Chương 3 ĐỘNG lực học CHẤT LỎNG

CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG 3.1Các khái niệm chung 3.1.1 Các định nghĩa a) Lưu lượng và vận tốc chuyển động của chất lỏng Định nghĩa “ Lưu lượng chất lỏng lượng chất lỏng chảy qua tiết diện ngang ống dẫn đơn vị thời gian” Vận tốc trung bình chất lỏng Vận tốc trung bình chất lỏng vận tốc chất lỏng chảy ống tính lượng thể tích chất lỏng chảy qua đơn vị thiết diện đơn vị thời gian” “ v ω = , m/s f b) Độ nhớt của chất lỏng * Theo Newton : S = − µ F dω ,N dn S lực ma sát bên chất lỏng, N F diện tích tiếp xúc lớp chất lỏng , m2 dω gradien vận tốc dn μ hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào chất chất lỏng gọi độ nhớt động lực chất lỏng N.s/m2 * Độ nhớt động học kí hiệu µ ν= , ρ m /s c) Sức căng bề mặt Bề mặt chất lỏng tập hợp lớp phần tử chất lỏng sát liền với lớp bề mặt tiếp xúc với môi trường xung quan Lớp phân tử chịu lực hut phân tử lớp bên lớn lực hút môi trường xung quanh Vì bề mặt xuất lớp áp lực theo phương pháp tuyến với bề mặt phân giới chất lỏng môi trường hướng vào lòng chất lỏng Do áp lực mà chất lỏng có xu hướng thu hẹp bề mặt để tạo bề mặt đòi hỏi phải tốn công Công cần thiết để tạo bề mặt chất lỏng gọi là: sức căng bề mặt, kí hiệu σ Đơn vị đo sức căng bề mặt N/m 3.1.2 Chế độ chuyển động của chất lỏng a) Chảy dòng và chảy xoáy Số Reynolds sử dụng tiêu chí để phân loại dòng chảy theo độ rối nó: Dòng chảy có Re ≤ 2300 dòng chảy tầng; (Chảy dòng ) Dòng chảy có 104 > Re > 2300 dòng chảy chuyển tiếp từ chảy tầng sang chảy rối; Dòng chảy có Re ≥ 104 dòng chảy rối; ( Chảy xoáy ) b)Chuyển động không ổn định ổn định c) Bán kính thủy lực *Với ống tròn đường kính d ta có :f = πd U =πd πd2 f d ⇒ rtl = = = U πd *Đối với ống hình chữ nhật dang a.b ta có: f ab rtl = = U ( a + b) d) Phương trình liên tục dòng chảy ổn định Theo phương trình dòng liên tục : m1 = m2 = m3 = const ⇔ f1ω1 ρ1 = f 2ω2 ρ = f 3ω3 ρ3 = const Nếu chất lỏng không bị nén ép tức ρ1= ρ2= ρ3 : f1ω1 = f 2ω2 = f 3ω3 = const Trong trường hợp ống có chia nhánh f1ω1 = f 2ω2 + f 3ω3 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 Nối với động Pittong c) Bơm vi sai Bầu khí Van đẩy Nối với động Van hút d) Bầu khí tác dụng bầu khí Bầu khí ống hút ống đẩy có tác dụng làm cho chất lỏng ống hút đặn nhờ có bầu khí mà chất lỏng chuyển động không khoảng ngắng bầu khí xilanh bơm Tuy bầu khí có tác dụng số trường hợp bơm vận chuyển chất đốt cấu tạo bầu khívì không khí bầu khí dễ trộn với chất đốt bay lên dễ tạo thành hỗn hợp cháy nổ nguy hiểm e) Cấu tạo pittong , xilanh van bơm 3.4.3 Các loại bơm khác (Xemvideo) 3.4.4 Bơm li tâm a) Nguyên tắc làm việc bơm li tâm Van chiều Van chiều b)Hiện tượng xâm thực bơm li tâm Khi bơm làm việc , ống hút hay phận bơm áp suất đột ngột hạ suống thấp áp suất bão hòa ( trường hợp độ chân không tăng nhanh ) chất lỏngnở bốc tạo thành khí hòa tan vào chất lỏng Khí đến cửa cánh guồng có áp suất lớn ngưng tụ phá vỡ túi khí tạo thành khoảng trống chất lỏng dồn gây nên va đập thủy lực Những va đập thường có áp suất lơn làm ồn rung chuyển bơm phá hỏng bơm, tượng gọi tượng xâm thực bơm Nếu tượng xâm thực bơm với tượng ăn mòn hóa học xảy bơm nhanh hỏng Để tránh hiệntượng xâm thực người tacần tăng áp suất chất lỏng cửa vào bơm cách giảm chiều cao hút (như đặt bơm thấp mực chất lỏng bể hút, cánh guồng cần chế tạo vật liệu có độ bền học cao chịu 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 [...]