Giáo trình Cơ sở thủy khí và máy thủy khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp

Chia sẻ: Troinangxanh10 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:111

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cơ sở thủy khí và máy thủy khí được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy thủy khí thông dụng sử dụng trong ngành kỹ thuật máy lạnh; Giải thích được những kiến thức cơ bản về quy luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng, chất khi những kiến thức về máy thuỷ khí. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Cơ sở thủy khí và máy thủy khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: ……….. ngày ….. tháng ….. năm ……. của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Cơ sở thuỷ khí và máy thuỷ khí “ đƣợc biên soạn dựa trên chƣơng trình môn học của môn “Cơ sở thuỷ khí và máy thuỷ khí” giảng dạy cho các khối cao đẳng, trung cấp của ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Nhằm giúp ngƣời học có tài liệu học tập và dùng tài liệu để tham khảo tính toán tổn thất năng lƣợng cho mạng nhiệt, tính toán công suất bơm quạt máy nén. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đồng nghiệp và các bạn đã giúp chúng tôi hoàn thiện giáo trình này. Tài liệu đƣợc biên soạn không trách khỏi thiếu sót. Rất mong bạn đọc góp ý kiến để tài liệu đƣợc hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn. Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Nguyễn Lam 2. Nguyễn Văn An i
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................... i CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................ 1 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC ........................................................... 1 1.1. Sơ lƣợc về lịch sử phát triển ....................................................................... 1 1.2. Ứng dụng .................................................................................................... 2 2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN ..................................................................... 2 2.1. Một số tính chất đễ nhận biết ..................................................................... 2 2.2. Khối lƣợng riêng và trọng lƣợng riêng ...................................................... 2 2.3. Tính nén và tính giãn nở vì nhiệt ............................................................... 5 2.4. Tính nhớt .................................................................................................... 5 2.5. Chất lỏng thực, chất lỏng lý tƣởng ............................................................. 8 CHƢƠNG 2: THỦY TĨNH HỌC ......................................................................... 9 1. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ÁP SUẤT TĨNH ................................................ 9 1.1. Lực tác dụng lên chất lỏng ......................................................................... 9 1.2. Áp suất thủy tĩnh ........................................................................................ 9 1.3. Hai tính chất của áp suất thủy tĩnh ........................................................... 10 1.4. Phƣơng pháp cân bằng của thuỷ tĩnh ....................................................... 11 2. PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUỶ TĨNH........................................... 11 2.1. Mặt đẳng áp .............................................................................................. 12 2.2. Phƣơng trình cơ bản của thuỷ tĩnh học .................................................... 12 2.3. Áp suất và biều đồ phân bố áp suất .......................................................... 13 3. TÍNH TƢƠNG ĐỐI ........................................................................................ 14 3.1. Bình chứa chất lỏng chuyển động thẳng thay đổi đều (gia tốc a = conts)14 3.2. Bình chứa chất lỏng quay đều với vận tốc góc ω = conts ........................ 15 4. TÍNH ÁP LỰC THỦY TĨNH ......................................................................... 16 4.1. Xác định áp lực tác động lên hình phẳng ................................................. 16 4.2. Xác định áp lực tác động lên hình cong ................................................... 17 5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THUỶ TĨNH HỌC .......................................... 18 5.1. Định luật Acsimet – cơ sở lý luận về vật nổi ........................................... 18 5.2. Định luật Patscal và ứng dụng thực tế...................................................... 21 ii
CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG ......................................................... 23 1. MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỊNH NGHĨA ............................................ 23 1.1. Đƣờng dòng .............................................................................................. 23 1.2. Đƣờng nguyên tố và dòng chảy ............................................................... 24 1.3. Mặt cắt ƣớt, chu vi ƣớt, bán kính thủy lực ............................................... 24 1.4. Lƣu lƣợng ................................................................................................. 25 1.5. Vận tốc trung bình mặt cắt ƣớt................................................................. 25 2. MỘT SỐ ĐỊNH LÝ CƠ BẢN ........................................................................ 26 2.1. Phân loại chuyển động ............................................................................. 26 2.2. Gia tốc lƣu chất ........................................................................................ 27 3. CÁC DẠNG CỦA PHƢƠNG TRÌNH LIÊN TỤC ........................................ 27 3.1. Phƣơng trình liên tục của dòng nguyên tố ............................................... 27 3.2. Phƣơng trình liên tục của toàn dòng chảy................................................ 28 CHƢƠNG 4: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG ................................................ 30 1. PHƢƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG LÝ TƢỞNG............... 30 1.1. Phƣơng trình chuyển động của chất lỏng lý tƣởng (phƣơng trình Ơle thủy động)................................................................................................................ 30 1.2. Các phƣơng trình Bernulli cho chất lỏng lý tƣởng .................................. 31 1.3. Ý nghĩa của phƣơng trình Bernulli .......................................................... 32 2. CÁC DẠNG PHƢƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG THỰC .. 33 2.1. Phƣơng trình Bernulli đối với dòng nguyên tố chất lỏng thực ................ 33 2.2. Phƣơng trình Bernulli đối với toàn dòng chất lỏng thực ......................... 33 2.3. Một số ứng dụng của phƣơng trình Bernulli ............................................ 34 3. PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LƢỢNG VÀ MÔMEN ĐỘNG LƢỢNG ............ 37 3.1. Phƣơng trình động lƣợng ......................................................................... 37 3.2. Phƣơng trình mômen động lƣợng ............................................................ 38 3.3. Ý nghĩa thủy động học ............................................................................. 38 3.4. Ứng dụng phƣơng trình động lƣợng ........................................................ 38 CHƢƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG ................ 40 1. TỔN THẤT NĂNG LƢỢNG TRONG DÒNG CHẢY ................................. 40 1.1. Hai trạng thái chảy của chất lỏng ............................................................. 40 1.2. Quy luật tổn thất năng lƣợng trong dòng chảy ........................................ 43 2. DÒNG CHẢY TRONG ỐNG TRÒN ............................................................ 43 iii
