zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Bài giảng môn học Cơ khí chất lỏng và thí nghiệm - ThS. Bùi Anh Kiệt

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Báo xấu

125
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng môn học "Cơ khí chất lỏng và thí nghiệm" do ThS. Bùi Anh Kiệt biên soạn cung cấp cho người học các kiến thức: Các đặc tính cơ bản của chất lỏng, thủy tĩnh học, sự nổi và cân bằng trong chất lỏng, chất lỏng trong bình chứa chuyển động, cơ sở động lực học chất lỏng, dòng chảy trong ống, đo đạc dòng chảy, lực gây ra bởi dòng chảy chuyển động. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn học Cơ khí chất lỏng và thí nghiệm - ThS. Bùi Anh Kiệt

7/26/2012 KHOA XÂY DỰNG & ðIỆN MÔN HỌC CƠ CHẤT LỎNG + THÍ NGHIỆM 1 07/2012 THÔNG TIN GIẢNG VIÊN Giảng viên: Th.S Bùi Anh Kiệt ðịa ñiểm làm việc: Khoa Xây dựng và ðiện, P.312, Trường ðại học Mở Tp.HCM ðiện thoại: 0902.366.801 Email: kietabui@yahoo.com 2 1
7/26/2012 THÔNG TIN MÔN HỌC Tên môn học: CƠ CHẤT LỎNG + THÍ NGHIỆM Mã môn học: CENG2402 Trình ñộ ðại học/Cao ñẳng: ðại học Loại hình ñào tạo: Chính quy Ngành: Kỹ thuật xây dựng Số tín chỉ: 02 + 01 3 Loại môn học: Bắt buộc Môn học trước: Toán A1&A2, Vật Lý ðại Cương, Cơ Lý Thuyết NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: CÁC ðẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG Chương 2: THUỶ TĨNH HỌC Chương 3: SỰ NỔI VÀ CÂN BẰNG TRONG CHẤT LỎNG Chương 4: CHẤT LỎNG TRONG BÌNH CHỨA CHUYỂN ðỘNG Chương 5: CƠ SỞ ðỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG Chương 6: DÒNG CHẢY TRONG ỐNG Chương 7: ðO ðẠC DÒNG CHẢY Chương 8: LỰC GÂY RA BỞI DÒNG CHẢY CHUYỂN ðỘNG 4 Th.S Bùi Anh Kiệt 2
7/26/2012 TÀI LIỆU HỌC TẬP Giáo trình chính: [1] TS. Nguyễn Thống - CƠ CHẤT LỎNG - Ban XB: ðH Mở Tp.HCM, 2002 Giáo trình tham khảo: [2] TS. Trần Văn ðắc - THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG - NXB Giáo Dục, 2004 [3] TS. Nguyễn Tài - THỦY LỰC (Tập1) - NXB ðH Xây Dựng Hà Nội, 2002 [3] Yunus A Cengel & John M.Cimbala – FLUID MECHANICS – McGraw- Hill, 2008 ðÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP STT Hình thức ñánh giá Trọng số 1 ðiểm thí nghiệm 40% 5 2 Thi cuối kỳ 60% Th.S Bùi Anh Kiệt KHOA XÂY DỰNG & ðIỆN CHƯƠNG1: CÁC ðẶC TÍNH CỦA CHẤT LỎNG 6 Th.S BÙI ANH KIỆT 3
