Tĩnh học chất lỏng trong kỹ thuật thủy khí

Chất lỏng tĩnh tuyệt đối

• Khi áp suất bình lớn hơn áp suât khí trời(H.2-7b) mực n−ớc cột thông với bình giảm xuống, cột tự do dâng cao hơn nhau một l−ợng là Δh. • áp suất tĩnh do ngoại lực tác động lên bề mặt chất lỏng đ−ợc truyền nguyên vẹn đến mọi điểm trong lòng chất lỏng ( với tốc độ âm thanh).

Phương pháp đồ giải

--- Chương2.Tĩnh học chất lỏng - 26 - VAL là vật thể áp lực, là hình lăng trụ có đáy dưới là mặt cong S, đáy trên là hình chiếu của nó lên mặt thoáng (Sz), diện tích xung quanh là các mặt chiếu. Điểm đặt của lực P là giao điểm của ba lực Px,Py,Pz. γ chính là diện tích của tam giác biểu đồ áp suất. Vậy, P có trị số bằng thể tích của lăng trụ có một hình chiếu là biểu. S = γ ) và hình chiếu thứ hai là diện tích chịu áp suất (b.h), điểm đặt của lực đi qua trọng tâm của lăng trụ đó. Ví dụ:Tính áp lực bằng biểu đồ rất thuận tiện trong trường hợp có nước ở hai bên (H.

PPrr r

Trong chương này ta nghiên cứu chuyển động của chất lỏng, nghĩa là nghiên cứu các đại l−ợng đặc tr−ng của chuyển động nh− dạng chuyển động, vận tốc, khối l−ợng riêng v.v. Quỹ đạo đặc tr−ng cho sự biến thiên vị trí của phần tử chất lỏng theo thời gian, còn đ−ờng dòng biểu diễn ph−ơng vận tốc của các phần tử chất lỏng tại một thời điểm. Trong chất lỏng thực chuyển động, áp suất thuỷ động vẫn hướng vào mặt tác dụng (giống nh− áp suất thuỷ tĩnh, ch−ơng 2), nh−ng không chỉ h−ớng theo pháp tuyến, mà nó là tổng của thành phần ứng suất pháp tuyến, ký hiệu là p, và thành phần ứng suất tiếp τ do lực nhớt gây ra (xem (1-1)).

Chương4-Động lực học chất lỏng 44 Hai ông Navie (người Pháp) và Stokes (người Anh) đã viết hệ phương trình (4-1) dưới dạng khác, tiện sử dụng, dựa trên các giả thuyết về ứng suất, và phương trình đó. Khi đó phương trình (4-10) viết dưới dạng hình chiếu có dạng:. Đó là tích phân Béc nu li. ph−ơng trình becnuli. ph−ơng trình Bécnuli viết cho dòng nguyên tố của chất lỏng không nén đ−ợc:. t ),lực khối chỉ có trọng lực. Một phần năng l−ợng của chất lỏng bị tiêu hao để khắc phục những lực ma sát đó, nghĩa là có sự tổn thất năng l−ợng: h’w1-2 của dòng chảy dọc theo dòng chảy, nên: const.

Là việc ứng dụng định lý biến thiên động l−ợng của cơ lý thuyết vào chất lỏng: Sự biến thiên đônng l−ợng theo theo gian của dòng chất lỏng bằng tổng nghoại lực tác dụng lên chúng;. Vì vậy mà dòng tia ngập loe rộng dần rồi phân tán vào môi tr−ờng chất láng bao quanh (H.4-12). Dựa vào biểu đồ phân bố vận tốc trên các mặt cắt ngang dòng tia ta thấy trong dòng tia có hai phần: lõi và lớp biên chảy rối. a) Lừi là phần trong cựng, trong đú vận tốc trờn cỏc mặt cắt ngang dòng tia đều không đổi. Đ−ờng giới hạn lõi là đ−ờng thẳng (theo thực nghiệm). b) Phần đ−ợc giới hạn bởi lõi và môi tr−ờng bao quanh dòng tia gọi là lớp biên chảy rối, trong đó vận tốc biến đổi liên tục cho đến khi bằng vận tốc môi tr−ờng bên ngoài.

Giả thiết có dòng tia từ một vòi hình trụ tròn phun vào vật chắn rắn cố định (H.4-16). Khi gặp vật chắn thì. dòng tia phân ra hai nhánh chảy dọc theo vật chắn. Dòng tia tác dụng lên chỗ chạm vào mặt chắn một lực P, ng−ợc lại dòng tia chịu một phản lực R. Chương4-Động lực học chất lỏng 66 của vật chắn. 2.2 ứng dụng tính lực tác dụng của dòng tia trong một số tr−ờng hợp đơn giản. Trong tr−ờng hợp này:. c) Vật chắn là một mặt phẳng đặt vuông góc với dòng tia nh−ng di động theo chiều dòng tia với vận tốc u (H.4-19). Chương này xét cụ thể một số dạng chuyển động một chiều của chất lỏng không nén đ−ợc nh− n−ớc chảy trong ống, dầu trong các khe hẹp .v.v..Từ đó rút ra những ứng dụng vào kỹ thuật.

