MỞ đầu và các TÍNH CHẤT của lưu CHẤT (cơ lưu CHẤT SLIDE)

CƠ LƯU CHẤT CƠ LƯU  42 tiết (14 buổi × tiết) CHẤT  Kiểm tra kỳ (20%) Tuần 45 phút Chương + + + phần chương  Thi cuối kỳ (80%) 90 phút Tồn chương trình  Hình thức kiểm tra & thi: trắc nghiệm CƠ LƯU CHẤT Tài liệu tham khảo  Giáo trình Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)  Bài tập Cơ Lưu Chất (BM Cơ Lưu Chất)  Introduction to Fluid Mechanics  Mécanique des Fluides Chương MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT PHÂN BIỆT LƯU CHẤT & CHẤT RẮN • Cht rn ôcngằ v khú bin dng ã Lu cht « mềm » dễ biến dạng (có dạng bình chứa) lỏng Lưu chất khí plasma  Lưu chất chảy chịu tác dụng (ví dụ ta khuấy cà phê)  Chất rắn bị biến dạng hay bị cong Sức hút phân tử: rắn > lỏng > khí Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT ĐỊNH NGHĨA LƯU CHẤT • Lưu chất xem mơi trường liên tục • Lưu chất chất biến dạng liên tục chịu tác dụng lực cắt, dù nhỏ Các tính chất lưu chất khối lượng riêng, nhiệt độ, áp suất, vận tốc … hàm liên tục phụ thuộc vị trí thời gian ĐỊNH NGHĨA MƠN HỌC • Môn Cơ học lưu chất nghiên cứu qui luật đứng yên chuyển động lưu chất tương tác lưu chất vật rắn Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT ĐỊNH NGHĨA MƠN HỌC (tt) • Hiểu biết qui luật môn Cơ học lưu chất giúp ta phân tích, hiểu cải tiến hệ thống lưu chất chuyển động Ví dụ:  Hệ thống sưởi thơng gió  Hệ thống đường ống  Chuyển động dịng khí quanh máy bay, ơtơ dịng nước quanh tàu thủy, tàu ngầm …  Dịng chảy máy thủy khí (bơm, quạt, máy nén, tuabin …)  Dòng chảy ống thay mạch máu, tim nhân tạo, máy trợ giúp tim, phổi … Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH CHẤT LƯU CHẤT ♦ Khối lượng riêng khối lượng đơn vị thể tích lưu chất δm ρ = lim δ∀→0 δ∀ thứ nguyên: [ ρ] = ML-3 = FT L-4  đơn vị: kg m (hệ SI)  Khối lượng riêng chất lỏng thông thường bị ảnh hưởng thay đổi áp suất nhiệt độ  Ngược lại thay đổi áp suất nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến khối lượng riêng chất khí Chương (tiếp theo) Khối lượng riêng, kg/m3 MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT Nhiệt độ, oC Khối lượng riêng nước, phụ thuộc nhiệt độ Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT ♦ Trọng lượng riêng trọng lượng đơn vị thể tích lưu chất γ = ρg -3 -2 -2   thứ nguyên: [ γ ] = FL = ML T   N m = Kg m 2s (hệ SI)  đơn vị: Kgf m = 9,81 N m ♦ Tỉ trọng tỉ số khối lượng riêng lưu chất khối lượng riêng nước nhiệt độ định ρ γ δ= = ρ nuoc @ 4o C = 1000 kg m ρ nuoc @ 4o C γ nuoc @ 4o C Ví dụ: tỉ trọng thủy ngân 20oC 13,6 tỉ trọng glycerin 20oC 1,26 Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT KHÍ LÝ TƯỞNG Phương trình trạng thái khí lý tưởng: p = ρRT  p áp suất tuyệt đối ( N/m2 = pascal) (SI) (áp suất lực pháp tuyến đơn vị diện tích)  ρ khối lượng riêng (Kg/m3) (SI) O  T nhiệt 