Bài giảng thủy lực môi trường chương 1 GV trần đức thảo

Bài giảng THỦY LỰC MƠI TRƯỜNG GV: Trần Đức Thảo TÀI LIỆU THAM KHẢO  Giáo trình chính: [1] PGS TS Vương Đình Đước, Thủy lực mơi trường, Trường ĐH Cơng nghiệp thực phẩm thành phố Hồ Chí Minh, 2013  Giáo trình tham khảo: [1] TS Huỳnh Phú, Thủy lực mơi trường, Viện Khoa học cơng nghệ & Quản lý mơi trường – ĐH Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, 2008 [2] Nhóm tác giả, Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hố chất (tập & tập 2), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [3] Phùng Văn Khương, Trần Đình Nghiên, Phạm Văn Vĩnh, Thủy lực đại cương, ĐH GTVT  Giáo trình tham khảo: [4] Trần Văn Bắc, Thủy lực đại cương, ĐH Bách khoa Hà Nội, 2003 [5] Hồng Đức Liên, Thủy lực cấp nước nơng nghiệp, ĐH Nơng nghiệp, 2005 [6] Nguyễn Cảnh Cầm, Vũ Ngọc Tảo, Thủy lực, ĐH Thủy lợi, 2007 [7] Nguyễn Cảnh Cầm, Vũ Ngọc Tảo, Bài tập thủy lực, ĐH Thủy lợi, 2007 NỘI DUNG MƠN HỌC        Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tĩnh học chất lỏng Chương 3: Cơ sở động lực học chất lỏng Chương 4: Tổn thất thủy lực Chương 5: Dòng chảy qua lỗ vòi – Dòng tia Chương 6: Dòng chảy ổn định ống có áp Chương 7: Dòng chảy kênh hở Chương 1: Mở đầu NỘI DUNG CHƯƠNG 1.1 Nội dung mơn học 1.2 Sơ lược lịch sử phát triển mơn thủy lực 1.3 Khái niệm chất lỏng thủy lực 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu chất lỏng 1.5 Lực tác dụng 1.1 Nội dung mơn học Thủy lực mơn Khoa học → quy luật cân chuyển động chất lỏng ứng dụng chúng vào thực tiễn → Mơn khoa học ứng dụng cần thiết cho cán kỹ thuật  Nội dung mơn học: Thủy tĩnh thủy động → Đây mơn học sở cho ngành KT: cấp nước, thủy lợi, mơi trường,…  1.2 Sơ lược lịch sử phát triển mơn thủy lực    Thủy lực có lịch sử phát triển lâu đời, từ người biết lợi dụng sức nước để phục vụ sinh hoạt, nơng nghiệp, thủy lợi,… Acsimet (250 TCN) nhà bác học đặt móng thủy lực thơng qua định luật vật Sang TK 18, 19 thủy lực phát triển mạnh mẽ, đặc biệt từ xuất định luật Becnoulli 1.2 Sơ lược lịch sử phát triển mơn thủy lực  Sau thủy lực tiếp tục phát triển nhiều nhà khoa học có cơng trình nghiên cứu quan trọng: Sêdi, Đácxi, Raynolds, Giucốpski,… 1.3 Khái niệm chất lỏng thủy lực    Chất lỏng có mối liên hệ học phân tử yếu nên chất lỏng có tính dễ di động, dễ chảy (tính chảy) Do khoảng cách phần tử chất lỏng nhỏ → sức dính lớn làm cho chất lỏng giữ thể tích khơng đổi bị thay đổi áp lực, nhiệt độ (chống lại sức nén) Chất lỏng coi chất chảy dạng hạt 1.3 Khái niệm chất lỏng thủy lực Trong thủy lực, chất lỏng coi mơi trường liên tục → nghiên cứu vận động học chất lỏng tác dụng ngoại lực → Trong mơn thủy lực, nghiên cứu tính tốn dựa giả thuyết có tính liên tục, tính chảy tính khơng nén  1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL a Khối lượng:  Biểu thị khối lượng đơn vị (ρ – KL riêng)  Đối với chất lỏng đồng nhất, KL đơn vị tính tỷ số khối lượng (M) thể tích (V): M  = , kg / m V  Đvới nước, KL đơn vị lấy khối lượng đơn vị thể tích nước cất +40C, ρ = 1000 kg/m3 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL b Trọng lượng:  Biểu thị trọng lượng đơn vị (γ – TL riêng)  Đối với chất lỏng đồng nhất, TL đơn vị tính tích số KLR (ρ) với gia tốc rơi tự (g = 9,81m/s2): M G  =  g = g = , N / m V V  Trong đó: G – Trọng lượng  Đvới nước, +4 C, γ= 9810 N/m 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL c Tính thay đổi thể tích thay đổi áp suất nhiệt độ:  Hầu CL khơng thay đổi thể tích thay đổi áp suất nhiệt độ dW , m2 / N  Khi thay đổi áp suất:  w = − W dp  Trong đó: βw – hệ số co thể tích; dW – độ giảm thể tích tương ứng với độ tăng áp suất dp 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL c Tính thay đổi thể tích thay đổi áp suất nhiệt độ:  Trong phạm vi: p = – 500at t = – 20 C βw =0,00005cm /kG ~  Mơ đun đàn hồi (K): K= w = −W dp , N / m2 dW 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL c Tính thay đổi thể tích thay đổi áp suất nhiệt độ:  Khi thay đổi nhiệt độ: dW −1 t = , C W dt  Trong đó: βt – hệ số dãn nở nhiệt; dW – độ biến đổi thể tích W ứng với tăng nhiệt độ lên 10C 0 -1  T= – 10 C, p = const → βt = 0,000015 C ~ Ví dụ 1: Nồi áp lực gồm phần trụ tròn có đường kính d=1000mm, dài l=2m; đáy nắp có dạng bán cầu Nồi chứa đầy nước với áp suất p0 Xác đònh thể tích nước cần nén thêm vào nồi để tăng áp suất nồi từ p0=0 đến p1=1000at Biết hệ số nén nước βp=4,112.10-5 cm2/kgf=4,19.10-10 m2/N Xem bình không giản nở nén Ví dụ 2: Dầu mỏ nén xi lanh thép thành dày tiết diện hình vẽ Xem thép không đàn hồi Cột dầu trước nén h=1,5 m mực thuỷ ngân nằm vò trí A-A Sau nén, áp suất tăng từ at lên 50 at, mực thuỷ ngân dòch chuyển lên khoảng Δh=4 mm Tính suất đàn hồi dầu mỏ 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL d Sức căng mặt ngồi:  CL có khả chịu ứng suất kéo khơng lớn tác dụng lên mặt tự do, phân chia CL với chất khí mặt tiếp xúc CL với chất rắn  Sự xuất sức căng mặt ngồi CL để cân sức hút CL vùng lân cận mặt phần sức hút phân tử CL khơng cân vùng xa mặt tự → CL có khuynh hướng giảm nhỏ diện tích mặt tự 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL d Sức căng mặt ngồi: → làm mặt tự có độ cong định  Sức căng mặt ngồi biểu thị hệ số σ – biểu thị sức kéo dính đơn vị dài đường tiếp xúc, phụ thuộc: nhiệt độ chất CL  Trong đa số trường hợp thủy lực, khơng xét đến ảnh hưởng sức căng mặt ngồi trị số nhỏ so với lực khác 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL e Tính nhớt:  Rất quan trọng → ngun nhân gây tổn thất NL CL chuyển động  Tính nhớt (υ) biểu thị sức dính phân tử CL Tính nhớt giảm tăng nhiệt độ  = ,  2  Trong đó: υ–độ nhớt động học (m /s cm /s (Stock); μ–độ nhớt động lực học; ρ–khối lượng riêng 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL e Tính nhớt:  1886, Newton đưa định luật ma sát: sức ma sát lớp CL chuyển động tỷ lệ thuận với diện tích tiếp xúc lớp ấy, khơng phụ thuộc vào áp lực mà phụ thuộc vào vận tốc loại chất lỏng  CL tn theo định luật gọi chất lỏng Newton (CL thực) Mơn thủy lực nghiên cứu chất lỏng Newton 1.4 Những đặc tính vật lý chủ yếu CL f Chất lỏng lý tưởng:  Là CL khơng có tính nhớt (hồn tồn khồn có ma sát chuyển động)  Khi nghiên cứu CL tĩnh: khơng cần phân biệt chất lỏng lý tưởng CL thực  Khi nghiên cứu CL chuyển động: từ chất lỏng lý tưởng sang CL thực cần tính thêm ảnh hưởng sức ma sát (tính nhớt) 1.5 Lực tác dụng a Lực thể tích: (lực khối lượng)  Là lực tác dụng lên tất phần tử khối chất lỏng xét  Trong điều kiện phân bố điều lực thể tích lực tỷ lệ với thể tích CL  Trọng lượng, lực qn tính,… lực thể tích 1.5 Lực tác dụng b Lực mặt: (lực bề mặt)  Lực tác dụng lên mặt giới hạn khối chất lỏng xét  Trong điều kiện phân phối điều, lực tỷ lệ với diện tích  Lực ma sát, áp lực khơng khí tác dụng lên mặt tự CL lực mặt ... Tảo, Bài tập thủy lực, ĐH Thủy lợi, 2007 NỘI DUNG MƠN HỌC        Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tĩnh học chất lỏng Chương 3: Cơ sở động lực học chất lỏng Chương 4: Tổn thất thủy lực Chương. .. tia Chương 6: Dòng chảy ổn định ống có áp Chương 7: Dòng chảy kênh hở Chương 1: Mở đầu NỘI DUNG CHƯƠNG 1. 1 Nội dung mơn học 1. 2 Sơ lược lịch sử phát triển mơn thủy lực 1. 3 Khái niệm chất lỏng thủy. .. khảo: [4] Trần Văn Bắc, Thủy lực đại cương, ĐH Bách khoa Hà Nội, 2003 [5] Hồng Đức Liên, Thủy lực cấp nước nơng nghiệp, ĐH Nơng nghiệp, 2005 [6] Nguyễn Cảnh Cầm, Vũ Ngọc Tảo, Thủy lực, ĐH Thủy lợi,