2 SCU

Phân bố áp suất và lực ma sát trên bề mặt vật phụ thuộc vào hình dạng, vào vị trí của nó ở trong dòng chảy và vào vận tốc ở vố cùng (dòng ch−a bị kích động). Với vận tốc dòng chảy nhỏ, khi đó tính nén đ−ợc của chất lỏng thực tế không có tác dụng, thì ảnh hưởng chính đến hệ số lực cản là hình dạng vật cản, góc tới và số Râynôn. Vật có hình dạng khí động xấu nghĩa là vật khi dòng bao quanh nó có điểm rời, không bao kín (nh− hình trụ tròn, thuyền thúng v.v.) thì Prmp lớn hơn Prms.

Khi nghiên cứu dòng thế của chất lỏng lý t−ởng bao quanh trụ tròn, nghĩa là dòng bao quanh trụ tròn không có lưu số vận tốc (Γ=0) người ta thấy. Trong thực tế, khi các vật hình trụ hay hình tròn quay trong chất lỏng thực chuyển động ta có thể xem như dòng bao quanh chúng có lưu số vận tốc và do đó xuất hiện lực nganh vuông góc với vận tốc của chất lỏng tác dụng lên các vật đó. Định lý: Nếu dòng chảy có vận tốc ở vô cùng U∝ bao quanh prôfin cánh và lưu số vận tốc dọc theo prôfin cánh là Γ, thì hợp lực của áp lực chất lỏng tác dụng lên prôfin cánh sẽ có trị số ρU∝Γ, còn ph−ơng chiều đ−ợc xác.

Có thể chứng minh định lý bằng cách áp dụng định lý biến thiên động l−ợng cho khối chất lỏng nằm giữa vòng tròn khá lớn và prôfin cánh, hay nh− lý thuyết hàm biến phức nh− Trapl−ghin đã làm (xem trang 97-100, tập 2 [1]). Nh− vừa nêu ở trên, muốn tính lực cản phải biết phân bố lực ma sát (ứng suất tiếp) dọc bề mặt của vật bị chất lỏng bao quanh, nghĩa là phải nghiên cứu lớp chất lỏng sát vật - lớp biên. Do đó trong khi tính toán người ta đưa vào những chiều dày đặc tr−ng khác của lớp biên: chiều dày bị ép δ*, chiều dày tổn thất xung lực δ** và chiều dày tổn thất năng l−ợng.

H 4. Ph−ơng pháp lớp biên

Số hạng thứ nhất trong vế trái của ph−ơng trình (8-2) biểu diễn ứng suất ma sát đối với chuyển động của chất lỏng nén đ−ợc.

Máy thuỷ lực vμ trạm

Cùng với sự ra đôì của máy hơi nước cuối thế kỷ 18 sự phát minh ra tuabin n−ớc và bơm lytâm ở đầu thế kỷ 19 là những b−ớc nhảy lớn trong lịch sủ các máy năng l−ợng. Đặc biệt trong 50 năm gần đây lý thuyết về thuỷ khí động lực phát triển rất mạnh có nhiều thành tựu to lớn và việc áp dụng những thành quả phát minh này trong lĩnh vực máy thuỷ lực vô cùng phong phú. Để đáp ứng yêu cầu năng l−ợng ngày càng lớn của công nghiệp hiện đại người ta đã chế tạo được các tuabin nước cỡ lớn có công suất tới 500.000 KW hoặc lớn hơn.Việc ứng dụng truyền.

Từ cách mạng tháng 8 đến nay khoa học kỹ thuật nước ta phát triển mạnh mẽ.Việc chế tạo và việc sử dụng máy móc ngày càng nhiều trong các lĩnh vực phục vụ sản xuất, chiến đấu và sinh hoạt, trong đó có nhiều loại máy thuỷ lực.Hiện nay trong nước ta đã có nhiều nhà máy sản xuất các loại. Ta biết rằng trong bất kỳ một dòng chất lỏng chuyển động nào cũng tiềm năng một năng l−ợng nhấ định; tác dụng của máy thuỷ lực là trao đổi (nhận hoặc cho) năng l−ợng với dòng chất lỏng chuyển động qua đó để kéo các máy làm việc hoặc vận chuyển chất lỏng. Loại máy thỷ lực tiếp thu cơ năng của dòng chảy chất lỏng để kéo các máy làm việc khác có tác dụng nh− một động cơ gọi là động cơ thuỷ lực (như tuabin nươc,.các loại động cơ thuỷ lực trong máy công cụ…).

Hai thành phần năng l−ợng này do năng l−ợng thuỷ động của dòng chảy qua máy tạo nên, có liên quan mật thiết với nhau.Trong quá trình làm việc của máy, sự biến đổi động năng bao giờ cũng kéo theo sự biến đổi áp năng. Loại máy thuỷ lực thể tích có nhiều ưu điểm trong phạm vi sử dụng cần có áp suất cao và lưu lượng nhỏ đ−ợc dùng nhiều trong ngành chế tạo máy. Ngoài ra còn có các loại máy thuỷ lựckhác không thuộc hai loại máy trên làm việc theo những nguyên lý khác nhau nh− bơm phun tia, bơm n−ớc va…Phần lớn các loại máy thuỷ lực này có năng suất và tính năng kỹ thuật thấp so với máy thuỷ lực cánh dẫn và thể tích, do đó phạm vi sử dụng của chúng trong công nghiệp bị hạn chế.