Giáo trình Thủy khí

Chæång1 MÅÍ ÂÁÖU I-1 Âäúi tæåüng vaì phæång phaïp nghiãn cæïu män thuíy khê: I - Âäúi tæåüng nghiãn cæïu - Nhiãûm vuû män hoüc: -- Caïc qui luáût cán bàòng vaì chuyãøn âäüng cuía cháút loíng. -- Læûc tæång taïc giæîa cháút loíng vaì caïc váût thãø chuyãøn âäüng trong mäi træåìng cháút loíng hoàûc caïc màût tiãúp xuïc våïi cháút loíng (vê duû: læûc cuía cháút loíng taïc duûng lãn thaình äúng) -- AÏp duûng vaìo ké thuáût: khaío saït caïc loaûi maïy laìm viãûc bàòng caïch trao âäøi nàng læåüng våïi cháút loíng: båm, tuabin, quaût. Âäúi tæåüng nghiãn cæïu: cháút loíng bao gäöm cháút loíng daûng næåïc nhæ næåïc, dáöu vaì cháút loíng daûng khê. Cháút khê: neïn âæåüc. Cháút loíng daûng næåïc: coi nhæ khäng neïn âæåüc. II - Phæång phaïp nghiãn cæïu: Phæång phaïp thæûc nghiãûm: dæûa vaìo kãút quaí thæûc nghiãûm âæa ra phæång phaïp vaì cäng thæïc tênh toaïn thæûc nghiãûm Phæång phaïp lyï thuyãút : aïp duûng caïc nguyãn lyï sau: Nguyãn lyï baío toaìn khäúi læåüng. Nguyãn lyï baío toaìn âäüng læåüng vaì moment âäüng læåüng. Nguyãn lyï baío toaìn nàng læåüng. Thæåìng duìng phæång phaïp sau: Taïch bàòng tæåíng tæåüng ra mäüt khäúi cháút loíng VCB (phán täú cháút loíng) âãø xeït goüi laì thãø têch kiãøm tra. Nghiãn cæïu caïc læûc taïc duûng lãn thãø têch kiãøm tra. Aïp duûng caïc nguyãn lyï cå baín cuía cå hoüc vaì váût lê hoüc vaìo thãø têch kiãøm tra (Viãút phæång trçnh cán bàòng læûc). Tçm ra kãút quaí cho thãø têch kiãøm tra. O x y z A B C py px pz Sau âoï måí räüng kãút quaí cho toaìn bäü khäúi cháút loíng (pp têch phán). I -2 Caïc tênh cháút cå baín cuía cháút loíng : 1) Coï khäúi læåüng vaì troüng læåüng: + Khäúi læåüng riãng: [kg/m3] rnæåïc=1000 kg/m rHg=13,6.103 kg/m3 rkk=1,2 kg/m3 + Troüng læåüng riãng: [N/m3] g = 9,81 m/s2 + Tè troüng: Våïi gnæåïc = 9,81.103 N/m3 2) Caïc tênh cháút chung: + Cháút loíng laì mäi træåìng liãn tuûc, âäöng cháút vaì âàóng hæåïng Þ aïp suáút, váûn täúc, khäúi læåüng riãng âæåüc biãøu diãùn bàòng caïc haìm säú liãn tuûc cuía toüa âäü khäng gian (x,y,z) vaì thåìi gian t vaì coï thãø âaûo haìm âæåüc. v = v(x,y,z,t); p = p(x,y,z,t); r = r(x,y,z,t) + Chëu neïn, khäng chëu keïo 3) Tênh neïn âæåüc: laì tênh cháút thay âäøi thãø têch khi aïp suáút thay âäøi (nhiãût âäü giæî nguyãn). Hãû säú neïn b: Dáúu (-) vç dV vaì dp luän ngæåüc dáúu nhau. Âàût : mä âun âaìn häöi cuía cháút loíng Âäúi våïi næåïc, åí aïp suáút khê tråìi thç E= 20 000 kG/cm2, nghéa laì khi biãún thiãn aïp suáút laì 1kG/cm2 thç : ráút beï Þ coï thãø coi næåïc laì khäng neïn âæåüc (r khäng thay âäøi theo aïp suáút). 4)Tênh nhåït: a) Âënh nghéa: Tênh nhåït laì khaí nàng caín tråí chuyãøn âäüng cuía cháút loíng, noï caín tråí chuyãøn âäüng tæång âäúi giæîa caïc låïp cháút loíng vaì laìm tiãu hao mäüt pháön nàng læåüng tiãöm taìng trong cháút loíng. b) Thê nghiãûm Newton: dy dv Fms F II I v=const d Giaí thiãút Newton: Cháút loíng giæîa hai táúm phàóng chuyãøn âäüng thaình nhæîng låïp vä cuìng moíng våïi váûn täúc khaïc nhau. Nhæîng pháön tæí cháút loíng tiãúp xuïc våïi táúm phàóng I seî chuyãøn âäüng våïi váûn täúc , nhæîng pháön tæí cháút loíng tiãúp xuïc våïi táúm phàóng II seî âæïng yãn cuìng II , váûn täúc thay âäøi theo qui luáût tuyãún tênh (báûc 1). Giæîa caïc låïp cháút loíng täön taûi læûc ma saït trong hay læûc nhåït. Læûc naìy