máy thủy khí thủy khí

2/13/2014 THỦY KHÍ Số tín : 03 (Lý thuyết + Bài tập) GVGD: Phan Thành Long Email : ptlong@dut.udn.vn DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY TÀI LIỆU THAM KHẢO Thủy lực Máy thủy lực – Nguyễn Phước Hoàng Bài tập Thủy lực & Máy thủy lực – Ngô Vi Châu Thủy khí động lực kỹ thuật 1,2 – Vũ Duy Quang Fundamentals of Fluid Mechanics – R.Munson, F.Young, H.Okiishi Fluid Mechanics – F.White DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2/13/2014 Chương MỞ ĐẦU (Những khái niệm bản) DA NANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Thủy khí (Fluid mechanics) môn học liên quan đến hoạt động chất nước (liquids) chất khí (gases) trạng thái đứng yên chuyển động  Tại tên lửa tạo lực đẩy không gian?  Tại nghe tiếng máy bay siêu âm chuyển động qua chúng ta?  Tại vận tốc dòng chảy phía hạ lưu sông lớn, độ dốc nhỏ? … 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mục đích LỊCH SỬ PT TÍNH CHẤT CB LỰC Phương pháp nghiên cứu Đối tượng MỤC ĐÍCH  Nghiên cứu quy luật cân chuyển động dòng chất lỏng  Lực tác dụng chất lỏng lên vật thể ngập trạng thái tĩnh hay chuyển động  Ứng dụng quy luật vào sản xuất đời sống KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mục đích LỊCH SỬ PT Đối tượng TÍNH CHẤT CB LỰC Phương pháp nghiên cứu ĐỐI TƯỢNG Đối tượng nghiên cứu chất lỏng (fluids), chất lỏng bao gồm chất nước chất khí  Chất nước (liquids): nước, dầu, cồn …  Chất khí (gases): không khí, nước, hydrogen …  Các kết áp dụng cho kim loại nóng chảy, hỗn hợp chất lỏng trộn chất rắn… 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mục đích LỊCH SỬ PT TÍNH CHẤT CB LỰC Phương pháp nghiên cứu Đối tượng PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hai cách tiếp cận để nghiên cứu toán thủy khí: Lý thuyết : phương pháp giải tích phương pháp số KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mục đích Thực nghiệm : xây dựng mô hình tỷ lệ với thực tế, sử dụng thiết bị đặc biệt để thu kết mong muốn LỊCH SỬ PT TÍNH CHẤT CB LỰC Phương pháp nghiên cứu Đối tượng PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Một phương pháp điển hình để nghiên cứu thủy khí:  Từ dòng chảy thực tế, trích phần tử chất lỏng có hình dạng tưởng tượng  Thay ảnh hưởng chất lỏng bao xung quanh lực tương đương  Áp dụng định luật Newton cho phần tử chất lỏng 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN LỊCH SỬ PT TÍNH CHẤT CB LỰC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY KHÍ Archimedes (287-212 B.C) D Bernoulli (1700-1782) L Euler (1707-1783) G G Stokes (1819-1903) L Prandtl (1875-1953) Phan Thành Long KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CHẤT LỎNG  Có thể xem môi trường liên tục, đồng đẳng hướng đại lượng lý biểu diễn hàm liên tục  Có tính di động cao (do ảnh hưởng cấu trúc phân tử)  Không chống lực kéo lực cắt  Có khả chống nén lớn, đặc biệt chất nước 10 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt KHỐI LƯỢNG RIÊNG (Density)  Khối lượng riêng : khối lượng đơn vị thể tích, ký hiệu ρ, đơn vị kg/m  M V (kg/m 3) M khối lượng chất lỏng (tính theo kg) chứa thể tích V (tính theo m3 )  Đối với chất nước, khối lượng riêng bị ảnh hưởng áp suất nhiệt độ, chất khí ngược lại  Thể tích riêng (specific volume), ký hiệu v, đơn vị (m 3/kg)   (m 3/kg) 11 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt TRỌNG LƯỢNG RIÊNG (Specific Weight)  Trọng lượng riêng : trọng lượng khối chất lỏng chứa đơn vị thể