2.1. Dòng chảy tầng trong ống ........................................................................ 43 2.2. Dòng chảy rối trong ống........................................................................... 44 3. CHẢY TẦNG TRONG CÁC KHE HẸP........................................................ 44 3.1. Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song................................................ 44 3.2. Dòng chảy dọc trục giữa hai trụ tròn........................................................ 45 4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THUỶ ĐỘNG ......................................... 45 4.1. Dòng chảy giữa hai mặt phẳng song song................................................ 45 4.2. Bôi trơn hình nêm ..................................................................................... 45 4.3. Bôi trơn ổ trục .......................................................................................... 45 CHƢƠNG 6: TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƢỜNG ỐNG .................................. 47 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN ĐƢỜNG ỐNG ............................... 47 1.1. Phân loại ................................................................................................... 47 1.2. Những công thức dùng trong tính toán thủy lực đƣờng ống .................... 48 2. BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ĐƢỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN ........................ 48 2.1. Tính H1 khi biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tƣơng đối)................................. 48 2.2. Tính Q khi biết H1, H2, l, d, n ................................................................... 48 2.3. Tính d khi biết H1, H2, Q, l, n ................................................................... 49 2.4. Tính d, H1 khi biết H2, Q, l, n ................................................................... 49 3. TÍNH TOÁN ĐƢỜNG ỐNG PHỨC TẠP ..................................................... 49 3.1. Hệ thống đƣờng ống nối tiếp .................................................................... 49 3.2. Hệ thống đƣờng ống nối song song.......................................................... 50 3.3. Hệ thống đƣờng ống phân phối liên tục ................................................... 51 3.4. Hệ thống đƣờng ống phân nhánh hở ........................................................ 51 3.5. Hệ thống đƣờng ống vòng kín .................................................................. 52 4. BÀI TẬP TÍNH TOÁN ĐƢỜNG ỐNG ......................................................... 52 4.1. Phƣơng pháp dùng hệ số đặc trƣng lƣu lƣợng K ..................................... 52 4.2. Phƣơng pháp đồ thị để tính toán đƣờng ống ............................................ 52 4.3. Va đập thủy lực trong đƣờng ống............................................................. 52 CHƢƠNG 7: NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỒ THỊ KHÍ NÉN .............................. 54 1. NHIỆT VÀ CÔNG .......................................................................................... 54 1.1. Công ......................................................................................................... 54 1.2. Nhiệt lƣợng ............................................................................................... 55 1.3. Nhiệt dung riêng ....................................................................................... 55 iv
2. KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG ............................................. 55 2.1. Khái niệm ................................................................................................. 55 2.2. Quá trình nhiệt động................................................................................. 56 3. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẤT CÔNG TÁC ................................ 57 3.1. Nhiệt độ .................................................................................................... 57 3.2. Áp suất chất khí ........................................................................................ 57 3.3. Thể tích riêng ........................................................................................... 57 3.4. Nội năng của chất khí ............................................................................... 58 3.5. Năng lƣợng đẩy ........................................................................................ 58 3.6. Entanpi - nhiệt hàm .................................................................................. 59 3.7. Entropi ...................................................................................................... 59 4. CAC DỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CHẤT KHI ............................................ 