Bài giảng thủy lực đại cương

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Chương 1: ðặc trưng chất lỏng Khoa KTXD - Bộ môn KTTNN THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng NỘI DUNG MÔN HỌC

Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG

Chöông 1. Ñaëc tính chaát loûng. Chöông 2. Thuûy tænh hoïc. Chöông 3. Cô sôû ñoäng löïc hoïc chaát loûng. Chöông 4. Ño ñaïc doøng chaûy. Chöông 5. Toån thaát naêng löôïng. Chöông 6. Doøng chaûy coù aùp trong maïng löôùi oáng. Chöông 7. Löïc taùc duïng leân vaät caûn. Chöông 8. Doøng chaûy oån ñònh ñeàu trong keânh. Chöông 9(*). Doøng chaûy oån ñònh khoâng ñeàu trong

E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

keânh.

Chöông 10(*). Ñaäp traøn. (*) : Thuûy löïc cô sô môû roäng

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ 1 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

MUÏC ÑÍCH MOÂN HOÏC

- Nghieân cöùu caùc quy luaät cuûa chaát loûng khi

ñöùng yeân, chuyeån ñoäng.

- Nghieân cöùu söï taùc ñoäng töông hoå giöõa nöôùc

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Thuûy löïc 1. TS. Nguyeãn Caûnh Caàm vaø all. 2. Thuûy löïc 2. TS. Nguyeãn Caûnh Caàm vaø all. 3. Cô hoïc chaát loûng. PGS. TS. Nguyeãn Thoáng.

vaø moâi tröôøng lieân quan.

(Löu haønh noäi boä)

• CHAÁT LOÛNG (ví duï nöôùc) Khoâng coù hình daïng cuï theå, phuï thuoäc vaøo vaät

chöùa.

Tài liệu giảng download từ Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong Kieåm tra cuoái kyø: (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) Thi vieát 90 phuùt (Cho pheùp xem taøi lieäu)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

HEÄ THOÁNG ÑÔN VÒ Ñeå moâ taû caùc ñaïi löôïng vaät lyù, coù 3 ñôn vò tham khaûo cô baûn laø chieàu daøi, khokhoááii llööôôïïngng vaø thôøi gian.

Chöông 1 ÑAËC TÍNH CHAÁT LOÛNG Nghieân cöùu caùc tính chaát vaät lyù, cô hoïc cô baûn cuûa chaát loûng (ví duï nöôùc).

(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) Vôùi heä thoáng SI (Systeme Internationale): - cho chieàu daøi laø meøtre (m) - cho khoái löôïng (Kg) - cho thôøi gian (s) (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) Heä thoáng ñôn vò Anh-Myõ: feet, lb, s

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

r r r

KHOÁI LÖÔÏNG RIEÂNG CUÛA COÁ THEÅ

r =P/V

ðƠN VỊ CỦA LỰC (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) N (Newton) Troïng löôïng W [N] = Khoái löôïng [Kg] * g(9.81) [m/s2] [N] (Newton) = [kg]*[m/s2] r r r r r r

P: khoái löôïng (kg), V theå tích (m3) r = k/löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích = γ/g (kg/m3) Chuù yù: W =P.g (N); r

g g

nuoc=1000 kg/m3

g ) = W/V (N/m3) (V theå tích) g g TROÏNG LÖÔÏNG RIEÂNG (g • Troïng löôïng rieâng g g cuûa moät vaät theå laø troïng löôïng cuûa 1 ñôn vò theå tích cuûa vaät theå ñoù. g g • Cho chaát loûng, g g coù theå laáy laø haèng soá trong tröôøng hôïp coù söï thay ñoåi aùp suaát.

• TYÛ TROÏNG CUÛA COÁ THEÅ Tyû troïng cuûa moät coá theå laø giaù trò chæ tyû soá giöõa troïng löôïng coá theå vaø troïng löôïng cuûa moät ñaïi löôïng tham khaûo (nöôùc) laøm chuaån coù cuøng theå tích.