8314 độ tuyệt đối (độ Kelvin K) R = số, phụ thuộc chất khí  R M M phân tử khối chất khí Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt)  Công thức Sutherland (dùng cho chất khí): CT µ= T +S C, S số thực nghiệm T nhiệt độ tuyệt đối  Công thức Andrade B/T µ = De (dùng cho chất lỏng): D, B số Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt) Ví dụ 2: Chất lỏng newton (hệ số nhớt 1,9152Pa.s) chảy phẳng song song, với vận2 tốc phân bố theo qui luật : 3V   y   u= 1 −      h   h h y V laø vận tốc trung bình Với V = 0,6m/s h = 0,51m Tính ứng suất tiếp tác dụng lên điểm Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt) Giải: 3V   y   u= 1 −      h   du 3Vy =− dy h du Treân mặt τdưới: td = µ dy du τ=µ dy τ td h h y  3V  =µ  h  y=− h × ( 0,6m / s ) = (1,9152Pa ) = 6,759 N m ( 0,51m ) du ⇒ τ= =µ Tại điểm giữa: y = , du/dy dg dy   =0   y =0 Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt) Ví dụ 1: Một phẳng chuyển động phẳng thứ với lớp chất lỏng bôi trơn có chiều dày d =0,3mm Với d nhỏ ta giả thiết vận tốc lớp chất lỏng phân bố theo qui luật tuyến tính y Hệ số nhớt chất V=0,3m/ lỏng 0,65 s centipoise vàd=0,3m tỉ trọng 0,88 m Xác định: Ứng suất tiếp phẳng phẳng Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt) du τ=µ dy y V=0,3m/ s d=0,3m m = 0,65centipoise = 0,65 ì 10 −3 Pa.s du ∆u V − V 0.3 m s −1 = = = = = 1000 s dy ∆y d − d 0.3 ×10 −3 m τ tren = τduoi du =µ dy   = 0,65 ×10 −3 Pa.s 1000s −1 = 0,65Pa   y =d ( )( ) Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NÉN dp dp  Suất đànEhồi: =− = d∀ ∀ dρ ρ dp thay đổi áp suất cần thiết để tạo thay đổi thể tích d∀ thể tích ∀ Dấu – áp suất tăng thể tích giảm Khi thể tích giảm khối lượng không đổi m=ρ∀ nên khối lượng riêng tăng  Tính nén (dãn) chất khí:  Quá trình nén đẳng nhiệt (T=const) khí lý tưởng: p = ρRT ⇒ p/ρ = const hay p∀ = const  Quá trình nén entropi (quá trình ( k = cđẳng p cv ; R = cp − cv ) nén không ma sát trao đổi nhiệt): p/ρ k = const Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT dp dp TÍNH NÉN (tt) E = − = d∀ ∀ dρ ρ Lưu chất xem không nén khối lượng riêng thay đổi không đáng kể (ρ = const) Chất lỏng thường xem không nén hầu hết ứng dụng kỹ thuật Ví dụ: Một xilanh chứa 0,1lít nước 20oC Nếu ép piston để thể tích giảm 1% áp suất xilanh tăng lên bao nhiêu? o Giải: Ởd∀ 20∀ C, suất =− / 100đàn hồi nước E = 2,2.109Pa d∀ dp = − E = 2,2 × 109 × 10 − = 2,2 × 107 Pa ∀ Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NÉN (tt) dp E c = = Vận tốc truyền âm lưu chất: dρ ρ Đối với khí lý tưởng trình nén đẳng entropi: kp c= = kRT ρ Ví du:ï không khí 15,55oC(tức khoảng 60oF hay 288,55oK) k=1,40 R = 287m2/s2K ⇒ c= 340,5m/s Nước ôû 20oC coù E = 2,2 GN/m2 ρ = 998,2kg/m3 ⇒ c = 1484 Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NÉN (tt) Ví dụ: Một bình thép tích ∀ = 