được trong hầu hết các bài toán kỹ thuật. Ví dụ 1: Một xilanh chứa 0,1 lít nước ở 20 0 C. Nếu ép piston để thể tích giảm 1% thí áp suất trong xilanh tăng lên bao nhiêu? Giải: Ở 20 0 C, suất đàn hồi của nước E n = 2,2x10 9 N/m 2 Thể tích giảm 1%: dV/V = -1/100 Vậy áp suất tăng: dP = -E n dV/V = 2,2x10 9 x10 -2 = 2,2x10 7 N/m 2 = 2,2x10 7 Pa dV dP V VV P E V 0 0 0 / lim −= ∆ ∆ −= →∆ II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất(tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất(tt): P ∆ V ∆ p - Đối với chất khí: Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng: p = ρ RT +p là áp suất tuyệt đối (N/m 2 = pascal= J/m 3 ) + ρ là khối lượng riêng (kg/m 3 ) +T là nhiệt độ tuyệt đối (độ Kelvin 0 K) + R là hằng số, phụ thuộc chất khí + M là phân tử khối của chất khí Ví dụ 2: Một bình có thể tích 0,2m 3 , chứa 0,5kg Nitrogen. Nhiệt độ trong bình là 20 0 C. Xác đònh áp suất khí trong bình? Giải: Giả thiết khí Nitrogen là khí lý tưởng. Hằng số khí lý tưởng của Nitrogen là R= 0,2968kJ/kg.K. Áp suất tuyệt đối trong bình là: M R 8314 = kPaKx Kkg kJ x m kg RTp 218)20273( . 2968,0 2,0 5,0 3 =+== ρ II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất(tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất(tt): + Nếu khí lý tưởng và quá trình nén đẳng nhiệt (T = const) Từ phương trình p = ρ RT ⇒ p/ ρ = const hay pV = const + Nếu quá trình nén đẳng entropi (quá trình nén không ma sát và không có sự trao đổi nhiệt): p/p k = const k = c p /c v c p – nhiệt dung đẳng áp R = c p – c v c v – nhiệt dung đẳng tích Vận tốc truyền âm trong lưu chất: Đối với khí lý tưởng trong quá trình nén đẳng entropi: Ví dụ 3: không khí ở 15,5 0 C với k =1,4; R = 287 m 2 /s 2 K ⇒ vận tốc truyền âm trong không khí là c= 340,5m/s. Nước ở 20 0 C có E = 2,2GN/m 2 và ρ =998,2kg/m 3 ⇒ c =1484 m/s ρρ E d dp c == kRT kp c == ρ II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất(tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất(tt): Ví du 4ï: Một bình bằng thép có thể tích V = 0,2m 3 chứa đầy nước ở điều kiện chuẩn. Tìm gia tăng áp suất nước trong bình sau khi nén thêm vào V’ = 2lít nước ở cùng điều kiện trong 2 trường hợp: 1/. Bình được xem như tuyệt đối cứng; 2/. Bình dãn nở. Thể tích bình gia tăngα = 0,01%/at cho mỗi at áp suất gia tăng. Giải: 1/. Bình tuyệt đối cứng: Khối nước ban đầu được xét là: V b + V’ = 0,202m 3 Thể tích nước sau khi nén là thể tích bình V b = 0,2 m 3 Vậy độ gia tăng áp suất là: ' ' )()( VV VVV E V V Ep b bb + +− −= ∆ −=∆ atPaxxx 2221018,2 202,0 002,0 102,2 79 === 2/.Nếu bình dãn. Sau khi nén, thể tích khối nước là thể tích bình đã dãn V bs = V b [1+ α∆p] Biến thiên thể tích nước sau khi nén là: ∆V = V bs - (V b + V’) = V b [1+ α∆p] – (V b + V’) = α∆pV b – V ’ Vậy: Suy ra =68,9 at. ' ' VV VpV Ep b b + −∆ −=∆ α ' ' VVEV EV p bb ++ =∆ α at atPa Pa E 4 9 10.24,2 /98100 10.2,2 == )202,0)10.24,2()2,0(0001,0 )10.24,2()002,0( 343 43 matxmx atxm + = [...]