7/26/2012 NỘI DUNG 1. Giới thiệu 2. Những ñặc tính vật lý cơ bản 3. Lực tác dụng lên chất lỏng 4. Ứng suất tại một ñiểm 5. Hệ thống ñơn vị 7 Th.S Bùi Anh Kiệt 1. GIỚI THIỆU ðối tượng nghiên cứu: Chất lỏng Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các qui luật của chất lỏng khi nó ở trạng thái cân bằng và chuyển ñộng. Các quá trình tương tác lực của nó lên các vật thể khác Ứng dụng: Kỹ thuật giao thông: thiết kế tàu thuỷ, máy bay, xe hơi,… Kỹ thuật xây dựng: thuỷ lợi, cầu ñường, cấp thoát nước. Thiết bị thuỷ lực: bơm, tuabin. Môi trường, thuỷ văn. 8 Th.S Bùi Anh Kiệt 4
7/26/2012 MỘT SỐ ỨNG DỤNG Thiết kế các phương tiện vận chuyển: xe hơi, tàu thuỷ, máy bay, hoả tiễn,… ðường dòng khi xe Lực cản lên tàu thuỷ ñang chuyển ñộng 9 Th.S Bùi Anh Kiệt MỘT SỐ ỨNG DỤNG (TT) Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng như: cấp, thoát nước, công trình thuỷ lợi (ñê, cống…), công trình thuỷ ñiện, thiết kế cầu, … ðập tràn xả lũ – Hồ chứa Nghiên cứu xói lở bờ sông 10 Th.S Bùi Anh Kiệt 5
7/26/2012 MỘT SỐ ỨNG DỤNG (TT) Tính toán thiết kế các thiết bị thuỷ lực: bơm, tuabin, máy nén,… Máy bơm Con ñội 11 Th.S Bùi Anh Kiệt MỘT SỐ ỨNG DỤNG (TT) Ứng dụng trong thuỷ văn: dự báo bão, lũ lụt… Dự báo bão Katrina 12 Th.S Bùi Anh Kiệt 6
7/26/2012 PHẦN TỬ CHẤT LỎNG Khái niệm: Kích thước: vô cùng bé, nhưng lớn hơn rất nhiều kích thước phân tử. ðồng nhất, ñẳng hướng và liên tục. Không xét ñến cấu trúc phân tử và chuyển ñộng phân tử. Có tính chảy. 13 Th.S Bùi Anh Kiệt 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN ðặc tính 1: Có khối lượng ðặc trưng bằng khối lượng riêng ρ (kg/m3, Ns2/m4) m ρ= V ðặc tính 2: Có trọng lượng ðặc trưng bằng trọng lượng riêng γ (N/m3, kg/m2s2) γ = ρ .g ρ Tỉ trọng : δ= = γ ρ H 2O γ H 2O 14 Th.S Bùi Anh Kiệt 7
7/26/2012 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN Các giá trị thường dùng ρnước kg/m3 1,000 Khối lượng riêng: ρkhông khí kg/m3 1.228 ρthuỷ ngân kg/m3 13,600 γnước N/m3 9,810 Trọng lượng riêng: γkhông khí N/m3 12.04 γthuỷ ngân N/m3 133,420 δnước 1 Tỉ trọng: δkhông khí 0.0012 δthuỷ ngân 13,6 15 Th.S Bùi Anh Kiệt 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN ðặc tính 3: Tính thay ñổi thể tích khi thay ñổi áp suất hoặc nhiệt ñộ Thay ñổi áp suất: Biểu thị bằng hệ số co thể tích β W (m2/N) 1 dW βW = − W dp Mô ñun ñàn hồi K (N/m2) 1 dp K= = −W βw dW Khi p = (1÷500) at và t = (0÷20)0C, βw = 0.00005 (m2/N) ≈ 0 → chất lỏng xem như không nén ñược khi thay ñổi áp suất 16 Th.S Bùi Anh Kiệt 8