... 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 ω2 H= + hm 2g (3. 26) 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... tốc của chất lỏng chảy trong ống dẫn theo phương bán kính như sau:   r 2  ωr = ωmax  1 −  ÷ ÷  R ÷   (c) 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 : dV = ωrdf = 2π.r.ωr.dr ⇔V = ∫ R 0 p1 − p2 R 2 2 ωr df = ∫ 2π rωr dr = R − r ) 2π rdr ( ∫ 0 0 4µl p − p2 ⇔V = 1 π R 4 ( m3 / s ) 8µ l R 3. 2 Các... Becnuly của dòng nguyên tố chất lỏng thực chảy ổn định ω2 p +z+ + hm = const 2g ρg ( 3. 19 ) 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... ống dẫn p1 − p2 4 3 V= π R ( m / s) 8µ l 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 : dωt S = − µ F ,N dr Mặt khác ở trạng thái chảy dòng ổn định thì có sự chênh lệch áp lực ở các mặt cắt dọc theo ống : ∆P = P1 − P2 = π r 2 p1 − π r 2 p2 , N Theo định luật về chuyển động ta có quan hệ về chuyển động đều P1 = P2... dòng chảy của chất lỏng 3. 2.1 Phương trình vi phân chuyển động của Ơle ρ ρ δω δp ωx + =0 δx δx δω δp ωy + =0 δy δy ρ δω δ p  ωz +  + ρ g ÷= 0 δz δz  ( 3. 12 ) 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 Từ hệ phương trình vi phân (3. 12 ) ta rút ra δω 1δp ωx... 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 Vậy tổng quát: hm = h1 + ∑ hcb ( 3. 27 ) Để thuận tiện người ta biểu diễn thế năng riêng mất mát qua một phần thế năng riêng vận tốc tức là : ω ω ω h1 = ξ1 , hcb1 = ξ 2 , hcb 2 = ξ 3 vv 2g 2g 2g 2 2 2 Do... riêng hình học Đặc trưng riêng cho áp suất thủy tĩnh (hay chiều cao pezomet) ω2 = hdl Đặc trưng cho thế năng riêng vận tốc hay thế năng riêng 2g Có thể biểu thị ω2 p H tp = +z+ = const 2g ρg ( 3. 17 ) “Trong chuyển động từng năng lượng riêng có thể thay đổi nhưng tổng của chúng luôn luôn là một hằng số “ Nên (3. 17) có thể viết như sau: ω12 p1 ω2 2 p + z1 + = + z2 + 2 = const 2g ρ g 2g ρg 3. 2 .3 Phương... δz ρ  δz  ( 3. 13) Nhân thêm 2 vế với các cạnh tương ứng dx,dy,dz rồi cộng lại ta có ωx δω δω δω 1 δ p δp δp  dx + ω y dy + ω z dz = − gdz −  dx + dy + dz ÷ δx δy δz ρ δx δy δz  Ta đã biết: δω δω δω ω dω = ω x dx + ω y dy + ω z dz δx δy δz δ p δp δp  dp =  dx + dy + dz ÷ δy δz  δx Vậy:  ω2 p  ( 3. 14 ) ⇔ d  + z + ÷ = 0 ρg   2g ω2 p ⇔ +z+ = const 2g ρg ( 3. 15 ) ( 3. 16 ) ( 3. 14 ) z p =... phần thế năng riêng vận tốc tức là : ω ω ω h1 = ξ1 , hcb1 = ξ 2 , hcb 2 = ξ 3 vv 2g 2g 2g 2 2 2 Do đó : ω ω H= + hm = 1+ ∑ ξi ) ( 2g 2g 2 2 (3. 28) 3. 3.1 Trở lực do ma sat ξ1 = f ( l , d , ε , r , Re ) Re chuẩn số Reynolds đặc trưng cho dòng chảy ωl ρ Re = µ 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 ... 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,