0,2m3 chứa đầy nước điều kiện chuẩn Tìm gia tăng áp suất nước bình sau nén thêm vào ∀’= lít nước điều kiện chuẩn trường hợp: 1) Bình xem tuyệt đối cứng 2) Bình dãn nở Thể tích bình gia tăng α=0,01%/at cho at áp suất gia tăng Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT d∀ dp = −E TÍNH NÉN (tt) ∀ 1) Bình xem tuyệt đối cứng ∀bt = ∀bs = ∀b = ∀ trước = ∀∀b + thể tích nước∀trước nén = ∀’ ? = 0,202m3 ∀ sau = ∀ b = 0,2m3 ∆p = − E ( ∀b ) − ( ∀b + ∀') ∆∀ = −E ∀ ∀ b + ∀' = 2,2 × 109 × 0,002 = 2,18 × 10 Pa = 222at 0,202 Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NÉN (tt) 2) Bình dãn d∀ dp = −E ∀ ∀bt = ∀b ∀bs = ? thể tích nước trước nén ∀ = ? ∀ = ∀ trước = ∀ b + ∀’ = 0,202m ∀ sau = ∀ bs ∀ bs = ∀ b [1 + α ∆p( at ) ] α ∆p( at ) ∀b − ∀' ∆p = − E ∀ b + ∀' ∀' E ( at ) ∆p( at ) = α ∀b E( at ) + ∀b + ∀' 2,2.109 Pa E( at ) = = 2,24.10 at 98100Pa / at ( 0,002m ) × ( 2,24.10 at ) = = 68,9at 0,0001× ( 0,2m ) × ( 2,24.10 at ) + ( 0,202m ) 3 4 Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT ÁP SUẤT HƠI † p suất chất lỏng áp suất cục phần bề mặt tiếp xúc với chất lỏng bão hòa nhiệt độ định † Tại số vùng dòng chảy áp suất tuyệt đối nhỏ giá trị áp suất hơi, chất lỏng sôi tạo bọt Các bọt vỡ gây tổn hại đến bề mặt thành rắn gọi tượng xâm thực khí Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT SỨC CĂNG BỀ MẶT ª Sức căng bề mặt σ lực hút phân tử đơn vị chiều dài bề mặt chất lỏng Thứ nguyên [σ]=F/L, đơn vị: N/m (SI) ª Chênh lệch áp suất bên (i) σ bên 2(e) σ vòng tròn diện tích ∆p = p − p e = R πR2 laø:i R ∆pπR2 σ Lực tác dụïng lên nửa hạt chất lỏng Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT SỨC CĂNG BỀ MẶT (tt) ª Hiện tượng mao dẫn xuất ống nhỏ, mặt giao tiếp rắn – lỏng – khí, gây sức căng bề mặt h= Nước ngân 2σ cos θ γR Thuûy Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT SỨC CĂNG BỀ MẶT (tt) Ví dụ: p suất đo cách đo độ cao cột chất lỏng ống thẳng đứng Xác định đường kính nhỏ ống thủy tinh (θ ≈ 0o) cho độ dâng nước (20oC) tượng 2σ cosống θ = mao dẫn khôngh γR1mm Nước 20oC σ = 0,0728N/m γ = 9789N/m3 θ ≈ 0o ( 0,0728 N / m ) R = để có = 0,0149m h = −3 1mm thì: (9789 N m )(10 m ) D = 2R = 0,0298m = 29,8mm ... theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT ♦ Lưu chất newton lưu chất có ứng suất tiếp tỉ lệ thuận với du suất biến τ=µ dạng dy Chương (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH... (tiếp theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt) ♦ Lưu chất newton lưu chất có ứng suất tiếp tỉ lệ thuận với du suất biến τ = µ dạng dy τ ♦ Lưu chất phi newton lưu chất có ứng suất... theo) MỞ ĐẦU & CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT TÍNH NHỚT (tt)  Độ nhớt động lực học đặc tính lưu chất liên quan đến ứng suất tiếp chuyển động lưu chất Với lưu chất Newton, độ nhớt số phụ thuộc loại lưu