THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức
Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC Trang 1
LỜI NÓI ĐẦU
Thủy khí và máy thủy khí là một trong những môn học cơ sở của sinh viên
chuyên ngành cơ khí. Hiện nay, trong nhiều lĩnh vực việc ứng dụng các loại máy
thủy khí được sử dụng rất là rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất.
Chính vì vây, để giúp sinh viên nắm được các nguyên lý hoạt động và tính toán các
thông số của máy thủy khí, tôi đã tập hợp nhiều tài liệu để biên tập thành bài giảng
này.
Bài giảng Thủy khí và máy thủy khí gồm 8 chương, nội dung trình bày về lý
thuyết quy luật chuyển động của chất lỏng và chất khí, nguyên lý làm việc của các
loại máy thủy khí, cách tính toán các thông số của các đường ống.
Tôi hy vọng đây sẽ là tài liệu thiết thực cho các bạn sinh viên chuyên nghành
Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí tại trường đại học Phạm Văn Đồng học tập và nghiên
cứu môn học Thủy khí và Máy thủy khí.
Trong quá trình biên soạn, chắc chắn tài liệu không tránh khỏi có những sai
sót. Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ email sau: dmd2482004@yahoo.com. Tôi xin
chân thành cảm ơn.
THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức
Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC Trang 2
Chương 1
THỦY TĨNH
1.1 KHÁI NIỆM CHẤT LỎNG TRONG THỦY LỰC
Chất lỏng và chất khí khác nhau ở chỗ mối liên kết cơ học giữa các phần tử
trong chất lỏng và chất khí rất yếu nên chất lỏng và chất khí có tính di động dễ
chảy. Thể hiện ở chỗ chất lỏng và chất khí không có hình dạng riêng mà lấy hình
dáng theo bình chứa nó ở trạng thái đứng yên.Vì vậy chất lỏng còn được là chất
chảy.
Trong chất lỏng, giữa các phần tử với nhau có tính dính rất lớn, vì tính dính
này mà chất lỏng giữ được thể tính của nó dù có thay đổi về nhiệt độ và áp lực. Chất
lỏng còn gọi là chất chảy không nén được. Đồng thời chất lỏng cũng có tính chất
không giãn ra được.
Tại mặt tiếp xúc giữa chất lỏng này với chất lỏng khác, do lực hút đẩy giữa
các phần tử sinhh ra sức căng mặt ngoài. Nhờ có sức căng mặt ngoài, một thể tích
nhỏ của chất lỏng đặt ở trường trọng lực sẽ có dạng từng hạt. Vì vậy chất lỏng được
gọi là chất chảy dạng hạt.
Chất lỏng còn được coi như môi trường liên tục tức là những phần tử chất
lỏng chiếm đầy không gian mà không có khoảng trống rỗng.
Tóm lại chất lỏng là chất chảy không nén được và có tính liên tục.
1.2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG
1.2.1.Khối lượng riêng:
Là khối lượng của chất lỏng trên 1 đơn vị thể tích.
W
M
=
ρ
(1.1)
Trong đó:
M - Khối lượng chất lỏng có trong thể tích W (đơn vị Kg)
W - Thể tích chất lỏng có khối lượng M( đơn vị m3)
1.2.2. Trọng lượng riêng:
Là trọng lượng của chất lỏng trên 1 đơn vị thể tích.
THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức
Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC Trang 3
W
G
=
γ
(1.2)
Trong đó:
G - Trọng lượng chất lỏng có trong thể tích W(đơn vị N)
W - Thể tích chất lỏng có trọng lượng G (đơn vị m3)
Và ta có công thức liên hệ giữa khối lượng và trọng lượng :
g.
ρ
γ
= (1.3)
Trong đó:
g - Gia tốc trọng trường thường lấy giá trị là : g = 9,81 (m/s2).
Trọng lượng riêng của 1 số loại chất lỏng được trình bày ở bảng 1.1
Bảng 1.1: Trọng lượng riêng của một số loại chất lỏng
Tên chất lỏng Trọng lượng riêng N/m3 Nhiệt độ
Nước cất 9810 4
Nước biển 10000*10100 4
Dầu hỏa 7750*8040 15
Xăng máy bay 6380 15
Xăng thường 6870*7360 15
Dầu nhớt 8730*9030 15
Thủy ngân 132890 20
Cồn công nghiệp 7750*7850 15
Diezen 8730*9220 15
1.2.3. Giãn nở vì nhiệt của chất lỏng
Biểu thị tính giãn nở vì nhiệt của chât lỏng bằng hệ số giăn nở vì nhiệt βt với
:
dt
dW
.