7/26/2012 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN Thay ñổi nhiệt ñộ: Biểu thị bằng hệ số giãn vì nhiệt β T (1/oC) 1 dW βT = W dT Giá trị của β t theo nhiệt ñộ: Nhiệt ñộ (0C) ÷10 4÷ ÷20 10÷ βT (1/0C) 0.00014 0.00015 → Giá trị βT thay ñổi không ñáng kể. ⇒ Trong ñiều kiện thường, chất lỏng xem như không nén ñược dù có sự thay ñổi về áp suất hay nhiệt ñộ. 17 Th.S Bùi Anh Kiệt 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN ðặc tính 4: Có sức căng mặt ngoài ðặc trưng bởi hệ số sức căng mặt ngoài σ (N/m) Phụ thuộc vào nhiệt ñộ và loại chất lỏng. Chất lỏng Nhiệt ñộ (0C) σ (N/m) Nước 20 0.0726 Thuỷ ngân 20 0.540 Không xét ñến ảnh hưởng của ñặc tính này trong các hiện tượng thuỷ lực. Hiện tượng mao dẫn. 18 Th.S Bùi Anh Kiệt 9
7/26/2012 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN ðặc tính 5: Có tính nhớt Là nguyên nhân sinh ra sự tổn thất năng lượng khi chất lỏng chuyển ñộng Sinh ra sức ma sát trong Tính nhớt biểu thị sức dính phân tử của chất lỏng. 19 Th.S Bùi Anh Kiệt 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN ðịnh luật ma sát trong của Niutơn: du F = µS dn F: sức ma sát giữa 2 lớp chất lỏng (N) S: diện tích tiếp xúc (m2) u = f(n): phân bố vận tốc theo phương pháp tuyến (m/s) du dn : gradien vận tốc theo phương n N.s kg µ: hệ số nhớt (hệ số nhớt ñộng lực): 2 , , Pa.s kg m m.s Ngoài ra: 1 poise (P)= 0.1 ( ) m.s 20 Th.S Bùi Anh Kiệt 10
7/26/2012 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN Ứng suất ma sát: (N/m2) F du τ= =µ S dn Tính nhớt còn ñược ñặc trưng bởi hệ số nhớt ñộng học ν: µ  m  2 ν = ,  ρ  s  Ngoài ra: 1 stoke = 1 cm2/s = 10-4 m2/s 21 Th.S Bùi Anh Kiệt 2. NHỮNG ðẶC TÍNH VẬT LÝ CƠ BẢN Hệ số nhớt ñộng lực của một số loại chất lỏng, µ (Poise) Chất lỏng t0C µ, (P) Dầu xăng 18 0.0065 Nước 20 0.0101 Dầu hoả 18 0.0250 Dầu nhờn 20 1.7200 Glyxerin 20 8.7000 Hệ số nhớt ñộng học của nước, ν (cm2/s) Nhiệt ñộ (t0C) 0 10 20 30 40 50 ν (cm2/s) 0.0178 0.0131 0.0101 0.0081 0.0066 0.0055 22 Th.S Bùi Anh Kiệt 11
7/26/2012 3. LỰC TÁC DỤNG LÊN CHẤT LỎNG Nội lực. Ngoại lực ω Lực mặt Những phần tử ở ngoài mặt ω tác dụng lên những phần tử bên trong ω những lực ngoài. Tác dụng lên những phần tử ngay sát bề mặt ω. Tỷ lệ với yếu tố diện tích. Lực khối Tác dụng lên những phần tử ở bên trong mặt ω. Tỷ lệ với yếu tố thể tích 23 Th.S Bùi Anh Kiệt 4. ỨNG SUẤT TẠI MỘT ðIỂM Xét phân tố diện tích dω lấy trên 1 mặt ω, bao quanh ñiểm I của mặt ω T dF Hệ lực tác dụng lên dω: dF, ñặt tại I dF Ứng suất: T = lim dω→0 dω dω I ω 24 Th.S Bùi Anh Kiệt 12
7/26/2012 5. HỆ THỐNG ðƠN VỊ ðẠI LƯỢNG KÝ HIỆU ðƠN VỊ Chiều dài L m Khối lượng M Kg Thời gian T s Nhiệt ñộ θ 0K=0C+273 1 N/m2 = 1Pa Lực F N Diện tích A m2 1Pa =10-3KPa Thể tích V m3 1 at =9,81. 104 N/m2 Áp suất p N/m2 1 at =10m cột H2O Vận tốc V m/s =760mm Hg Gia tốc a m/s2 25 Th.S Bùi Anh Kiệt 26 Th.S Bùi Anh Kiệt 13
