CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU CƠ HỌC ỨNG DỤNG

Chia sẻ: Nguyen Chi Tinh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

212
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lưu chất gồm: chất lỏng, chất khí. Tính chất: Lực liên kết phân tử yếu Þ có hình dạng của vật chứa nó. Tính chảy được Þ không chịu lực cắt và lực kéo. Tính liên tục. Khác biệt giữa chất lỏng và chất khí là ở tính nén được, nhưng chỉ khi vận tốc đủ lớn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU CƠ HỌC ỨNG DỤNG

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU Chất lưu Khoa học Thủy lực Phương pháp khảo sát Hai loại lực tác dụng trong Lưu chất
1.1 CHẤT LƯU 1.1.1 Định nghĩa Lưu chất gồm: chất lỏng, chất khí * Tính chất: - Lực liên kết phân tử yếu ⇒ có hình dạng của vật chứa nó. - Tính chảy được ⇒ không chịu lực cắt và lực kéo - Tính liên tục * Khác biệt giữa chất lỏng và chất khí là ở tính nén được, nhưng chỉ khi vận tốc đủ lớn
1.1 CHẤT LƯU (tt) 1.1.2 Các tính chất vật lý Khối lượng riêng Trọng lượng riêng Tính giãn nở do áp lực Tính giãn nở do nhiệt độ Sức căng mặt ngoài Tính nhớt
Khối lượng riêng, trọng lượng riêng, tỷ trọng -Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích lưu chất M ρ= V A Thứ nguyên: [ρ ] = ML-3 V, M  Đơn vị: kg/m3 - Trọng lượng riêng γ : là lực tác dụng cuả trọng trường lên khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó. γ= Ñ.löôïng Nöôùc K.khí T.ngaân ρ g ρ , kg/m3 1000 1,228 13,6.103 Thứ nguyên: [γ ] = FL-3 γ , N/m3 9,81.103 12,07 133.103 Đơn vị: kgf/m hay N/m 3 3 - Tỷ trọng: tỷ số giữa trọng lượng riêng γ của một chất với trọng lượng riêng của nước γ n ở điều kiện chuẩn δ = γ/ γn
Khối lượng riêng nước/ nhiệt độ
Tính chất của nước
Tính nén ép 1 dV βp = − V dp at-1, m2/kgf, m2/N P Suất đàn hồi đặc trưng cho tính nén được của lưu chất. ∆P dP E = − lim = −V0 ∆V ∆V / V0 dV ∆V →0 ∆p - Đối với chất lỏng: Nước ở 200C có En = 2,2x10 9N/m2 Lưu chất được xem là không nén được khi khối lượng riêng thay đổi không đáng kể (ρ = const). Chất lỏng thường được xem như không nén được trong hầu hết các bài toán kỹ thuật. Ví dụ: Một xilanh chứa 0,1 lít nước ở 200C. Nếu ép piston để thể tích giảm 1% thí áp suất trong xilanh tăng lên bao nhiêu? Giải: Ở 200C, suất đàn hồi của nước En = 2,2x10 9N/m2 Thể tích giảm 1%: dV/V = -1/100 Vậy áp suất tăng: dp = -En dV/V = 2,2x10 9x10 -2 = 2,2x10 7 N/m2 = 2,2x10 7Pa
Tính giãn nở do nhiệt độ 1 dV βt = °C -1 V dt dt _ lượng thay đổi nhiệt độ, °C  β t_ Hệ số vì nhiệt thay đổi khi áp suất thay đổi  Hệ số giãn nở của nước tăng khi áp suất tăng,  nhưng đối với phần lớn các chất lỏng khác thì β t giảm khi áp suất  tăng.
Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn Sức căng bề mặt σ là lực hút phân tử trên một đơn vị chiều dài  của bề mặt chất lỏng. Thứ nguyên [σ ] = F/L, đơn vị: N/m (SI)  Hiện tượng mao dẫn xuất hiện trong các ống nhỏ, tại mặt giao  tiếp rắn – lỏng – khí, gây ra bởi sức căng bề mặt: 2σ cosθ h= γR
Ví dụ: Xác định đường kính nhỏ nhất của ống thuỷ tinh sạch ( θ ≈ 00) sao cho độ dâng của nước 200C trong ống do hiện tượng mao dẫn không quá 1mm. 2σ cosθ Từ h= γR Suy ra: R =2σ cosθ / γ h. Nước ở 200C có σ = 0,0728 N/m và γ =9789 N/m3. Vì θ ≈ 00 nên để có h = 1mm thì 2(0,0728 N / m) R= = 0,0149m −3 3 (9789 N / m )(10 m) Đường kính ống nhỏ nhất là : D = 2R = 0,0298m