60 4.1. Định luật nhiệt động thứ nhất................................................................... 60 4.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản .............................................................. 61 5. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG ................................................................ 61 5.1. Các chu trình nhiệt động .......................................................................... 61 5.2. Chu trình carnot........................................................................................ 62 5.3. Định luật nhiệt động thứ hai..................................................................... 62 5.4. Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai ............................................ 63 6. CHU TRÌNH LÝ TƢỞNG VÀ THỰC TẾ MÁY NÉN PITTÔNG ............... 63 6.1. Khái niệm ................................................................................................. 63 6.2. Chu trình lý tƣởng và thực tế máy nén pittông ........................................ 64 CHƢƠNG 8: KHÁI NIỆM VỀ BƠM ................................................................. 66 1. KHÁI NIỆM .................................................................................................... 66 1.1. Định nghĩa ................................................................................................ 66 1.2. Các thông số làm việc cơ bản .................................................................. 67 2. PHÂN LOẠI ................................................................................................... 70 2.1. Phạm vi sử dụng ....................................................................................... 70 2.2. Phân loại ................................................................................................... 70 CHƢƠNG 9: BƠM LY TÂM - BƠM HƢỚNG TRỤC ..................................... 73 1. BƠM LY TÂM................................................................................................ 73 1.1. Khái niệm và phân loại bơm ly tâm ......................................................... 73 1.2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bơm ly tâm ..................................... 74 v
1.3. Các thông số cơ bản của bơm ly tâm ....................................................... 75 2. BƠM HƢỚNG TRỤC..................................................................................... 76 2.1. Khái niệm và phân loại bơm hƣớng trục .................................................. 76 2.2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc bơm hƣớng trục ..................................... 76 2.3. Các thông số cơ bản của bơm hƣớng trục ................................................ 78 3. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ....................................................................................... 79 3.1. Các ví dụ ................................................................................................... 79 3.2. Bài tập ....................................................................................................... 82 CHƢƠNG 10: BƠM THỂ TÍCH ........................................................................ 84 1. KHÁI NIỆM .................................................................................................... 84 1.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 84 1.2. Các thông số làm việc cơ bản của bơm thể tích ....................................... 84 2. BƠM PISTON ................................................................................................. 86 2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc ..................................................................... 86 2.2. Phân loại ................................................................................................... 88 2.3. Cách tính lƣu lƣợng của bơm piston ........................................................ 90 3. BƠM ROTO .................................................................................................... 91 3.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 91 3.2. Bơm bánh răng ......................................................................................... 