7/26/2012 KHOA XÂY DỰNG & ðIỆN CƠ CHẤT LỎNG CHƯƠNG 2: THUỶ TĨNH HỌC 1 Tháng 06/2012 Th.S BÙI ANH KIỆT NỘI DUNG 1. Áp suất thuỷ tĩnh – Áp lực thuỷ tĩnh 2. Tính chất của áp suất thuỷ tĩnh 3. Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng cân bằng 4. Phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học 5. Áp suất tuyệt ñối – áp suất dư – áp suất chân không 6. ðịnh luật bình thông nhau 7. ðịnh luật Pascan 8. ðồ phân bố áp suất thuỷ tĩnh – ñồ áp lực 9. Áp lực chất lỏng lên thành phẳng 2 10.Áp lực chất lỏng lên thành cong Th.S Bùi Anh Kiệt 1
7/26/2012 1. ÁP SUẤT THUỶ TĨNH – ÁP LỰC THUỶ TĨNH Cơ sở lý thuyết Khối chất lỏng W ñứng cân bằng Cắt khối W bằng mặt phẳng (ABCD) và bỏ phần trên Thay thế lực tác dụng của phần trên bằng hệ lực tương ñương Xét một diện tích ω trên mặt phẳng (ABCD) Hệ lực tương ñương của phần trên tác dụng lên ω: P P Áp suất thuỷ tĩnh trung bình: = p tb ω P Áp suất thuỷ tĩnh tại 1 ñiểm: lim =p 3 ω→ 0  ω    Th.S Bùi Anh Kiệt 1. ÁP SUẤT THUỶ TĨNH – ÁP LỰC THUỶ TĨNH Áp suất thuỷ tĩnh: p Chú ý: trị số p của p cũng ñược gọi là áp suất thuỷ tĩnh. ðơn vị: N/m2 hoặc kg/m.s2; at; m cột nước. Chuyển ñổi ñơn vị: 1 N/m2 = 1Pa 1 at =9,81. 104 N/m2 1 at =10m cột H2O =760mm Hg Áp lực thuỷ tĩnh: P Chú ý: trị số P của P cũng ñược gọi là áp lực thuỷ tĩnh. ðơn vị: N 4 Th.S Bùi Anh Kiệt 2
7/26/2012 TÍNH CHẤT CỦA ÁP SUẤT THUỶ TĨNH Tính chất 1: áp suất thuỷ tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào diện tích ấy Tính chất 2: trị số áp suất thuỷ tĩnh tại một ñiểm bất kỳ không phụ thuộc vào hướng ñặt của diện tích chịu lực tại ñiểm này 5 Th.S Bùi Anh Kiệt 3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG CÂN BẰNG Xét khối chất lỏng vi phân, cạnh dx,dy,dz, ñứng cân bằng, khối lượng riêng ρ Lực khối ñơn vị: F(Fx , Fy , Fz ) Lực tác dụng lên khối hình hộp theo phương x: - Lực khối: ρ.dx.dy.dz.Fx  ∂p  - Lực mặt: p.dy.dz −  p + dx dy.dz  ∂x  6 Th.S Bùi Anh Kiệt 3
7/26/2012 3. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG CÂN BẰNG ðiều kiện cân bằng theo phương x:  ∂p  p.dy.dz −  p + dx dy.dz + ρ.dx.dy.dz.Fx = 0  ∂x  1 ∂p Rút gọn ta ñược: Fx − = 0 (1) ρ ∂x 1 ∂p phương y Fy − = 0 (2) ρ ∂y 1 ∂p phương z Fz − = 0 (3) ρ ∂z Viết dưới dạng vector: 1 F − gradp = 0 Phương trình vi phân cơ bản 7 ρ ( Phương trình Euler) Th.S Bùi Anh Kiệt PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN MẶT ðẲNG ÁP Nhân lần lượt các phương trình (1),(2),(3) với dx, dy, dz rồi cộng vế theo vế: (Fx dx + Fydy + Fzdz ) − 1  ∂p dx + ∂p dy + ∂p dz  = 0 ρ  ∂x ∂y ∂z  (Fx dx + Fydy + Fzdz ) − 1 dp = 0 ρ dp = ρ(Fx dx + Fy dy + Fz dz ) (4) Mặt ñẳng áp: áp suất thuỷ tĩnh tại mọi ñiểm trên mặt ñó ñều bằng nhau → p=const → dp=0 Phương trình vi phân mặt ñẳng áp: Fx dx + Fy dy + Fz dz = 0 Tính chất: - Hai mặt ñẳng áp khác nhau không thể cắt nhau 8 - Lực khối tác dụng thẳng góc với mặt ñẳng áp Th.S Bùi Anh Kiệt 4
