Chương 3 ĐỘNG lực học CHẤT LỎNG

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG 3.1Các khái niệm chung 3.1.1 Các định nghĩa cơ bản a Lưu lượng và vận tốc chuyển động của chất lỏng Định nghĩa “ Lưu lượng của chất lỏng là lượng chất lỏ

CHƯƠNG 3 ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG

3.1Các khái niệm chung

3.1.1 Các định nghĩa cơ bản

a) Lưu lượng và vận tốc chuyển động của chất lỏng

Định nghĩa “ Lưu lượng của chất lỏng là lượng chất lỏng chảy

qua một tiết diện ngang của ống dẫn trong một đơn vị thời gian”

“Vận tốc trung bình của chất lỏng là vận tốc của chất lỏng chảy trong ống được tính bằng lượng thể tích chất lỏng chảy qua một đơn vị thiết diện trong một đơn vị thời gian”

Vận tốc trung bình của chất lỏng

, m/s

v f

b) Độ nhớt của chất lỏng

c) Sức căng bề mặt

Bề mặt chất lỏng được tập hợp bởi các lớp phần tử chất lỏng sát liền với lớp bề mặt tiếp xúc với môi trường xung quan Lớp phân tử này chịu lực hut phân tử ở các lớp bên trong lớn hơn lực hút ở môi trường xung quanh Vì vậy trên bề mặt xuất hiện một lớp áp lực theo phương pháp tuyến với bề mặt phân giới giữa chất lỏng và môi trường và hướng vào trong lòng chất lỏng

Do áp lực này mà chất lỏng có xu hướng thu hẹp bề mặt của nó để tạo ra một bề mặt mới đòi hỏi phải tốn một công Công cần thiết để tạo ra một bề mặt mới của chất lỏng gọi là: sức căng bề mặt, kí hiệu là σ Đơn vị đo sức căng bề mặt là N/m.

3.1.2 Chế độ chuyển động của chất lỏng

a) Chảy dòng và chảy xoáy

Số Reynolds có thể sử dụng như một tiêu chí để phân loại dòng chảy theo độ rối của nó: Dòng chảy có Re ≤ 2300 là dòng chảy tầng ; (Chảy dòng )

Dòng chảy có 104 > Re > 2300 là dòng chảy chuyển tiếp từ chảy tầng sang chảy rối;

Dòng chảy có Re ≥ 104 là dòng chảy rối ; ( Chảy xoáy )

b)Chuyển động không ổn định và ổn định

c) Bán kính thủy lực

d) Phương trình liên tục của dòng chảy ổn định

Theo phương trình dòng liên tục :

Trong trường hợp ống có chia nhánh

e) Phương trình tính lưu lượng trong ống dẫn

e) Phương trình tính lưu lượng trong ống dẫn

Ta có lực ma sát xuất hiện khi chất lỏng chuyển đông được biểu thị theo định luật Newton :

Mặt khác ở trạng thái chảy dòng ổn định thì có sự chênh lệch áp lực ở các mặt cắt dọc theo ống :

Theo định luật về chuyển động ta có quan hệ về chuyển động đều

.d t ,

dr

ω µ

Lấy tích phân trên ta được :

Với r = R thì ω = 0 nên hằng số tích phân sẽ là :

Từ (*) và (**) ta có

Khi r = 0 thì vận tốc là lớn nhất :

( ) * 2

ω

µ

−

=

Kết hợp phương trình a và b ta có phương trình parabol phân bố vận tốc của chất lỏng chảy trong ống dẫn theo phương bán kính như sau:

Lưu lượng chất lỏng chuyển động trong ống dẫn được xác định thông qua (c) Khi dòng chất lỏng chất lỏng chảy qua nguyên tố df với lưu lượng dV thì :

3.2 Các phương trình cơ bản về dòng chảy của chất lỏng

3.2.1 Phương trình vi phân chuyển động của Ơle

3.2.2 Phương trình Becnuly của dòng nguyên tố chất lỏng

lý tưởng chảy ổn định

* Phương trình Becnuly là kết quả của việc giải tích phân phương trình

vi phân chuyển động của Euler

Nhân thêm 2 vế với các cạnh tương ứng dx,dy,dz rồi cộng lại ta có

g

ω

ρ ω

z Đặc trưng cho thế năng riêng hình học

Đặc trưng riêng cho áp suất thủy tĩnh (hay chiều cao pezomet)

Đặc trưng cho thế năng riêng vận tốc hay thế năng riêng

3.2.3 Phương trình Becnuly của dòng nguyên tố chất lỏng thực chảy ổn định

hm là năng lượng mất mát hay thế năng riêng tổn thất Nên với chất lỏng thực phương trình Becnuly được phát biểu

“ Đối với một tiết diện bất kỳ của ống dẫn trong đó chất lỏng thực chảy qua khi chế độ chảy ổn định thì tổng của thế năng riêng vận tốc, thế năng riêng áp suất, thế năng riêng hình học và thế năng riêng mất mát là một đại lượng không đổi”

3.2.4 Ứng dụng của phương trình Becnuly trong việc đo lưu tốc và lưu lượng

3.2.4 Ứng dụng của phương trình Becnuly trong việc đo lưu tốc và lưu lượng

a) Áp kế vi phân

b) Ống Pitôporan

Ống Pitô là một ống nhỏ bằng kim loại hoặc thủy tinh, hình chữ L, đường kính từ

6 ¸10mm, miệng đoạn ống ngắn thu hẹp với đường kính 1¸2mm Đặt đoạn ống Pitô cho miệng đoạn ống ngắn ngược dòng chảy và vuông góc với đường dòng

c) Ống Venturi

d) Màng chắn và ống loa

e) Sự chảy của chất lỏng

f) Sự chảy của chất lỏng khi mức chất lỏng trong bình thay đổi

3.3 Trở lực trong ống dẫn chất lỏng

Phường trình chung cho chất lỏng thực khi chảy ra khỏi ống dẫn có dạng

Đại lượng hm­ đặc trưng cho tổn thất thế năng riêng của chất lỏng chuyển động do trở lực của đường ống