... II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): * Có 2 loại lưu chất: + Lưu chất Newton: có ứng suất tiếp tỉ lệ thuận với suất biến dạng + Lưu chất phi Newton: có ứng suất tiếp không tỉ lệ với suất biến dạng *Độ nhớt động lực học µ: τ Lưu chất phi Newton Lưu chất Newton µ = const đ/v lưu chất Newton µ = 0 đ/v lưu chất lý tưởng ⇒ Độ nhớt động học: ν =µ ρ Lưu chất phi Newton 0 + Độ nhớt của chất lỏng giảm... lỏng giảm khi nhiệt độ tăng + Độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng du/dy Đ.lượng Nước K.khí µ, poise 1. 10-2 1, 8 .10 -4 ν, stoke 0, 01 0 ,15 Ví dụ 5: Chất lỏng Newton (hệ số nhớt 1, 915 2 Pa.s) chảy giữa hai tấm phẳng song song, với vận tốc phân bố theo quy luật: 2 3V   y   u = 1 −    2   h    V là vận tốc trung bình Với V = 0,6m/s và h = 0,51m Tính ứng suất tiếp tác dụng lên tấm dưới...II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): 3./ Tính nhớt: Lưu chất không có khả năng chòu lực cắt, khi có lực này tác dụng, nó sẽ chảy và xuất hiện lực ma sát bên trong Ứng suất ma sát giữa các lớp lưu chất song song do sự chuyển động tương đối giữa các lớp phụ thuộc vào gradient vận tốc du/dy *Đặc trưng cho ma sát giưã các phần tử lưu chất trong chuyển động ⇒Đònh luật ma sát... τ = µ dy Ta có: du 3Vy =− 2 dy h τ tấmdưới τ tấmdưới du =µ dy y =−h 3V =µ h 3(0,6m / s ) = (1, 915 2 Pa) = 6,759 N / m 2 (0,51m) Tại điểm giữa: y=0, du/dy = 0 ⇒ τ =0 II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): 4./ Áp suất hơi: Áp suất hơi của chất lỏng: là áp suất cục bộ của phần hơi trên bề mặt tiếp xúc với chất lỏng Áp suất hơi bão hoà: áp suất hơi ở trạng thái mà quá trình bay hơi và ngưng tụ cân... mặt 1. / Lực khối: Là ngọai lực tác dụng lên mọi phần tử của thể tích lưu chất và tỷ lệ với khối lượng lưu chất F - Vector cường độ lực khối F = lim ∆V →0 ∆f ρ∆V Ví dụ: Trọng lực: F=g Lực quán tính: F = − a Lực ly tâm: F = ω 2 r A ∆V, ρ ∆V ∆f III Lực tác dụng trong lưu chất (tt): 2./Lực mặt: Là ngọai lực tác dụng lên thể tích lưu chất thông qua bề mặt bao bọc và tỷ lệ với diện tích bề mặt ∆f - Vector... dẫn không quá 1mm Giải: 2σ θ cos Từ h= γR Suy ra: R =2σcosθ/ γR Nước ở 200C có σ = 0,0728 N/m và γ =9789 N/m3 Vì θ ≈ 00nên để có h = 1mm thì 2(0,0728 N / m) R= = 0, 014 9m 3 −3 (9789 N / m ) (10 m) Đường kính ống nhỏ nhất là : D = 2R = 0,0298m III Lực tác dụng trong lưu chất: Lực tác dụng chỉ có lực phân bố và được chia thành 2 lọai: +Nội lực +Ngoại lực Ngọai lực gồm lực khối và lực mặt 1. / Lực khối:... nhỏ hơn giá p trò áp suất hơi, chất lỏng sẽ sủi bọt Bắt đầu sủi bọt -> đứt đoạn chân không + Các bọt khí này khi vỡ sẽ gây tổn p hại đến bề mặt của thành rắn gọi là Bắt đầu vỡ bọt hiện tượng xâm thực khí V x II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): 5./ Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn: Sức căng bề mặt σ là lực hút phân tử trên một đơn vò chiều dài của bề mặt chất lỏng Thứ nguyên [σ ] = F/L, . tính chất cơ bản của lưu chất( tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): * Có 2 loại lưu chất: . K.khí T.ngân ρ, kg/m 3 10 00 1, 228 13 ,6 .10 3 γ, N/m 3 9, 81. 10 3 12 ,07 13 3 .10 3 ∆ V, ∆ m A 2./ Tính nén được: Suất đàn hồi đặc trưng cho tính nén được của lưu chất. - Đối với chất lỏng: Nước ở. chất( tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): Bắt đầu sủi bọt p V p x Bắt đầu vỡ bọt II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): II./ Các tính chất cơ bản của lưu chất( tt): 5./ Sức căng