tích, ký hiệu γ, đơn vị N/m   G   g V (N/m 3) Trong tính toán kỹ thuật thường lấy giá trị g = 9,81 m/s2  Tỷ trọng (Specific gravity): tỷ số trọng lượng riêng chất lỏng so với trọng lượng riêng nước 4oC, ký hiệu δ    H O ,4o C 12 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt TÍNH NÉN (Compressibility )  Tính nén : khả thay đổi thể tích chất lỏng áp suất thay đổi, đặc trưng hệ số nén βp (m 2/N) p   V V0 p (m 2/N) ΔV = V - V0 : thay đổi thể tích V0 : thể tích ban đầu chất lỏng Δp = p - p0 : thay đổi áp suất  Mô đun đàn hồi (Bulk modulus) chất lỏng, ký hiệu E, đơn vị N/m : E p (N/m 2) Chất nước thường xem không nén được, chất khí nén 13 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt TÍNH GIÃN NỞ NHIỆT  Tính giãn nở nhiệt : khả thay đổi thể tích chất lỏng nhiệt độ thay đổi, đặc trưng hệ số giãn nở βt t  V V0 T ΔV = V - V0 : thay đổi thể tích V0 : thể tích ban đầu chất lỏng ΔT = T - T0 : thay đổi nhiệt độ 14 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt TÍNH NHỚT (Viscosity) Thí nghiệm giả thuyết nhớt Newton  Tác dụng lên lực F  Tấm chuyển động với vận tốc V  Xuất lực f độ lớn ngược chiều F f   S V h (N) 15 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt  Chất lỏng phẳng chuyển động với vận tốc u u  u( y )  V y h (m/s)  Lớp chất lỏng nằm sát bề mặt phẳng chuyển động với vận tốc u = V  Lớp chất lỏng nằm sát bề mặt phẳng đứng yên u = Giả thuyết nhớt Newton: chất lỏng chuyển động, chuyển động thành lớp vô mỏng trượt lên xuất lực ma sát trong, gọi lực nhớt Tính nhớt chất lỏng nguyên nhân gây cản trở chuyển động, làm tiêu hao phần lượng tiềm tàng chất lỏng 16 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt Định luật Newton T  .S du dy (N) T: lực nhớt tiết diện S S: diện tích tiết diên nơi xảy lực nhớt μ : hệ số nhớt động lực du : gradient vận tốc theo phương y dy  T du   S dy (N/m 2) τ : ứng suất tiếp lực nhớt gây  Chất lỏng tuân theo định luật Newton gọi chất lỏng Newton, chất lỏng lại gọi chất lỏng không Newton, ví dụ hồ, sơn, chất dẻo 17 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt Các loại hệ số nhớt  Hệ số nhớt động lực (dynamic viscosity), ký hiệu μ , đơn vị Ns/m Các đơn vị khác: Poiseuille (P), Centi-poiseuille (cP) P = 100 cP = 0,1 Ns/m  Hệ số nhớt động học (kinermatic viscosity), ký hiệu ν, đơn vị m 2/s    (m 2/s) Các đơn vị khác: Stoke (St), Centistoke (cSt) St = 100 cSt = 1.10-4 m 2/s 18 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Tính chất chung LỊCH SỬ PT Tính nén TÍNH CHẤT CB Tính giãn nở nhiệt LỰC Tính nhớt Sự phụ thuộc độ nhớt vào áp suất nhiệt độ  Độ nhớt chất lỏng phụ thuộc vào áp suất phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ  Độ nhớt chất nước tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, chất khí ngược lại 19 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Lực LỊCH SỬ PT TÍNH CHẤT CB LỰC Chất lỏng lý tưởng LỰC (Force)  Lực mặt (Surface force) FS : lực tác dụng lên bề mặt phần tử chất lỏng, tỷ lệ với diện tích mặt tác dụng FS   pdS S  Lực khối (Volume force) FV : lực tác dụng lên phần tử chất lỏng tỷ lệ với khối lượng phần tử chất lỏng FV    RdV V R = (RX, RY, RZ) gọi gia tốc khối 20 10 2/13/2014 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Lực LỊCH SỬ PT TÍNH CHẤT CB LỰC Chất lỏng lý tưởng CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG (Ideal Fluids)  Chất lỏng lý tưởng loại chất lỏng mà độ nhớt không ( μ = 0) không nén điều kiện 21 11