TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
ÑOÄNG LÖÏC HOÏC1
CHÖÔNG
V PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN CHO CHAÁT LOÛNG LYÙ
TÖÔÛNG CHUYEÅN ÑOÄNG (P.Tr EULER)
dt
ud
)p(gradF
r
=
ρ
1
+
+
+
==
ρ
+
+
+
==
ρ
+
+
+
==
ρ
)3(
z
u
u
y
u
u
x
u
u
t
u
dt
du
z
p1
F
)2(
z
u
u
y
u
u
x
u
u
t
u
dt
du
y
p1
F
)1(
z
u
u
y
u
u
x
u
u
t
u
dt
du
x
p1
F
z
z
z
y
z
x
zz
z
y
z
y
y
y
x
yy
y
x
z
x
y
x
x
xx
x
¾Daïng Lamb-Gromeco cuûa phöông trình Euler:
x
u
u
x
u
uz
z
y
y
±
±vaø
zyyz
2
x
x
y
y
zx
z
2
z
2
y
2
xx
x
)u(rotu)u(rotu
2
u
xt
u
y
u
x
u
u
x
u
z
u
u
2
u
2
u
2
u
xt
u
x
p1
F
+
+
=
+
++
+
=
ρ
Sau khi saép xeáp, treân phöông x ta ñöôïc:
Ta bieán ñoåi töông töï cho p.tr (2) vaø (3).
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
ÑOÄNG LÖÏC HOÏC2
=
=
=
=
yxxyz
xzzxy
zyyzx
zyx
zyx
)u(rotu)u(rotu)u)u(rot(
)u(rotu)u(rotu)u)u(rot(
)u(rotu)u(rotu)u)u(rot(
uuu
)u(rot)u(rot)u(rot
kji
u)u(rot rr
rr
r
r
rr
Cuoái cuøng ta ñöôïc Daïng Lamb-Gromeco cuûa phöông trình Euler:
u)u(rot
2
u
grad
t
u
pgrad
1
F
2rr
r+
+
=
ρ
II TÍCH PHAÂN P. TR. LAMB-GROMECOPHÖÔNG TRÌNH BERNOULLI
+
×+
+
=
ρ
×+
+
=
ρ
×+
+
=
ρ
dz)u(rotu)u(rotu
2
u
zt
u
z
p1
F
dy)u(rotu)u(rotu
2
u
yt
u
y
p1
F
dx)u(rotu)u(rotu
2
u
xt
u
x
p1
F
yxxy
2
z
z
xzzx
2
y
y
zyyz
2
x
x
¾Löu chaát chuyeån ñoäng theá toaøn mieàn: rot(u)=0 :(C laø haèng soá cho toaøn mieàn)
¾Tích phaân doïc theo ñöôøng doøng (C laø haèng soá treân ñöôøng doøng)
¾Tích phaân doïc theo ñöôøng xoaùy (C laø haèng soá treân ñöôøng xoaùy).
¾Tích phaân doïc theo ñöôøng xoaén oác (C laø haèng soá treân ñöôøng xoaén oác)
Ñoái vôùi doøng oån ñònh, löu chaát naèm trong tröôøng troïng löïc, khoâng neùn ñöïôïc:
zyx
zyx
2
uuu
)u(rot)u(rot)u(rot
dzdydx
2
u
ρ
p
gzd=
++
Trong moät soá caùc tröôøng hôïp cuï theå sau, ta coù tích phaân phöông
trình treân vôùi veá phaûi = 0 P. tr. Bernoulli
C
g2
up
zhayC
2
up
gz
22 =+
γ
+=+
ρ
+
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
ÑOÄNG LÖÏC HOÏC3
Trong tröôøng hôïp doøng chaûy löu chaát khoâng neùn ñöôïc, oån ñònh vôùi
rot(u)0, xeùt treân phöông phaùp tuyeán n vôùi ñöôøng doøng:
Neáu löïc khoái laø moät haøm coù theá, ta ñöa haøm theá πvaøo vôùi ñònh nghóa sau:
π=
π
=
π
=
π
= gradFhay
z
F;
y
F;
x
Fzyx
r
Vieát laïi phöông trình vi phaân daïng Lamb-Gromeco:
u)u(rot
u
grad
t
u
pgradgrad rr +
+
=
ρ
π 2
12
Treân phöông phaùp tuyeán n vôùi ñöôøng doøng (ngöôïc chieàu vôùi phöông baùn kính r):
r
u
r
u
r
u
r
u
n
r
u
)u,sin(.u.
u
n
p
n
2222
2
22
2
2
==
ω=
ωω
=
ρ
+π
r
u
ρ
p
π
r
2
=
+
Neáu löu chaát chòu taùc duïng cuûa löïc troïng tröôøng:
r
u
ρ
p
gz
r
2
=
+
Nhaän xeùt:
γ
+p
z
¾Khi r
→∝
;const
p
z=
γ
+
aùp suaát phaân boá treân maët caét öôùt theo
quy luaät thuûy tónh (khi aáy caùc ñöôøng
doøng song song vaø thaúng, m/c öôùt laø maët
phaúng) - ñaây laø tröôøng hôïp chaát loûng
chuyeån ñoäng ñeàu hoaëc bieán ñoåi daàn
¾Theo phöông r (höôùng töø taâm quay ra): r caøng lôùn, caøng lôùn
YÙ nghóa naêng löôïng cuûa phöông trình Bernoulli:
γ
+p
z:laø theá naêng cuûa moät ñôn troïng löôïng löu chaát
(bao goàm naêng ñôn z vaø aùp naêng ñôn p/γ).
g2
u2: laø ñoäng naêng cuûa moät ñôn troïng löôïng löu chaát.