(cid:2) Tyû troïng khoâng coù ñôn vò (khaùc vôùi r

r )

r r • Troïng löôïng rieâng ñôn vò cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä bình thöôøng +40 C laø 9810 N/m3, cuûa thuûy ngaân laø 134000 N/m3.

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

y

Taám baûng di chuyeån vaän toác V

SƠ ðỒ THÍ NGHIỆM TÍNH NHỚT CỦA CHẤT LỎNG

V

TÍNH NHÔÙT CUÛA CHAÁT LOÛNG • Moïi chaát loûng ñeàu coù tính nhôùt. Tính nhôùt gaây ra söï töông taùc cuûa caùc phaân töû chaát loûng khi coù söï chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa chuùng vôùi nhau.

Löïc F

dV

dy

y

• Nhôùt cuûa chaát loûng laø moät ñaëc tính xaùc ñònh

tính choáng laïi löïc caét.

Chaát loûng

• Ñaây laø moät trong nhöõng nguoàn goác gaây ra toån thaát naêng löôïng khi chaát loûng chuyeån ñoäng.

Taám baûng coá ñònh

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

Ta coù:

»⇒

t⇒

F A

V y

m=t⇒

V y dV dy

m m m r r

Vì: V dV dy y

n n m m n n

F(N) : löïc taùc duïng. t (N/m2): öùng suaát tieáp tuyeán sinh ra do tính nhôùt chaát loûng. A(m2): dieän tích tieáp xuùc. m (?) : heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc, phuï thuoäc loïai chaát loûng (xem baûng sau). n = m r : heä soá nhôùt ñoäng hoïc. / r Baøi taäp: Duøng p/p phaân tích ñôn vò, xaùc ñònh ñôn vò cuûa m

m vaø

.

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

m m m m 

SÖÙC CAÊNG BEÀ MAËT – HIEÄN TÖÔÏNG MAO DAÃN - Moät phaân töû naèm beân trong chaát loûng caân baèng seõ bò taùc duïng loâi keùo bôûi caùc löïc trong moïi höôùng, vaø vectô toång hôïp cuûa caùc löïc naøy seõ trieät tieâu.

Chaát loûng Daàu xaêng thöôøng Nöôùc Daàu hoûa Daàu moû nheï t°C 18 20 18 18  (kg/ms) 0.0065 0.0101 0.025 0.25

- Moät phaân töû ôû beà maët cuûa chaát loûng coøn bò taùc duïng bôûi moät löïc dính beân trong vaø coù phöông thaúng goùc vôùi beà maët. Do ñoù seõ laøm di chuyeån caùc phaân töû theo höôùng ngöôïc laïi vôùi löïc naøy, vaø phaân töû ôû beà maët mang nhieàu naêng löôïng hôn laø caùc phaân töû ôû beân trong. Daàu moû naëng Daàu tourbin Daàu nhôøn Glycerin 18 20 20 20 0.4 1.528 1.72 8.7

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

AÙP SUAÁT TRONG MOÂI TRÖÔØNG CHAÁT LOÛNG

r r r r r Khí trời (pa) r r XAÙC ÑÒNH AÙP SUAÁT TRONG CHAÁT LOÛNG BAÈNG P/P PHAÂN TÍCH ÑÔN VÒ ,g,h)=r r xgyhz r ]x[g]y[h]z

pA

g

A

h1 h2

r r r Nước, r

B

(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2) aùp suaát taïi ñieåm A trong moâi tröôøng chaát loûng. pA r r g g

Giaû thieát p = f(r [p] =[r Ta coù: (cid:2)N/m2 =(kg/m3)x.(m/s2)y.(m)z Chuù yù N=kg*m/s2 ta coù : (cid:2)(kg)1(m)-1 (s)-2 =(kg)x.(s)-2y.(m)y+z-3x Ñoàng nhaát hoùa 2 veá ta coù: (cid:2) x =1; y =1 vaø z=1 Töø ñoù ta coù keát quaû: p =r

r gh=g

g h (N/m2)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

Áp suất dư:

Gia tốc trọng trường (9.81m/s2)

r r g g

p =r

r gh=g

g h (N/m2)

CHÚ Ý Áp suất dư (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) Tính áp suất p với giả thiết chọn áp suất khí trời pa làm chuẩn (pa=0).

r r r

Khoảng cách “thẳng ñứng” từ ñiểm xét ñến mặt thoáng (thực hoặc kéo dài)

PGS. TS. Nguyễn Thống

Khối lượng riêng ñơn vị chất lỏng (nước r =1000kg/m3) PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

SAI BIỆT ÁP SUẤT GIỮA 2 ðIỂM TRONG CÙNG MÔI TRƯỜNG

r r g g

Áp suất tuyệt ñối pt: r gh+pa=g

pt =r

g h+pa (N/m2)

CHẤT LỎNG Áp dụng công thức tính áp suất nêu trên tại hai vị trí ky7 hiệu 1 & 2 khác nhau ta có:

r r g g

Áp suất khí trời

r r g g

(1) (2)

p1=r p2=r

r gh1=g r gh2 =g

g h1 g h2

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

h(g

= p)h 1

)h 1

p 1

)

Khí trời - -

)2

- -

SAI BIEÄT AÙP SUAÁT ( / mN

( h

h 1

(1) & (2) (cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2) p p 1

h1 h2

g g g r trong ñoù gggg=rrr r g laø troïng löôïng ñôn vò cuûa chaát loûng (N/m3) vaø (h2-h1) chæ sai bieät chieàu saâu giöõa hai ñieåm xeùt (m). r r

[1] p1

g (h2- h1)

Nước, r

[2] p2

⇒

p 1

)h 1

Áp suất sinh ra do cột chất lỏng có chiều cao (h2-h1)

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

• Neáu ñieåm thöù nhaát naèm ôû beà maët töï do cuûa chaát loûng vaø quy öôùc h coù chieàu döông theo höôùng phía döôùi (vaøo taâm quaû ñòa caàu), choïn aùp suaát khí trôøi laøm chuaån, phöông trình treân seõ trôû thaønh:

D D

)2

p g=

g g g

TÍNH CHAÁT Giaû söû aùp suaát taïi maët thoaùng gia taêng giaù trò D D p (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) taát caû trong moâi trò aùp suaát giaù tröôøng seõ gia taêng baèng giaù trò naøy.

( / mN • Phöông trình naøy ñöôïc aùp duïng vôùi ñieàu kieän g laø haèng soá (hay bieán ñoåi raát ít theo h nhaèm ñaûm baûo khoâng sinh ra sai soá ñaùng keå trong keát quaû).

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

Ñôn vò cuûa aùp suaát ñöôïc cho bôûi:

px

2 =

)m/N(p

)N(dF 2 )m(dA

Vi phân lực

h

trong ñieàu kieän ôû ñoù löïc F laø phaân boá ñoàng

p

nhaát treân dieän tích A, ta coù:

2 =

)m/N(p

D+

r p p x D+=¢⇒

)N(F 2 )m(A

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

Ta có:

( Z

)Z

mat

thoang

Khí trời

h

Zmat-thoang

p

r r r Nước, r

Z

NGUYEÂN LYÙÙ NGUYEÂN LY BÌNH BÌNH THOÂNG NHAU THOÂNG NHAU

=g⇒ if

const

=⇒=⇒ .hs

Mặt chuẩn p

.hs

2727

3/8/2011 3/8/2011 PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng

r r r r g g THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 1: ðặc trưng chất lỏng Caùc ñieåm coù cao trình nhö nhau (coù cheânh leäch ñoä cao baèng khoâng) vaø cuøng naèm g ) laø (g trong moät loaïi chaát loûng lieân tuïc coù haèng soá (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) coù aùp suaát baèng nhau.

[2] r r r r [1]