7/26/2012 4. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THUỶ TĨNH HỌC Dưới ảnh hưởng trọng lực lực khối theo từng phương sẽ là: Fx = 0; Fy = 0; Fz = −g Thay vào phương trình (3): 1 ∂p ∂p −g − =0 → = −ρg (5) ρ ∂z ∂z Tích phân phương trình (5): ∫ dp = −ρg ∫ dz → p = −ρ.g.z + C p + ρ.g.z = const (6) Phương trình thuỷ tĩnh p hay: z + = const (7 ) γ 9 Th.S Bùi Anh Kiệt 4. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THUỶ TĨNH HỌC Áp dụng cho 2 ñiểm A và B: p A + ρ.g.z A = p B + ρ.g.z B p B = p A + γ(z A − z B ) p B = p A + γh Nhận xét: - Áp suất tại những ñiểm có cùng ñộ sâu trong chất lỏng trọng lực ñứng cân bằng thì bằng nhau. - ðộ chênh áp suất giữa 2 ñiểm bất kỳ trong cùng một chất lỏng chỉ phụ thuộc vào khoảng cách thẳng ñứng giữa 2 ñiểm ấy. - Nếu có nhiều loại chất lỏng khác nhau, không trộn lẫn vào nhau thì mặt phân chia là các mặt ñẳng áp nằm ngang. 10 Th.S Bùi Anh Kiệt 5
7/26/2012 ỨNG DỤNG PHƯƠNG TRÌNH THUỶ TĨNH Áp kế: Áp kế tuyệt ñối: p a = ρ Hg .g.h Áp kế ño chênh: p A + ρ.g.z A = p M + ρ.g.z M (1) p B + ρ.g.z B = p N + ρ.g.z N (2) (1) & (2) (p A + ρ.g.z A ) − (p B + ρ.g.z B ) = p M − p N + ρ.g.(z M − z N ) Mà pM = pN, suy ra:  p   p   z A + A  −  z B + B  = h  γ   γ  11 Th.S Bùi Anh Kiệt ỨNG DỤNG PHƯƠNG TRÌNH THUỶ TĨNH (TT) Áp kế: Áp kế ño chênh có 2 chất lỏng: p A + ρ1.g.z A = p M + ρ1.g.z M (1) p B + ρ1.g.z B = p N + ρ1.g.z N (2) p M − p N = ρ 2 .g.h (3) (1),(2) & (3)  p   p  γ −γ  z A + A  −  z B + B  = 2 1 h  γ   γ  γ1 12 Th.S Bùi Anh Kiệt 6
7/26/2012 5. ÁP SUẤT TUYỆT ðỐI – ÁP SUẤT DƯ – – ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG Áp suất tuyệt ñối: p tdA = p 0td + γh Áp suất dư: p du = p = p td − p td A A A a p atd = 98100( N / m 2 ) Áp suất tuyệt ñối của khí trời p a = 0( N / m 2 ) Áp suất dư của khí trời Nếu áp suất tại mặt thoáng p0 bằng áp suất khí trời pa thì: p A = γh Áp suất chân không: p ck = p atd − p tdA = −p A 13 Th.S Bùi Anh Kiệt 6. ðỊNH LUẬT BÌNH THÔNG NHAU Nội dung ñịnh luật: Nếu hai bình thông nhau chứa ñựng chất lỏng khác nhau và có áp suất trên mặt thoáng bằng nhau, ñộ cao của chất lỏng ở mỗi bình tính từ mặt phân chia hai chất lỏng ñến mặt thoáng sẽ tỉ lệ nghịch với trọng lượng ñơn vị của chất lỏng. h1 γ 2 = h 2 γ1 14 Th.S Bùi Anh Kiệt 7

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.