91 3.3. Bơm trục vít .............................................................................................. 92 3.4. Bơm cánh gạt ............................................................................................ 93 3.5. Bơm chân không vòng nƣớc .................................................................... 94 4. BƠM PITTON – ROTO .................................................................................. 95 4.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 95 4.2. Bơm piston - roto hƣớng kính .................................................................. 95 4.3. Bơm piston - roto hƣớng trục ................................................................... 96 vi
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ. Mã môn học: MH 26. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Cơ sở thủy khí và máy thủy khí là môn học kỹ thuật cơ sở đƣợc đƣa vào giảng dạy ngay từ học kỳ đầu tiên của khoá học. Môn học đƣợc giảng dạy trong năm thứ nhất và kết thúc trƣớc khi chuyển sang phần chuyên môn. - Tính chất: Môn học này là cơ sở cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản để có thể tiếp thu nội dung các kiến thức chuyên môn về các thiết bị phụ trong các môn học chuyên môn của chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Là môn học liên quan đến khối các môn kỹ thuật cơ sở trong đó có ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Cơ sở thủy khí và máy thủy khí là môn học cơ sở quan trọng, giúp cho học sinh, sinh viên tiếp thu các môn học chuyên ngành một cách dễ dàng. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Hiểu đƣợc những kiến thức cơ bản, tổng hợp về máy thủy khí. + Hiểu đƣợc cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy thủy khí thông dụng sử dụng trong ngành kỹ thuật máy lạnh. + Giải thích đƣợc những kiến thức cơ bản về quy luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng, chất khi những kiến thức về máy thuỷ khí. + Trình bày đƣợc những khái niệm về thuỷ tĩnh học, động học chất lỏng, động lực học chất lỏng, khí dông lực học, các khái niệm cơ bản về máy thuỷ khí. - Về kỹ năng: + Mô tả đƣợc cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống thủy khí và máy thủy khí. + Tính toán đƣợc các bài toán cơ bản động học, động lực học chất lỏng. + Tính toán đƣợc các thông số của các loại máy thủy khí thông dụng. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Cẩn thận, kiên trì; + Yêu nghề, ham học hỏi. i
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU Mã chƣơng: MH 26-01 Giới thiệu: Chƣơng này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban đầu về môn học, các tính chất cơ bản của chất lƣu, phân tích các lực tác dụng lên chất lỏng. Mục tiêu: Kiến thức: + Hiểu đƣợc ý nghĩa cơ bản về thủy lực + Hiểu đƣợc một số tính chất cơ bản của thủy lực Kỹ năng: + Trình bày đƣợc các khái niệm chung về thuỷ lực. + Trình bày đƣợc một số tính chất cơ bản về thuỷ lực. + Giải đƣợc một số bài toán đơn giản. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác và có tƣ duy khoa học. Nội dung chính: 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC 1.1. Sơ lƣợc về lịch sử phát triển Từ thời xa xƣa, loài ngƣời đã biết lợi dụng sức nƣớc phục vụ cho sinh hoạt đời sống, làm nông nghiệp, thủy lợi, kênh đập, thuyền bè… Nhà bác học Acsimet (287 – 212, trƣớc công nguyên) đã phát minh ra lực đẩy Ácsimet tác dụng lên vật nhúng chìm trong lòng chất lỏng. Nhà danh họa Ý – Lêôna Đơvanhxi (1452 – 1519) đƣa ra khái niệm về lực cản của chất lỏng lên vật chuyển động trong nó. Ông muốn biết tại sao chim lại bay đƣợc. Nhƣng phải hơn 400 năm sau, Jucopxki và Kutta mới giải thích đƣợc đó là lực nâng. 1687 – Nhà bác học thiên tài ngƣời Anh I. Newton đã đƣa ra giải thuyết về lực ma sát trong giữa các lớp chất lỏng chuyển động mà mãi hơn một thế kỷ 1