W
1
t=
β
(1.4)
Chất lỏng có đặc tính không thay đổi thể tích khi nhiệt độ và áp suất thay
đổi. Như vậy chất lỏng coi như không nén được và không giãn ra dưới tác dụng của
nhiệt độ. Nên giá trị βt rất nhỏ nên trong tính toán có thể bỏ qua.
THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức
Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC Trang 4
1.2.4. Sức căng mặt ngoài của chất lỏng
Để cân bằng với sức hút phân tử của chất lỏng tại vùng lân cận mặt tự do, vì
ở vùng này sức hút phân tử của chất lỏng không cân bằng như vùng xa mặt tự do.
Do đó có khuynh hướng giảm nhỏ diện tích mặt tự do và làm cho mặt tự do có độ
cong nhất định. Do có sức căng mặt ngoài mà giọt nước có dạng hình cầu.
1.2.5. Tính nhớt
Khi các lớp chất lỏng chuyển động, giữa chúng có sự chuyển động tương đối
và nảy sinh ra tác dụng lôi đi kéo lại. Hay nói cách khác giữa chúng sinh ra lực ma
sát, tạo nên sự chuyển biến một phần cơ năng của chất lỏng thành nhiệt năng và
biến đi. Lực ma sát này gọi là lực ma sát trong. Tính chất nảy sinh ra lực ma sát
trong giữa các lớp chất lỏng chuyển động gọi là tính nhớt của chất lỏng. Tính nhớt
biểu hiện tính sức dính của phân tử chất lỏng, mọi chất lỏng đều có tính nhớt. Biểu
thức tính lực ma sát trong:
dy
dv
.S.T
μ
= (1.5)
Trong đó:
T – Lực ma sát trong.(N)
S – diện tích tiếp xúc giữa 2 lớp chất lỏng.(m2)
μ – hệ số nhớt động lực. (N.s/m2) hay gọi là poazơ (P) với
1P=0.1N.s/m2
dy
dv
– grandien vận tốc theo phương y vuông góc với dòng chảy.
Từ công thức 1.5 ta rút ra được công thức tính hệ số độ nhớt :
dy
dv
.S
T
=
μ
(1.6)
1.3. LỰC TÁC DỤNG LÊN CHẤT LỎNG
1.3.1. Nội lực
Là tất cả những lực tác dụng lẫn nhau giữa các phân tử của một thể tích chất
lỏng nhất định, những lực đó xuất hiện từng đôi một và cân bằng nhau.
1.3.2. Ngoại lực
THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ ThS Đào Minh Đức
Biên soạn: ĐÀO MINH ĐỨC Trang 5
Là những lực tác dụng lẫn nhau giữa khối chất lỏng cho trước và những vật
thể tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với khối chất lỏng đó. Trọng lượng và lực quán
tính là những ngoại lực, chúng được chia ra làm hai loại sau đây.
1.3.2.1. Lực thể tích
Đây là lực tác dụng lên tất cả các phân tử chất lỏng trong khối chất lỏng đang
xét, lực này tỉ lệ thuận với thể tích của vật thể, khối chất lỏng.
1.3.2.2. Lực mặt
Là lực tác dụng lên mặt giới hạn của khối chất lỏng hoặc lên mặt đặt trong
khối chất lỏng. Lực này tỉ lệ với diện tích mặt chịu lực của chất lỏng.
1.4. KHÁI NIỆM VỀ THỦY TĨNH
Thủy tĩnh học nghiên cứu những vấn đề về chất lỏng ở trạng thái cân bằng,
tức là trạng thái không có sự chuyển động tương đối giữa các phân tử chất lỏng.
Yếu tố thủy lực cơ bản của chất lỏng ở trạng thái cân bằng là áp suất thủy tĩnh.
Chất lỏng có hai trạng thái tĩnh: tĩnh tương đối và tĩnh tuyệt đối.
Trạng thái tĩnh tuyệt đối: là trạng thái mà các phân tử chất lỏng không có sự
chuyển động tương đối với nhau cũng như không có sự chuyển động tương đối với
quả đất.
Trạng thái tĩnh tương đối: là trạng thái mà các phân tử chất lỏng không có sự
chuyển động tương đối với nhau nhưng có sự chuyển động tương đối với quả đất.
1.5. ÁP SUẤT THỦY TĨNH – ÁP LỰC VÀ MẶT ĐẲNG ÁP
1.5.1. Áp suất thủy tĩnh và áp lực
1.5.1.1. Áp suất thủy tĩnh
a) Định nghĩa:
Áp suất thủy tĩnh là những ứng suất gây ra bởi những lực khối và lực bề mặt.
Hình 1.1: Biểu diễn áp suất thủy tĩnh.