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
ÑOÄNG LÖÏC HOÏC4
γ
p
z
γ
p
z)a D
D
A
A+=+
γ
p
z
γ
p
z)b D
D
C
C+=+
γ
p
z
γ
p
z)c B
B
C
C+=+
γ
p
z
γ
p
z)d B
B
A
A+=+
D
A
B
C
Doøng chaûy ùi caùc ñöôøng doøng nhö hình veõ, ta coù:
Bình luaän:
Caâu naøo ñuùng?
III. PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN CHO CHAÁT LOÛNG THÖÏC CHUYEÅN
ÑOÄNG (P.Tr Navier-Stokes)
dt
ud
)u(div(gradu)p(gradF
r
rr =ν+ν+
ρ
3
11 2
Tích phaân phöông trình Navier-Stokes cho toaøn doøng chaûy, ta ñöôïc phöông trình
Bernoulli vieát cho toaøn doøng chaát loûng thöïc khoâng neùn ñöôïc chuyeån ñoäng oån
ñònh. Ñaây laø moät daïng cuûa phöông trình naêng löôïng, maø ta chöùng minh ñöôïc
baèng pp TTKS trong chöông ñoäng hoïc:
IV. PHÖÔNG TRÌNH NAÊNG LÖÔÏNG
∫∫∫∫∫ ρ
ρ
++++ρ
ρ
+++
=
A
nu
w
udAu)
p
gzue(dw)
p
gzue(
tdt
dW
dt
dQ 22
2
1
2
1
Ñaây chính laø phöông trình naêng löôïng cho doøng chaát loûng khoâng n
ñònh coù khoái löôïng rieâng
ρ
thay ñoåi.
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
ÑOÄNG LÖÏC HOÏC5
1.Ñoái vôùi doøng oån ñònh, khoâng coù ï trao ñoåi nhieät vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi:
∫∫ ρ
ρ
+++=
A
nu dAu)
p
gzue(
dt
dW 2
2
1
∫∫∫∫ +=+
A
n
2
n
A
udAuρ)gZu
2
1
(
dt
dW
dAuρe
chuù raèng:
Z = z+p/
γ
laø theá naêng ñôn
dt
dW
dAue n
A
u+ρ
∫∫
Nhaän xeùt thaáy: laø phaàn bieán ñoåi naêng löôïng do
chuyeån
ñoäng cuûa caùc phaàn töû beân trong khoái löu chaát gaây ra vaø do ma saùt cuûa khoái löu
chaát vôùi beân ngoaøi. Ñaïi löôïng naøy khoù xaùc ñònh ñöôïc baèng lyù thuyeát, thoâng
thöôøng, noù ñöôïc tính töø thöïc nghieäm, tuyø theo tröôøng hôïp cuï theå. Ta ñaët:
Qgh
dt
dW
dAue fn
A
uρ=+
∫∫ ñaây chính laø naêng löôïng maát ñi cuûa löu chaát qua
theå tích W trong moät ñôn thôøi gian.
hflaø maát naêng trung bình cuûa moät ñôn troïng löôïng löu chaát.
∫∫ +=
A
n
2
fdAuρ)gZu
2
1
(Qhγ
Neáu xeùt cho moät ñoaïn doøng chaûy vaøo maët caét 1-1 vaø ra taïi m/c 2-2 (
ρ
=const)
ρ+ρ+=ρ ∫∫∫∫ dAu)gZu(dAu)gZu(Qgh n
A
n
A
f1
1
2
2
2
2
2
1
2
1
Ta tính rieâng caùc tích phaân:
Neáu treân m/c öôùt A, aùp suaát
phaân boá theo quy luaät thuûy
tónh.
Q)
p
gz(QgZdQ)gZ(
A
ρ
ρ
+=ρ=ρ
∫∫
Vthaät
A
nÑNQVÑNdAuu =ρ>=ρ
∫∫ 22
2
1
2
1
Tích phaân thaønh phaàn
ñoäng naêng:.
Ñöa vaøo heä soá hieäu chænh ñoäng naêng α:Vthaät
A
nÑNQVÑNdAuu α=ρα==ρ
∫∫ 22
2
1
2
1
vôùi αtaàng =2; αroái=1,05 - 1,1
Qρ)gZVα
2
1
(Qρ)gZVα
2
1
(Qghρ2
2
221
2
11f ++=
21
2
222
2
2
111
122
+
α
+
γ
+=
α
+
γ
+f
h
g
Vp
z
g
Vp
z
hay:
Nhö vaäy:
Ñaây chính laø ph.tr. naêng löôïng cho toaøn doøng chaûy oån ñònh chaát loûng thöïc khoâng
neùn ñöôïc naèm trong tröôøng troïng löïc töø m/c/1 tôùi m/c 2 (khoâng coù nhaäp hoaëc taùch
löu)