sau nhà bác học Nga – Petrop mới chứng minh giải thuyết đó bằng biểu thức toán học, làm cơ sở cho việc nghiên cứu chất lỏng lực (chất lỏng nhớt) sau này. Hai ông L. Ơle (1707 – 1783) và D. Becnuli (1700 – 1782) là những ngƣời đã đặt cơ sở lý thuyết cho thủy khí động lực, tác nó khỏi cơ học lý thuyết để thành lập ngành riêng. Tên tuổi của Navie và Stôc gắn liền với nghiên cứu chất lỏng thực. Hai ông đã tìm ra phƣơng trình vi phân chuyển động của chất lỏng (1821 – 1845). Nhà bác học đức – L.Prandtl đã sáng lập ra lý thuyết lớp biên (1904), góp phần giải quyết nhiều bài toán động lực học. Ngày nay, thủy khí động lực học đang phát triển mạnh mẽ, thu hút sự tập trung nghiên cứu của nhiều nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới và trong nƣớc; nó can thiệp hầu hết các lĩnh vực đời sống, kinh kế, …nhằm đáp ứng các nhu cầu của nền khoa học ngày càng hiện đại. 1.2. Ứng dụng Phạm vi ứng dụng khá rộng rãi, có thể nói đa số các ngành trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật công nghệ và đời sống có liên quan đến chất lỏng và chất khí nhƣ giao thông vận tải, hàng không, cơ khí, công nghệ hóa chất, xây dựng, nông nghiệp, thủy lợi… mà không từng ứng dụng ít nhiều những định luật cơ bản của thủy khí. 2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN 2.1. Một số tính chất đễ nhận biết Tính liên tục: vật chất đƣợc phân bố liên tục trong không gian. Tính dễ di động: do lực liên kết giữa các phần tử chất lỏng rất yếu, ứng suất tiếp (nội ma sát) trong chất lỏng chỉ khác 0 khi có chuyển động tƣơng đối giữa các lớp chất lỏng. Tính chống kéo và cắt rất kém do lực liên kết và lực ma sát giữa các phần tử chất lỏng rất yếu. Tính dính ƣớt theo thành bình chứa chất lỏng. 2.2. Khối lƣợng riêng và trọng lƣợng riêng Khối lượng riêng ρ[kg/m3]: Khối lƣợng riêng ρ của một chất là một độ khối lƣợng trong một đơn vị thể tích của chất đó. M  W 2
Với: M[kg] - Khối lƣợng chất lỏng; W[m3] - Thể tích chất lỏng có khối lƣợng M. Khối lƣợng riêng thay đổi khi nhiệt độ và áp suất thay đổi. nếu nhiệt độ tăng thì khối lƣợng riêng giảm. Đối với chất lỏng thì sự thay đổi không đáng kể (Bảng 1.1). Bảng 1.1: Sự thay đổi khối lƣợng riêng khi nhiệt độ thay đổi t oC 0 4 10 30 60 80 100 (kg/m3) 999.9 1000 999.7 995.7 983.3 971.8 958.4 Vậy ta có H2O (ở 4oC) = 103 kg/m3. Đối với chất khí sự thay đổi khối lƣợng theo nhiệt độ và áp suất đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình trạng thái. Ta có bảng số liệu sau: Bảng 1.2: Sự thay đổi khối lƣợng riêng khi nhiệt độ và áp suất thay đổi t oC -3 27 100 P(Pa) 105 106 105 106 107 106 1.33 13.3 1.127 11.27 112.7 0.916 (kg/m3) kk (ở 0oC, 760mmHg) =1,29kg/m3 Một số khối lƣợng riêng các chất thƣờng gặp: - Nƣớc biển: 1030 kg/m3 - Thủy ngân: 13546 kg/m3 - Grixerin: 1260 kg/m3 - Dầu: 800 kg/m3 Trọng lượng riêng [N/m3; KG/m3]: là lực trọng trƣờng tác dụng lên khối lƣợng của một đơn vị thể tích chất lƣu. G  W 3
Bảng 1.3: Trọng lƣợng riêng của một số chất lỏng Trọng lƣợng riêng Tên chất lỏng Nhiệt độ [N/m3; KG/m3] Nƣớc cất 9810 4 Nƣớc biển 10000 ÷ 10100 4 Dầu hỏa 7750 ÷ 8040 15 Xăng máy bay 6380 15 Xăng thƣờng 6870 ÷ 7360 15 Dầu nhờn 8730 ÷ 9030 15 Diezel 8730 ÷ 9220 15 Thủy ngân 132890 20 Cồn nguyên chất 7750 ÷ 7850 15 Lƣu ý: Khối lƣợng của chất lỏng là một đại lƣợng không thay đổi còn trọng lƣợng của chúng thì phụ thuộc vào vị trí của nó. Quan hệ giữa ρ và :   .g với g = 9,81m/s . 2 Bảng 1.4: Quan hệ khối lƣợng riêng và trọng lƣợng riêng của một số chất Nƣớc Không khí Thủy ngân ρ[kg/m3] 1000 1,228 13,6 x 103 [N/m3] 9,81 x 103 12,07 133 x 103 Tỷ trọng : là tỷ số giữa trọng lƣợng (khối lƣợng) lƣu chất và nƣớc ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC).   .g     H O 2  H O .g 2 H O 2 4
2.3. Tính nén và tính giãn nở vì nhiệt Tính nén được: đƣợc biểu thị bằng hệ số nén đƣợc βp[m2/N]. Hệ số nén ép là số giảm tích tƣơng đối của chất lỏng khi áp suất tăng lên một đơn vị. 1 dW p  W dp Trong đó: W[m3] - Thể tích ban đầu của chất lỏng; dW[m3] - Số giảm thể tích khi áp suất tăng lên; dp[N/m2] - Lƣợng áp suất tăng lên. Ví dụ: hệ số βp của nƣớc ở nhiệt độ 0C đến 20C có trị số trung bình là 1 1 p  ; ở nhiệt độ 100C, áp suất 500 at là  p  210000000 250000000 Tính giản nở vì nhiệt: Biểu thị bằng hệ số giản nở vì nhiệt βt[1/độ], là số thể tích tƣơng đối của chất lỏng tăng lên khi nhiệt độ tăng lên 1 độ. 1 dW t  W dp Ví dụ: Trong những điều kiện thông thƣờng, dầu hỏa có βt = 0,000600 ÷ 0,00800; thủy ngân có βt = 0,00018. Lƣu ý, hệ số giản nở vì nhiệt lớn hơn nhiều so với hệ số nén đƣợc, song chúng đều là những trị số rất nhỏ mà trong một số tính toán thông thƣờng có thể bỏ qua. 2.4. Tính nhớt Trong quá trình chuyển động các lớp chất lỏng trƣợt lên nhau phát sinh ra lực ma sát trong gây ra tổn thất năng lƣợng và chất lỏng nhƣ thế gọi là chất lỏng có tính nhớt (chất lỏng Newton). Hình 1.1: Minh họa tính nhớt Năm 1687 I. Newton dựa trên thí nghiệm:có hai tấm phẳng I – chuyển động với vận tốc V có diện tích S và II – đứng yên (Hình 1.2). 5