* Có 2 loại trở lực

•Trở lực do ma sat chất lỏng lên thành ống, gọi tắt là trở lực ma sat kí hiệu

là h1

•Trở lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động hoặc thay đổi vận tốc

do sự thay đổi hình dáng thiết diện của ống như đột thu, đột mở, van,

khóa…gọi là trở lực cục bộ kí hiệu là hcb

2

(3.26) 2g m

H = ω + h

H = ω + h ω ξ

∑

3.3.1 Trở lực do ma sat

Re chuẩn số Reynolds đặc trưng cho dòng chảy

3.3.2 Trở lực cục bộ

•Cửa vào và cửa ra của ống

•Đột mở, đột thu, và màng chắn

•Khuỷu và đoạn ống vòng

•Van khóa

Với van tiết lưu ta có theo độ dóng α như bảng dưới đây

Với van khóa nút ta có theo ộ dóng γ như bảng dưới đây

ξ

ξ

3.4 Vận chuyển chất lỏng

3.4.1 Tổng quan về vận chuyển chất lỏng

Dựa vào tính năng làm việc người ta chủ yếu chia bơm thành các loại sau

•Bơm thể tích : Do bộ phận tịnh tiến hay quay của bơm làm thay đổi thể tích bên trong tạoáp suất âm ở đầu hut và áp suất dương ở đầu đẩy, do đó thế năng và áp suất của chất lỏng

qua bơm tăng lên

•Bơm li tâm : Nhờ lực li tâm tạo ra trong chất lỏng khi guồng quay mà

chất lỏng được hút vào hoặc đẩy ra khỏi bơm

•Bơm đặc biệt bao gồm các loại bơm không có bộ phận dẫn động như

động cơ điện, máyhơi nước mà dùng luồng khí hay hơi làm nguồn động lực đẩy chất lỏng

Ví dụ bơm tia, xipong thùng nén

Năng suất được tính

để vận chuyển chất lỏng nên được gọi

là hiệu suất của bơm

a) Các thông số dặc trưng của bơm

Công suất của bơm

Hiệu suất của bơm

Năng suất

của bơm:

Được tính bằng năng lượng tiêu tốn

để bơm làm việc, với các loại bơm có

bộ phận dẫn động như động cơ điện, máy hơi nước,

Công suất của bơm

b) Áp suất toàn phần và chiều cao hút của bơm

3.4.2 Bơm pittong

3.4.2.1 Nguyên tắc làm việc của bơm pittong

3.4.3.2 Phân loại bơm pittong

a) Bơm tác dụng đơn

3.4.3.2 Phân loại bơm pittong

a) Bơm tác dụng đơn

b) Bơm tác dụng kép

Bầu khí

Pittong

Nối với động cơ

d) Bầu khí và tác dụng của bầu khí

Bầu khí trong ống hút và ống đẩy có tác dụng làm cho

chất lỏng đi trong ống hút được đều đặn nhờ có bầu khí mà

chất lỏng chỉ chuyển động không đều trong khoảng ngắng

giữa 2 bầu khí và xilanh của bơm

Tuy bầu khí có tác dụng như vậy nhưng trong một số trường hợp như bơm vận chuyển các chất đốt không có cấu tạo bầu khívì không khí ở trong bầu khí dễ trộn với hơi chất đốt bay lên dễ tạo thành hỗn hợp cháy nổ rất nguy hiểm.

e) Cấu tạo của pittong , xilanh và van trong bơm

3.4.3 Các loại bơm khác (Xemvideo)

3.4.4 Bơm li tâm

a) Nguyên tắc làm việc của bơm li tâm

Van 1 chiều

Van 1 chiều

b)Hiện tượng xâm thực trong bơm li tâm

Khi bơm làm việc , ở ống hút hay bộ phận nào đó trong bơm áp suất đột ngột hạ suống thấp hơn áp suất hơi bão hòa ( trường hợp độ chân không tăng nhanh ) chất lỏngnở đó sẽ bốc hơi tạo thành các khí hòa tan vào trong chất lỏng cùng ra ngoài Khí và hơi này khi đến cửa cánh guồng có áp suất lớn sẽ ngưng tụ phá vỡ các túi khí tạo thành những

khoảng trống chất lỏng dồn về sẽ gây nên các va đập thủy lực Những va đập này thường

có áp suất lơn và làm ồn ào rung chuyển bơm có thể phá hỏng bơm, hiện tượng này gọi

là hiện tượng xâm thực của bơm.

Nếu hiện tượng xâm thực của bơm cùng với hiện tượng ăn mòn hóa học xảy ra thì bơm

sẽ rất nhanh hỏng Để tránh hiệntượng xâm thực người tacần tăng áp suất chất lỏng ở cửa vào của bơm bằng cách giảm chiều cao hút (như đặt bơm thấp hơn mực chất lỏng trong bể hút, ngoài ra cánh guồng cần được chế tạo bằng các vật liệu có độ bền cơ học cao chịu được va đập

3.4.5 So sánh các loại bơm và ứng dụng

Ưu điểm li tâm

Nhược điểm

Ưu điểm bơm pittong

Trường hợp đặc biệt