Bài giảng Cơ lưu chất - Chương I: Khái quát chung-Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

Nội dung text: Bài giảng Cơ lưu chất - Chương I: Khái quát chung-Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

1. CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG - CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA LƯU CHẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG 1. Đối tượng Chảy được: chất lỏng, chất khí, hỗn hợp + Chất lỏng có tính chống nén cao + Chất khí dễ nén  Cơ lưu chất, Thuỷ khí nghiên cứu “Lưu chất”: chất lỏng + chất khí (bị nén và không bị nén)  Thuỷ lực nghiên cứu “Chất lỏng”: chất lỏng + chất khí (không bị nén)
2. 2. Nhiệm vụ Nghiên cứu:  Quy luật cân bằng và chuyển động của lưu chất  Tương tác về lực giữa lưu chất với vật rắn  Ứng dụng thực tế .
3. 3. Phương pháp  Áp dụng nguyên lý : + D’Alambe + BT khối lượng + BT năng lượng + BT động lượng  Áp dụng phương pháp: + Đại lượng vô cùng nhỏ + Đại lượng trung bình + Phân tích thứ nguyên + Mô hình hóa và tương tự .
4. 1.2 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN 1. Tính chất chung : Lưu chất có t/c liên tục và dễ di động, khơng có hình dáng nhất định mà mang hình dạng của bình chứa hoặc ống dẫn nó. Lực liên kết nhỏ và hầu như không chịu được lực kéo và lực cắt. Các chất lỏng (nước, dầu, kim loại lỏng .) có tính chống nén cao. Các chất khí có thể tích phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, là loại lưu chất nén được.
5. 1.2 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN 2. Khối lượng riêng, trọng lượng riêng m a. Khối lượng riêng: ρ V 3 3 3 3 nước(40C) = 10 kg/m Hg(00C)=13,6.10 kg/m G b. Trọng lượng riêng: γ  = .g V Đơn vị của  là N/m3, kg/m2s2
6. c. Tỉ trọng: Tỷ trọng của một chất lỏng là tỷ số giữa trọng lượng riêng (hoặc khối lượng riêng) của chất lỏng đó và trọng lượng riêng (hoặc khối lượng riêng) của nước ở 4 0C. γcl ρcl δcl γ 0 ρ 0 H2O(4 C) H2O(4 C) Hg = 13,6 γck ρck δck γkk(đktc) ρkk(đktc)
7. 3. Tính nén được và tính dãn nở a. Tính nén được: là tính thay đổi thể tích của lưu chất khi áp suất tác dụng lên nó thay đổi, được đặc trưng bởi hệ số nén  p 1 dV 2 Hệ số nén: βp (m /N) dp Vo dV=V-V0: là lượng thay đổi thể tích dp= p-p0: là lượng thay đổi áp suất V0, p0, là thể tích và áp suất ban đầu V là thể tích ở điều kiện áp suất p Từ đó suy ra V=V0(1- p.dp) và = 0/(1- p.dp)
8. 3. Tính nén được và tính dãn nở a. Tính nén được Trong kỹ thuật thường dùng môđun đàn hồi thể tích ký hiệu là E Môđun đàn hồi thể tích: 1 dp E (N/m2) p dV/Vo So sánh:  KK >  N EKK < EN 9 2 Enước (0  20oC, 1  500at) = 2.10 N/m bỏ qua p
9. b. Tính dãn nở: là tính thay đổi thể tích của lưu chất khi nhiệt độ thay đổi và được đặc trưng bởi hệ số dãn nở T 1 dV Hệ số dãn nở: βT dT Vo Đối với khí lý tưởng ta có phương trình trạng thái: p.v = R.T v = 1/ R là hằng số chất khí R=8314/M
10. 4. Tính nhớt Tính nhớt là tính chất chống lại sự dịch chuyển, nó biểu hiện sức dính phân tử hay khả năng lưu động của lưu chất. Đây là tính chất quan trọng của lưu chất vì nó là nguyên nhân cơ bản gây ra sự tổn thất năng lượng khi lưu chất chuyển động. Khi các lớp lưu chất chuyển động, giữa chúng có sự chuyển động tương đối, nảy sinh ra ma sát tạo nên sự biến đổi một phần cơ năng thành nhiệt năng và mất đi. Lực ma sát này gọi là lực ma sát trong hay còn gọi là lực nhớt.
11. 4. Tính nhớt c Định luật ma sát trong của Newton: du + Lực ma sát trong (lực nhớt):T μS (N) dy T: lực ma sát giữa 2 lớp lưu chất μ Hệ số nhớt động lực μ S: diện tích tiếp xúc giữa 2 lớp lưu chất du/dy là gradient vận tốc theo phương vuông góc với dòng chảy, đặc trưng cho tốc độ biến dạng của lưu chất. + Ứng suất tiếp: T du τ μ (N/m2 ) S dy
12. y T uo F S h dy du  u 0 Khi u = f (y) tuyến tính du/dy = uo/h  : hệ số nhớt động lực (Ns/m2 ,Pa.s, P, cP) 1P (Poaso) = 0,1 Pa.s = 100cP  =  / :hệ số nhớt động học (m2/s, St, cSt) 1St (Stoke) = 1cm2/ s = 100cSt
13. So sánh: o -3 2 Ở 20 C: n  10 Ns/m -6 2 kk  18.10 Ns/m  n > kk   n <  kk Ảnh hưởng của t và p đến  và  (SGK) Một số ký hiệu của dầu bôi trơn VD: CN 12, TB 22, AK 15, SAE 20
14. Lưu chất Newton và phi Newton  Phi Newton Newton du/dy (vận tốc biến dạng) Lưu chất Newton:  du/dy = 0  = 0 τ  tgα  const du/dy
15. 1.3 LƯU CHẤT LÝ TƯỞNG -Không có tính nhớt  = 0 T = 0 -Hoàn toàn di động -Hoàn toàn không chống được lực kéo và lực cắt -Hoàn toàn không nén được Điểm khác nhau cơ bản giữa lưu chất thực và lưu chất lý tưởng là tính nhớt.  Quan trọng: Không có tính nhớt:  = 0 T = 0  Vẽ đường lưu chất lý tưởng.  Giả thiết lưu chất lý tưởng cần thiết khi nghiên cứu động lực học 1.4 NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN LƯU CHẤT 1. Lực bề mặt: Pbm = f (S) (áp lực, lực ma sát) 2. Lực khối: Pk = f (m) (trọng lực, lực quán tính)
16.  Các thông số đặc trưng của lưu chất : khối lượng riêng: = f(x, y, z, t) áp suất: p = f(x, y, z, t) vận tốc: u = f(x, y, z, t)