Hình 1.2: Tính nhớt của chất lỏng Giữa hai tấm có một lớp chất lỏng h. Ông đã đƣa ra giải thuyết về lực ma sát giữa những lớp chất lỏng lân cận chuyển động là tỉ lệ thuật với tốc độ và diện tích bề mặt tiếp xúc, phụ thuộc vào loại chất lỏng và không phụ thuộc vào áp suất. Sau đó Pêtrốp (1836-1920) đã biểu thị giả thuyết đó trong trƣờng hợp chuyển động thẳng bằng biểu thức toán học. dv T  S dy Trong đó: T[N] - Lực ma sát trong; μ - Hệ số nhớt động lực, đặc trƣng tính nhớt của chất lỏng; S - Diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng; dv - gradien vận tốc theo phƣơng y vuông góc với dòng chảy dy Lực ma sát trong sinh ra ứng suất tiếp τ[N/m2]: T dv   S dy Từ đó rút ra công thức xác định hệ số nhớt động lực μ[NS/m2]: T  dv S dy Ngoài μ còn dùng hệ số nhớt động υ[m2/S hoặc (stoc: 1st = 10-4m2/s)] trong các biểu thức có liên quan đến chuyển động:    6
Các hệ số μ và υ thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Nhìn chung μ và υ của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi áp suất tăng. Ví dụ: hệ số nhớt động lực của nƣớc ở nhiệt độ 0C, μ = 0,0179 còn ở 100C, μ = 0,0028; Dầu nhờn ở nhiệt độ 0C có μ = 6,4 còn ở 60C, μ = 0, 22 và hệ số nhớt động dầu nhờn sẽ tăng gấp đôi khi áp suất tăng lên từ 1 ÷ 300 at. Để đo độ nhớt của chất lỏng , ngƣời ta dùng các loại dụng cụ đo khác nhau. Một loại dụng cụ đo độ nhớt thƣờng dùng ở Việt Nam là Máy đo Engơle dùng để đo độ nhớt lớn hơn độ nhớt của nƣớc. Hình 1.3: Máy đo độ nhớt Engơle Máy gồm có bình hình trụ kim loại 1, có đáy hình cầu hàn vào nó một ống hình trụ bằng đồng thau 3. Ống hình trụ đặt trong bình chứa nƣớc 2. Trong lỗ của ống hình trụ 3, đặt một ống bạch kim hình nón 4 để xả chất lỏng ra khỏi bình lỗ 1. Lỗ của ống 4 đƣợc đóng bằng một thanh đặc biệt có đƣờng kính 3 mm. Muốn xác định độ nhớt của một chất lỏng ở nhiệt độ nào đó, ta rót 200 cm3 chất lỏng cần đo vào bình 1 và giữ đúng nhiệt độ cần thiết. Đo thời gian chảy t1 của 200 cm3 chất lỏng đo qua lỗ đáy. Sau đó đo gian chảy t2 của 200 cm3 nƣớc cất ở nhiệt độ 20oC (khoảng 50 giây) Tỷ số t1/t2 gọi là độ nhớt Engơle (kí hiệu 0 E) t1 0 E t2 Ngoài các đơn vị Stôc và độ nhớt Engơle, thƣờng gặp các đơn vị đo độ nhớt khác nhau, quan hệ giữa chúng với đơn vị Stôc đƣợc trình bày trong bảng. 7
Bảng 1.5: Quan hệ giữa các đơn vị Stôc Tên đơn vị Ký hiệu Trị số tính bằng Stôc 0, 0631 Độ Engơle 0 E 0, 07310 E  0 E 1,80 Giây Rebon '' S 0, 00220 ''S  '' S 1, 72 Giây Redút '' R 0, 00260 '' R  '' R 48,5 Độ Bache 0 B 0 B 2.5. Chất lỏng thực, chất lỏng lý tƣởng Trong thực tế, chất lỏng có đầy đủ tính chất cơ lý nên gọi là chất lỏng thực. Nhƣng để thuận tiện cho nghiên cứu, ngƣời ta đƣa ra khái niệm chất lỏng lý tƣởng (hay còn gọi là chất lỏng không nhớt). Chất lỏng lý tƣởng là chất lỏng có tính di động tuyệt đối; hoàn toàn không chống đƣợc lực cắt và lực kéo; hoàn toàn không nén đƣợc không giãn nở và không có tính nhớt. Chất lỏng ở trạng thái tĩnh trong những điều kiện thay đổi áp suất và nhiệt độ bình thƣờng, thì thể tích và khối lƣợng xem nhƣ không đổi vì không có chuyển động nên không có lực ma sát trong (không có tính nhớt). Nhƣ vậy chất lỏng thực ở trạng thái tĩnh rất gần với chất lỏng lý tƣởng do đó có thể nghiên cứu các qui luật của chất lỏng thực ở trạng thái tĩnh trên chất lỏng lý tƣởng thì kết quả thu đƣợc hoàn toàn phù hợp với thực tế. Trong trƣờng hợp chất lỏng thực ở trạng thái chuyển động vì có tính nhớt nên có lực ma sát trong, có tiêu hao năng lƣợng do đó nếu dùng khái niệm chất lỏng lý tƣởng để nghiên cứu thì kết quả không đúng với thực tế. Vì vậy phải dùng thực nghiệm, tiến hành các thí nghiệm chất lỏng thực. So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để rút ra các hệ số hiệu chỉnh đƣa vào các công thức lý thuyết cho phù hợp thực tế. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Lịch sử phát triển của cơ sở thủy khí. 2. Khối lƣợng riêng và trọng lƣợng riêng của một số lƣu chất. 3. Tính nén và tính giản nở của lƣu chất. 4. Chất lỏng thực và chất lỏng lý tƣởng. 8