Bài giảng Thủy khí và máy thủy khí - ĐH Phạm Văn Đồng

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