giáo trình thủy khí, thủy lực, Phan thành long khoa cơ khí giao thông

giáo trình trình bày cụ thể rõ ràng các chương trong hệ thống thủy khí thủy lực, thuộc các trường đại học khối kĩ thuật ( cụ thể là đại học bách khoa Đà Nẵng). giáo trình được sử dụng trong giảng dạy và học tập của sinh viên đại học bách khoa. Có hệ thống lý thuyết và bài tập cụ thể , rõ ràng. có nhiều tài liệu tham khảo kèm theo từ nước ngoài ( anh , mỹ) .dễ hiểu và dễ học do thầy Phan Thành Long , đại học bách khoa Đà Nẵng biên soạn

THỦY KHÍ

(Fluid Mechanics)

Phan Thành Long

ptlong@dut.udn.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO (References)

1 Giáo trình Kỹ thuật Thủy khí – Hoàng Đức Liên

2 Thủy lực và Máy thủy lực – Nguyễn Phước Hoàng

3 Bài tập Thủy lực & Máy thủy lực – Ngô Vi Châu

4 Thủy khí động lực kỹ thuật 1,2 – Vũ Duy Quang

5 Fundamentals of Fluid Mechanics – R.Munson, F.Young,

H.Okiishi

6 Fluid Mechanics – F.White

NỘI DUNG (Contents)

NỘI DUNG (Contents)

KHÁI NIỆM CHẤT LỎNG (The Concept of a Fluid)

 Một hệ đóng (closed system) – còn gọi là khối lượng kiểm tra (control mas) - chứamột lượng cố định vật chất, và vật chất không thể trao đổi qua các biên của hệ.Chỉ năng lượng, dưới dạng nhiệt và công, có thể trao đổi qua các biên.

Hệ đóng

 Một hệ mở (open system) – còn gọi là thể tích kiểm tra (control volume) – thường

là một thể tích được chọn trong không gian, qua đó khối lượng có thể đi vào và đi

ra qua các biên

Hệ mở

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hai cách tiếp cận để nghiên cứu những bài toán về thủy khí:

Lý thuyết : phương pháp giải tích Thực nghiệm : xây dựng các mô hình tỷ lệ

với thực tế, sử dụng các thiết bị đặc biệt

để thu được kết quả mong muốn

2 2

0

y x

u u dU u

u u U

x y dx y

u u

NỘI DUNG (Contents)

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY KHÍ

NỘI DUNG (Contents)

THỨ NGUYÊN VÀ ĐƠN VỊ

Thứ nguyên (Dimension): biểu thị đặc tính của các đại lượng vật lý

 Hệ đơn vị SI (Le Système International d’Unités): kg, m, K, s

Đơn vị (Unit): độ lớn được gắn với thứ nguyên

Ví dụ: Chiều dài L, khối lượng m, vận tốc V

THỨ NGUYÊN VÀ ĐƠN VỊ

Bảng chuyển đổi giữa hệ đơn vị SI và BG:

 Hệ đơn vị SI (Le Système International d’Unités): kg, m, K, s

Ví dụ: mm, cm, m; g, kg, m/s, km/h

Lưu ý: Trong kỹ thuật, tất cả các phương trình phải tuân theo nguyên lý đồng nhấtthứ nguyên

Thứ nguyên Đơn vị SI Đơn vị BG Hệ số chuyển đổi

Khối lượng (m) Kilogram (kg) Slug 1 slug = 14.5939 kg

Chiều dài (L) Mét (m) Foot (ft) 1 ft = 0.3048 m

Thời gian (t) Giây (s) Giây (s)

Nhiệt độ (T) Kelvin (K) Rankine ( o R) 1 K = 1.8 o R

NỘI DUNG (Contents)

MÔI TRƯỜNG LIÊN TỤC

Chất lỏng có thể được xem như một môi trường liên tục, đồng nhất và đẳng hướng

 các thuộc tính của chất lỏng có thể xem như các hàm liên tục (có giá trị tại mọiđiểm, thay đổi liên tục trong không gian và không tồn tại các bước nhảy gián đoạn)

Giả thiết này được áp dụng khi kích thước hệ đang xét lớn hơn rất nhiều so vớikhoảng cách giữa các phân tử

Ví dụ: Trong 1 mm3 khí O2, ở nhiệt độ 20 oC và áp suất 1 atm, có 2.5 x 106 phân tử

O , khoảng cách giữa các phân tử là 6.3 x 10-8 m

KHỐI LƯỢNG RIÊNG (Density)

 Khối lượng riêng : khối lượng của một đơn vị thể tích, ký hiệu là ρ, đơn vị kg/m3

M là khối lượng của chất lỏng (tính theo kg) chứa trong thể tích V (tính theo m3)

 Đối với chất nước, khối lượng riêng ít bị ảnh hưởng bởi áp suất và nhiệt độ,

còn chất khí thì ngược lại

M V

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG (Specific Weight)

 Trọng lượng riêng : trọng lượng của một khối chất lỏng chứa trong một đơn vị thểtích, ký hiệu γ, đơn vị N/m3

Trong tính toán kỹ thuật thường lấy giá trị g = 9,81 m/s2

.

G

g V

 Tỷ trọng (Specific gravity): tỷ số giữa trọng lượng

riêng của chất lỏng so với trọng lượng riêng của nước ở

V0 : thể tích ban đầu của chất lỏng

Δp = p - p0 : sự thay đổi áp suất

0

1

TÍNH GIÃN NỞ NHIỆT (Volume Expansion)

 Tính giãn nở nhiệt : khả năng thay đổi thể tích của chất lỏng khi nhiệt độ thayđổi, được đặc trưng bởi hệ số giãn nở βt

ΔV = V - V0 : sự thay đổi thể tích

V0 : thể tích ban đầu của chất lỏng

ΔT = T - T0 : sự thay đổi nhiệt độ

0

1

NỘI DUNG (Contents)

TÍNH NHỚT (Viscosity)

Thí nghiệm và giả thuyết nhớt của Newton

 Tác dụng lên tấm trên lực F

 Tấm trên chuyển động với vận tốc đều V

 Xuất hiện lực f cùng độ lớn và ngược chiều F

TÍNH NHỚT (Viscosity)

Giả thiết nhớt của Newton: khi chất lỏng chuyển động, nó chuyển động thành

từng lớp vô cùng mỏng trượt lên nhau  xuất hiện lực ma sát trong, gọi là lực nhớt

F : lực nhớt trên tiết diện A

A : diện tích của tiết diên nơi xảy ra lực nhớt

TÍNH NHỚT (Viscosity) Các loại hệ số nhớt

 Hệ số nhớt động lực (dynamic viscosity), ký hiệu μ , đơn vị Ns/m2

Các đơn vị khác: Poise (P), Centi-poise (cP)

1 P = 100 cP = 0,1 Ns/m2

 Hệ số nhớt động học (kinermatic viscosity), ký hiệu , đơn vị m2/s

Các đơn vị khác: Stoke (St), Centistoke (cSt)

TÍNH NHỚT (Viscosity)

Sự phụ thuộc của độ nhớt vào áp suất và nhiệt độ

 Độ nhớt của chất lỏng ít phụ thuộc vào áp suất nhưng phụ thuộc mạnh vào

0,010 0,015

ν

cm 2 /s(dầu )