Tính nhớt Lưu chất không có khả năng chịu lực cắt, khi có lực này tác dụng, nó  sẽ chảy và xuất hiện lực ma sát bên trong. Ứng suất ma sát giữa các lớp lưu chất song song do sự chuyển  động tương đối giữa các lớp phụ thuộc vào gradient vận tốc du/dy. Đặc trưng cho ma sát giưã các phần tử lưu chất trong chuyển động  ⇒ Định luật ma sát nhớt Newton:  n u du T = µ⋅S u+du dn dn =τ ⋅ S u du x T: lực nhớt, [T] = F, đơn vị N  τ: ứng suất tiếp, [τ] = FL-2, N/m2 (Pa)  µ : độ nhớt động lực học, [µ ] = FTL-2, N.s/m2  du/dy: suất biến dạng hay biến thiên vận tốc theo phương thẳng góc  với chuyển động
Hai loại Lưu chất * Có 2 loại lưu chất: + Lưu chất Newton: có ứng suất tiếp tỉ lệ thuận với suất biến dạng. + Lưu chất phi Newton: có ứng suất tiếp không tỉ lệ với suất biến dạng * Độ nhớt động lực học µ : τ Löu chaát phi Newton µ = const đ/v lưu chất Newton Löu chaát Newton µ = 0 đ/v lưu chất lý tưởng ⇒ Độ nhớt động học: Löu chaát phi Newton ν =µ ρ 0 du/ dy + Độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ Đ.lượng Nước K.khí tăng. + Độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ µ , poise 1.10-2 1,8.10-4 tăng ν , stoke 0,01 0,15 (1 Poise (P) = 0.1 Pa.s 1 Stoke (St) = 1 cm2/s)
Ví dụ: Chất lỏng Newton (hệ số nhớt 1,9152 Pa.s) chảy giữa hai tấm phẳng song song, với vận tốc phân bố theo quy luật: 3V   y   2 u = 1 −    2   h    V là vận tốc trung bình. Với V = 0,6m/s và h = 0,51m. Tính ứng suất tiếp tác dụng lên tấm dưới và tại điểm giữa. du τ =µ dy Giải: Ứng suất tiếp được tính từ công thức: du 3Vy =− 2 Ta có: dy h Tại điểm giữa: y=0, du/dy = 0 ⇒ τ =0 du 3V τ taámdöôùi µ =µ = dy h y =−h 3(0,6m / s ) τ taámdöôùi (1,9152 Pa). = = 6,759 N / m 2 (0,51m)
1.2 Khoa học Thủy lực Thủy lực học là môn khoa học cơ sở, nghiên cứu những  quy luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng.  vận dụng để giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong thực tiễn sản xuất.  Cơ sở lý luận: vật lý, cơ học lý thuyết, cơ học chất lỏng.   Bản thân nó là cơ sở để nghiên cứu những môn chuyên môn: Xây dựng công trình thủy lợi:  • Thủy điện, Thủy công, Trạm Bơm, Kênh dẫn... Xây dựng dân dụng:  • Cầu cảng, Cấp thoát nước, Cầu đường... Chế tạo máy thủy lực:  • Bơm, Turbine, Động cơ thủy, Truyền động Thủy lực...
1.3 Phương pháp Khảo sát Phương pháp giải: Các định luật Cơ học của Newton và các định luật về bảo toàn và chuyển hoá trong cơ học Phương pháp nghiên cứu * Theo Euler: có vô số quan sát viên ở tại vơ số điểm đặt tại dòng chảy ta có u, p, ... phụ thuộc vào vị trí điểm cố định và thời gian t: u = f1(x, y, z, t) ; p = f2(x, y, z, t) * Theo Lagrange: Ở thời điểm t0: phần tử chất lỏng A (a, b, c) Tại thời điểm t: phần tử đĩ cĩ tọa độ là (x, y, z) Ta có: x = f1(a, b, c, t); y = f2(a, b, c, t); z = f3(a, b, c, t) Ðây là dạng chuyển động của dòng chảy.
1.4 Hai loại Lực tác dụng trong Lưu chất Lực tác dụng chỉ có lực phân bố và được chia thành 2 lọai: + Nội lực + Ngoại lực Ngoại lực gồm lực khối và lực mặt 1.4.1 Lực khối Là ngọai lực tác dụng lên mọi phần tử của thể tích lưu chất và tỷ lệ với khối lượng lưu chất Vector cường độ lực khối: ∆f F = lim ρ∆V A ∆V →0 F=g ∆ V, ρ ∆ V F = −a ∆f F = ω2r
1.4 Hai loại Lực tác dụng trong Lưu chất (tt) 1.4.2 Lực mặt Là ngọai lực tác dụng lên thể tích lưu chất thông qua bề mặt bao bọc và tỷ lệ với diện tích bề mặt. ∆f σ = lim ∆A ∆S → 0 ∆ f ∆A I