caín tråí chuyãøn âäüng laìm hai låïp cháút loíng caïch nhau 1 âoaûn dy seî coï sai khaïc váûn täúc dv. Læûc ma saït nhåït coï nhæîng âàûc âiãøm: -- Phuû thuäüc vaìo âäü nhåït cuía cháút loíng -- Phuû thuäüc vaìo sæû chãnh lãûch váûn täúc giæîa caïc låïp cháút loíng (gradient váûn täúc). -- Phuû thuäüc vaìo diãûn têch tiãúp xuïc giæîa (I) våïi cháút loíng. (1) Goüi t laì æïng suáút tiãúp do læûc nhåït gáy ra: (2) m : âäü nhåït âäüng læûc, phuû thuäüc loaûi cháút loíng : gradient váûn täúc theo phæång thàóng goïc c) Âäü nhåït âäüng læûc m vaì âäü nhåït âäüng n -- Âäü nhåït âäüng læûc m: (1) Þ Þ âån vë cuía m: Ns/m2 Poazå (Poiseul) (p): Centipoazå = 10-2p = 10-3 Ns/m2 -- Âäü nhåït âäüng n : Þ Âån vë : m2/s St (Stokes) Stäc : 1St = 1 cm2/s = 10-4m2/s cSt (centiStäc) :1cSt = 10-2 St = 10-6m2/sChuï yï: n (næåïc 20 oC) = 1 cSt Âäü Engler : n St = Giáy Saybolt (Myî): n St = Giáy Redwood (Anh):n St = Âäü Bacber (Phaïp) : n St = -- Trãn maïc cuía dáöu thæåìng ghi âäü nhåït âäüng: dáöu AK15 laì dáöu bäi trån ätä maïy keïo coï n50 = 15 cSt (âäü nhåït âäüng åí 50oC) To p m m khê dg-nïc dg-nïc khê e) Aính hæåíng cuía nhiãût âäü vaì aïp suáút âäúi våïi âäü nhåït: Cháút khê: Âäü nhåït do chuyãøn âäüng häùn loaûn cuía caïc phán tæí khê sinh ra. Chuyãøn âäüng häùn loaûn caìng tàng (m tàng) khi nhiãût âäü tàng hoàûc aïp suáút giaím Cháút loíng daûng næåïc: âäü nhåït sinh ra do læûc huït phán tæí, læûc huït naìy giaím khi nhiãût âäü tàng hoàûc aïp suáút giaím. Trong cäng nghiãûp thæåìng láúy âäü nhåït åí 50oC laìm chuáøn. -- Aính hæåíng cuía nhiãût âäü âäúi våïi âäü nhåït: Cäng thæïc Poiseuille tênh âäü nhåït cuía næåïc theo nhiãût âäü Âäúi våïi dáöu: mt , mt : âäü nhåït âäüng læûc cuía dáöu åí toC vaì 20oCk : säú muî tuìy theo loaûi dáöu, tra theo mac dáöu. Âäúi våïi dáöu coï n < 10oE vaì to thay âäøi trong khoaíng 30o âãún 130o thç: n : cho theo baíng, phuû thuäüc oE50 cuía tæìng loaûi dáöu Âäúi våïi âäü nhåït Engåle: -- Aính hæåíng cuía aïp suáút âäúi våïi âäü nhåït: Âäúi våïi dáöu, âäü nhåït caìng tàng maûnh khi aïp suáút tàng âãún giaï trë cao (tæì 300 at tråí lãn âäúi våïi dáöu bäi trån) Trong âoï: n æïng våïi pa (aïp suáút khê tråìi =1at) k=0,002 : dáöu nheû; k=0,003 : dáöu nàûng p : aïp suáút tênh bàòng at I-3 Caïc khaïi niãûm, qui âënh: I- Cháút loíng thæûc, cháút loíng lê tæåíng: -- Cháút loíng lê tæåíng: laì cháút loíng khäng nhåït (boí qua tênh nhåït) -- Cháút loíng thæûc: laì cháút loíng coï nhåït II- Læûc taïc duûng lãn cháút loíng : -- Læûckhäúi: taïc duûng lãn caïc phán täú cuía cháút loíng do âoï tè lãû våïi thãø têch cháút loíng vaì goüi laì læûc thãø têch . Vê duû: læûc quaïn tênh, troüng læûc. Coï thãø chia læûc khäúi thaình 3 thaình pháön: :vectå gia täúc læûc khäúi. Rx = Rx (x,y,z) , Ry= Ry (x,y,z) , Rz = Rx (x,y,z) : caïc thaình pháön cuía gia täúc læûc khäúi -- Læûc bãö màût (læûc màût): taïc duûng qua màût tiãúp xuïc, phán bäú liãn tuûc trãn bãö màût cháút loíng. Vê duû: aïp læûc III - Caïc cå såí toaïn lyï: -- Têch vectå: Têch vä hæåïng: = axbx+ ayby+ azbz Têch coï hæåïng:  = -- Xeït : vx(x,y,z), vy(x,y,z), vz(x,y,z) -- Xeït mäüt haìm f(x,y,z) -- Thuíy læûc - Maïy thuíy læûc: Nguyãùn Phæåïc Hoaìng+...+Âinh Ngoüc AÏi+...... BT. Thuíy læûc - Maïy thuíy læûc: Nguyãùn Phæåïc Hoaìng+.... Thuíy khê âäüng læûc kyî thuáût: Tráön Syî Phiãût+...